高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構的製作方法
2023-05-09 17:58:56
專利名稱：高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及衝擊試驗臺，具體涉及高加速度衝擊試驗臺的一種複合臺面結構。
背景技術：
衝擊試驗臺主要應用於航空、航天、武器裝備、產品包裝以及元器件製造等領域，用來模擬產品在使用、裝卸和運輸過程中遭受衝擊的環境，以確定該產品對各種衝擊力的適應性。其原理是將臺面連同試驗樣品一同提升到預定高度，然後讓臺面連同試驗樣品跌落，並衝擊在下方的衝擊座的波形發生器上產生衝擊。
衝擊試驗臺的主要技術指標有最大負載、臺面尺寸、衝擊波形、峰值加速度(m/s2)、脈衝持續時間(ms)等等，其中，峰值加速度是衡量衝擊力大小的重要指標，其含義指是臺面連同試驗樣品在發生衝擊後，所產生的峰值加速度。目前，市場上絕大多數衝擊試驗臺峰值加速度指標均在30000m/s2以內，要想製造峰值加速度在30000m/s2以上，甚至達到240000m/s2的衝擊試驗臺十分困難。據申請人了解，目前國際上只有國外的個別廠家掌握這一高端技術，生產出的機械式衝擊試驗臺峰值加速度指標達到200000m/s2水平。
理論分析認為設計製造出高加速度衝擊試驗臺，主要是解決好以下技術問題1、提高臺面的衝擊速度，獲得儘可能大的衝擊動能；2、減輕臺面的質量，獲得儘可能大的峰值加速度；3、提供足夠質量的衝擊座，保證衝擊座與臺面質量之比具有很大的數值；4、要求臺面與衝擊座材料的比剛度儘可能大，以保證兩者相互碰撞時具有很高的頻響，防止衝擊波形失真。
以上第1點和第3點在設計中比較容易解決，比如要提高臺面的衝擊速度，可以在自由跌落基礎上增加輔助彈射裝置來實現；要提供足夠質量的衝擊座只要增加衝擊座的質量即可。但對於第2點和第4點來說，就會遇到這樣一種問題，即一方面要求臺面重量要輕，另一方面要求臺面剛度要大，從材料特性上看，這似乎是一對矛盾，無法從現有技術中找到答案。這個問題長期以來困擾著技術人員，已成為本領域技術難題之一。
由以上分析可知，對於高加速度衝擊試驗臺來說，臺面設計是解決問題的關鍵，其質量大小、材料剛度以及結構剛性等要素直接影響衝擊試驗臺的技術指標，要設計製造高加速度衝擊試驗臺關鍵是要設計出一種重量輕、剛度大、頻響高臺面。
現有技術中，臺面作為一個乘載試驗樣品的衝擊結構件，由鋁質材料製成，從製造工藝上可分為鑄鋁件、鍛鋁件和焊鋁件三種，其結構為左右對稱設計的橫梁，橫梁兩端對稱設置吊勾和垂直導向孔，頂部中央有一放置試驗樣品的平面，底部中央為一衝擊頭。這種臺面通常只能應用在峰值加速度較低(3000m/s2以內)的衝擊試驗臺中，當作為高加速度臺面時，由於材料剛度較低和臺面結構剛性較低(在衝擊時臺面長度方向發生彎曲)，一方面衝擊時頻響較低，無法達到較高的設計峰值加速度，另一方面在發生衝擊時會造成臺面波形傳遞失真不符合衝擊試驗要求。如果提高材料剛度，則會造成臺面質量過大，同時無法達到較高的設計峰值加速度。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種重量輕、剛度大、頻響高的複合臺面結構，以解決高加速度衝擊試驗臺中有關臺面設計方面的技術難題。
為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構，由剛性輕質的臺面支架和剛性硬質的衝擊錘體兩部分組合構成；臺面支架為對稱設計的橫梁型架體，架體兩端對稱設置垂直起吊結構和垂直導向孔，架體中央有一座孔；衝擊錘體作為芯體結構安裝在座孔中，衝擊錘體的頂面為放置試件的衝擊臺面，底部為衝擊頭，中間設有滑動柱，該滑動柱與座孔配合段構成垂直方向的滑動配合；衝擊錘體的側部設有上限位端面和下限位端面，對應的座孔上設有下限位端面和上限位端面，兩對端面分別通過緩衝墊接觸連接，以此構成衝擊錘體與臺面支架之間上、下方向的緩衝滑動及定位結構。
上述技術方案的有關內容和變化解釋如下1、上述方案中，所述衝擊錘體一般設計成繞中心軸方向轉動的旋轉體結構，這種結構平衡能力較好，但也不僅僅局限於這種結構，比如將衝擊錘體設計成對稱結構也是可以的。
