衝擊試驗臺活塞式高加速度衝擊響應錘的製作方法
2023-06-19 12:00:46 2
專利名稱：衝擊試驗臺活塞式高加速度衝擊響應錘的製作方法
技術領域：
本發明涉及衝擊試驗臺結構，特別涉及衝擊試驗臺檯面上的一種衝擊錘體結構，即一種活塞式高加速度衝擊響應錘結構。
背景技術：
衝擊試驗臺(以下簡稱衝擊臺)是一種進行衝擊試驗的設備，主要用來模擬產品、包裝以及元器件在使用、裝卸和運輸過程中遭受衝擊的環境，進行衝擊試驗。衝擊臺的工作原理是將臺面連同試件一同提升到預定高度，然後讓臺面連同試件跌落，並衝擊在下方衝擊座的波形發生墊上產生衝擊。
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、脈衝持續時間、速度變化量等等，其中，峰值加速度、脈衝持續時間、速度變化量以及衝擊波形是衡量衝擊試驗臺的重要指標。對於一種符合規範設計要求的衝擊試驗臺來說，不僅峰值加速度、脈衝持續時間和速度變化量要同時滿足設計，而且其衝擊波形要落入一允差帶內。
目前市場上的衝擊試驗臺主要有兩種結構形式，一種為自由落體式，另一種為加力式。通常情況下這些衝擊試驗臺的試驗峰值加速度最大值一般在3000g以下。要想製造峰值加速度在3000g以上，甚至達到20000g以上的衝擊試驗臺是十分困難的。據申請人了解，目前國際上掌握這一高端技術的也只有國外的個別廠家，生產出的機械式衝擊試驗臺峰值加速度指標達到20000g水平。究其原因而言，主要是在臺面設計方面難以突破傳統設計理念。
現有技術中，傳統衝擊臺面作為一個乘載試件的衝擊結構件，一般由鋁合金材料製成，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件的平面，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(3000g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，同樣無法達到較高的設計峰值加速度。
為了解決上述問題，本申請人於2004年7月22日向國家知識產權局專利局遞交了名稱為「高加速度衝擊試驗臺複合臺面結構」，專利申請號為200420078026.X的發明專利申請。該專利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，從而構成了一種重量輕、剛度大、頻響高的複合臺面結構，因此較好的解決了高加速度衝擊試驗臺中有關臺面設計方面的技術問題。然而，試驗測試表明這種臺面結構，當加速度值達到20000g時，衝擊波形等技術指標尚可以接受，但當加速度值超過20000g時，其波形(正弦波)難以控制，而且不符合要求。由此可見，這種臺面結構在加速度超過20000g時，由於結構的局限性，不再實用。
發明內容
本發明提供一種衝擊試驗臺活塞式高加速度衝擊響應錘，其目的是要設計一種加速度值可達70000g，而且具有良好波形的高加速度衝擊試驗臺臺面結構。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種衝擊試驗臺活塞式高加速度衝擊響應錘，包括一剛性硬質的衝擊錘，該衝擊錘作為第一衝擊體，其底部設有第一衝擊面，頂部中央設有凹形孔座；一剛性硬質的響應頭，該響應頭作為第二衝擊體，其底部設有第二衝擊面，頂部設有試件衝擊面，中間設有圓柱形活塞式滑動柱；響應頭安裝在衝擊錘的孔座中，其活塞式滑動柱與孔座側壁配合構成垂直方向的滑動機構，第二衝擊面與孔座的底面對置形成兩個對撞面，試件衝擊面從孔座上埠露出作為試件放置平臺；一彈性支撐結構，該彈性支撐結構至少包含彈性元件，所述彈性元件作用在衝擊錘與響應頭之間的垂直方向上，將響應頭在孔座中相對浮起，使響應頭底部的第二衝擊面和孔座的底面對置形成空隙；一緩衝結構，該緩衝結構由孔座內緣上形成的上限位端面、響應頭外緣上形成的下限位端面和緩衝墊組成，上限位端面與下限位端面之間縱向疊夾緩衝墊，以此構成響應頭相對孔座向上反彈的緩衝結構。
上述技術方案中的有關內容解釋如下1、本方案所述活塞式高加速度衝擊響應錘，是衝擊試驗臺臺面結構中的衝擊錘體部分的結構。整個臺面一般由臺面支架結構和衝擊錘體兩部分組成，而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。本方案所述衝擊錘可以為單獨的構件，並且組合裝配在臺面支架上，也可以將衝擊錘與臺面支架設計成一體成型結構。
2、上述方案中，由於響應頭在孔座中滑動象一個活塞一樣會壓縮下部氣室空間，當滑動配合精度較高時，為了使響應頭在孔座中的上下滑動具有一定的靈活度，需要設置通氣槽結構，即在響應頭的活塞式滑動柱外緣或其對應的孔座側壁內緣上縱向開設通氣槽，通氣槽將活塞式滑動柱與孔座形成的上部氣室和下部氣室連通。該通氣槽的作用一是當響應頭由於衝擊產生上下滑動時，減少運動阻尼；二是當通氣槽的阻尼設計恰當時改善衝擊波形，具體說由於適當阻尼的作用可以使衝擊波形之後的餘波得到有效控制，使波形更加理想。
通氣槽可以設在活塞式滑動柱外緣上，也可以設在活塞式滑動柱所對應的孔座側壁內緣上，但設在活塞式滑動柱外緣上更容易加工。通常通氣槽至少有兩條組成，並且在圓周方向均勻分布。控制通氣槽的阻尼大小可以通過設置通氣槽的數量和通氣槽截面大小來實現。
3、上述方案中，為了有效控制衝擊輸出的波形，可以在響應頭底部的第二衝擊面與孔座的底面之間設有波形發生墊。一般是將波形發生墊放置在孔座的底面上即可。當然也可以將波形發生墊固定在響應頭底部的第二衝擊面上。
4、上述方案中，所述彈性支撐結構是一種比較上位的概念，在理論上這種結構是以彈性元件為核心，將響應頭從孔座中抬起一段距離(即浮起)，使兩個對撞面形成面對面相距的狀態。這裡所述的抬起可以利用彈性元件將響應頭頂起，也可以利用彈性元件將響應頭吊掛起來。其中，較佳的方案是彈性支撐結構由彈簧和頂杆組成，彈簧與頂杆疊加藏在孔座底面所設的沉孔中，頂杆的上部從沉孔中伸出，並頂壓於響應頭底部的第二衝擊面。
本發明工作過程和原理是當本發明活塞式高加速度衝擊響應錘隨衝擊試驗臺臺面跌落後，衝擊錘底部的第一衝擊面與下方的衝擊座發生第一次撞擊，撞