2、上述方案中，關於衝擊錘體與臺面支架之間上、下方向的緩衝滑動及定位結構有兩種具體形式(1)、見圖2所示，衝擊錘體的上限位端面和下限位端面分別由旋轉體側部臺階端面構成，座孔的下限位端面和上限位端面分別由座孔的下端面和上端面構成；衝擊錘體的上限位端面設在旋轉體的下側部，並通過緩衝墊與座孔的下端面接觸連接；衝擊錘體的下限位端面設在旋轉體的上側部，並通過緩衝墊與座孔的上端面接觸連接。
(2)、見圖3所示，衝擊錘體的上限位端面和下限位端面分別由旋轉體側部向外延伸的環形凸緣端面構成，座孔的下限位端面和上限位端面分別由座孔內壁上的環形凹腔端面構成；環形凸緣位於環形凹腔內，凸緣的上端面和下端面分別通過緩衝墊與凹腔的下端面和上端面接觸連接。
3、上述方案中，為了使衝擊頭傳遞到整個衝擊臺面區域的波形更加均勻，在衝擊錘體的頂部與滑動柱之間通過圓錐體過渡。
4、為了幫助理解本實用新型技術方案，現介紹一種高加速度衝擊試驗臺的基本構造如下通常高加速度衝擊試驗臺採用以下結構參見圖1所示，設有一底座，底座兩側分別豎立一根導向柱，兩根導向柱之間設置一橫梁型的臺面，臺面兩端對稱設置起吊結構和導向孔，起吊結構是一種提升臺面的裝置，導向孔套在導向柱上，使臺面可沿導向柱上、下滑動，臺面頂部中央為放置試件的平面，臺面底部有衝擊頭，該衝擊頭的正下方設有衝擊座，衝擊座固定在底座上。為了提高臺面的衝擊速度，在臺面頂部還設有彈射裝置，該彈射裝置由彈射壓簧構成。
本實用新型原理將一個剛性輕質的臺面支架和一個剛性硬質的衝擊錘體進行組合，其中，衝擊錘體通過滑動柱與座孔配合段構成垂直方向的滑動配合；同時，衝擊錘體側部的上限位端面通過緩衝墊與座孔的下限位端面接觸連接構成向上的緩衝滑動及定位約束；衝擊錘體側部的下限位端面通過緩衝墊與座孔的上限位端面接觸連接構成向下的緩衝滑動及定位約束。由於衝擊錘體與臺面支架之間存在以上連接關係，臺面在跌落過程中為一整體，此時臺面支架的作用是導向，衝擊錘體的作用一是衝擊體，二是乘載試樣件，但是在發生衝擊的瞬間，因衝擊錘體與臺面支架在垂直方向不是剛性連接(緩衝墊具有可壓縮性)，由於慣性兩者之間存在脫離性滑動，這種脫離性滑動使整個臺面的性質發生了根本變化，即瞬間衝擊簡化為衝擊錘體本身的作用效果，換句話說，此時，衝擊速度與整體相同，而質量、結構和剛度已接近衝擊錘體本身。
由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點1、在衝擊方面，能夠得到受幹擾最小的一種衝擊方式。
2、在臺面質量增加很少或不增加的情況下，可以得到有效衝擊的臺面剛度。
3、由於剛度提高很大，可以做到比鋁製臺面高10倍的峰值加速度。
4、由於發生衝擊時衝擊體剛度大大提高，衝擊波形傳遞失真度很小。
附圖1為高加速度衝擊試驗臺主視圖；附圖2為高加速度衝擊試驗臺左視圖；附圖3為本實用新型實施例一主視圖；附圖4為圖3的俯視圖；附圖5為實施例一結構示意圖；附圖6為實施例二結構示意圖。
以上附圖中1、臺面支架；2、衝擊錘體；3、滑動柱；4、滑動配合；5、衝擊臺面；6、衝擊頭 7、導向孔；8、吊鉤；9、導向套；10、下限位端面；11、上限位端面；12、緩衝墊；13、下限位端面；14、上限位端面；15緩衝墊；16、彈簧座；17、圓錐體；18、試件；19、導向柱；20、衝擊座；21、起吊裝置；22、彈射壓彈。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見圖3、圖5～圖6所示，一種高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構，總體由剛性輕質的臺面支架1和剛性硬質的衝擊錘體2兩部分組合構成。所謂剛性輕質的臺面支架1採用6061鍛鋁或LY12硬鋁製成；所謂剛性硬質的衝擊錘體2採用耐衝擊工具鋼(6CrW2Si)製成。臺面支架1為對稱設計的橫梁型架體，架體兩端對稱設置垂直吊鉤8和垂直導向孔7，導向孔7由導向套9固定在架體兩端的孔座上形成。架體中央有一安裝座孔，衝擊錘體2作為芯體安裝在該座孔中。衝擊錘體2為一繞中心軸方向轉動的旋轉體結構，其頂面為放置試件的衝擊臺面5，底部為衝擊頭6，中間設有滑動柱3，該滑動柱3與座孔配合段構成垂直方向的滑動配合4。衝擊錘體2的側部設有上限位端面11和下限位端面13，端面11和端面13分別由旋轉體側部臺階端面構成；對應的座孔上設有下限位端面10和上限位端面14，端面10和端面14分別由座孔的下端面和上端面構成。衝擊錘體2的上限位端面11設在旋轉體的下側部，並通過緩衝墊12與座孔的下端面接觸連接；衝擊錘體2的下限位端面13設在旋轉體的上側部，並通過緩衝墊15與座孔的上端面接觸連接，以此構成衝擊錘體2與臺面支架1之間上、下方向的緩衝滑動及定位結構。該結構中，緩衝墊12和緩衝墊15採用55°聚氨脂橡膠材料製成。為了使衝擊頭6傳遞到整個衝擊臺面5區域的波形更加均勻，衝擊錘體2的頂部與滑動柱3之間通過圓錐體17過渡。為了便於裝配，衝擊錘體2折成上部的衝擊臺面5和下部的衝擊頭6兩部分，然後分別座孔的上、下方向插入對接，並用螺釘固定。
另外，本實施例臺面支架1上對稱設有四個彈簧座16，見圖6，該彈簧座16分別與四個彈射壓彈22接觸，見圖2，用來提高臺面衝擊速度。
實施例二參見圖4所示，一種高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構，總體由剛性輕質的臺面支架1和剛性硬質的衝擊錘體2兩部分組合構成。與實施例一不同之處在於衝擊錘體2的上限位端面11和下限位端面13分別由旋轉體側部向外延伸的環形凸緣端面構成，座孔的下限位端面10和上限位端面14分別由座孔內壁上的環形凹腔端面構成；環形凸緣位於環形凹腔內，凸緣的上端面和下端面分別通過緩衝墊12和緩衝墊15與凹腔的下端面和上端面接觸連接，以此構成衝擊錘體2與臺面支架1之間上、下方向的緩衝滑動及定位結構。其它結構與實施例一相同，這裡不再重描述。
權利要求1.一種高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構，其特徵在於由剛性輕質的臺面支架和剛性硬質的衝擊錘體兩部分組合構成；臺面支架為對稱設計的橫梁型架體，架體兩端對稱設置垂直起吊結構和垂直導向孔，架體中央有一座孔；衝擊錘體作為芯體結構安裝在座孔中，衝擊錘體的頂面為放置試件的衝擊臺面，底部為衝擊頭，中間設有滑動柱，該滑動柱與座孔配合段構成垂直方向的滑動配合；衝擊錘體的側部設有上限位端面和下限位端面，對應的座孔上設有下限位端面和上限位端面，兩對端面分別通過緩衝墊接觸連接，以此構成衝擊錘體與臺面支架之間上、下方向的緩衝滑動及定位結構。
2.根據權利要求1所述的複合臺面結構，其特徵在於所述衝擊錘體為一繞中心軸方向轉動的旋轉體結構，衝擊錘體的上限位端面和下限位端面分別由旋轉體側部臺階端面構成，座孔的下限位端面和上限位端面分別由座孔的下端面和上端面構成；衝擊錘體的上限位端面設在旋轉體的下側部，並通過緩衝墊與座孔的下端面接觸連接；衝擊錘體的下限位端面設在旋轉體的上側部，並通過緩衝墊與座孔的上端面接觸連接。
3.根據權利要求1所述的複合臺面結構，其特徵在於所述衝擊錘體為一繞中心軸方向轉動的旋轉體結構，衝擊錘體的上限位端面和下限位端面分別由旋轉體側部向外延伸的環形凸緣端面構成，座孔的下限位端面和上限位端面分別由座孔內壁上的環形凹腔端面構成；環形凸緣位於環形凹腔內，凸緣的上端面和下端面分別通過緩衝墊與凹腔的下端面和上端面接觸連接。
4.根據權利要求1所述的複合臺面結構，其特徵在於所述衝擊錘體為一繞中心軸方向轉動的旋轉體結構，該旋轉體的頂部與滑動柱之間通過圓錐體過渡。
專利摘要一種高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構，其特徵在於由剛性輕質的臺面支架和剛性硬質的衝擊錘體兩部分組合構成；臺面支架兩端對稱設置垂直起吊結構和垂直導向孔，架體中央有一座孔；衝擊錘體作為芯體結構安裝在座孔中，衝擊錘體頂面為放置試件的衝擊臺面，底部為衝擊頭，中間設有滑動柱，該滑動柱與座孔配合段構成垂直方向的滑動配合；衝擊錘體的側部設有上限位端面和下限位端面，對應的座孔上設有下限位端面和上限位端面，兩對端面分別通過緩衝墊接觸連接，以此構成衝擊錘體與臺面支架之間上、下方向的緩衝滑動及定位結構。本方案設計了一種重量輕、剛度大、頻響高的臺面結構，較好地解決了高加速度衝擊試驗臺中有關臺面設計的技術難題。
文檔編號G01N3/02GK2711721SQ20042007802
公開日2005年7月20日 申請日期2004年7月22日 優先權日2004年7月22日
發明者呂興東 申請人:蘇州東菱振動試驗儀器有限公司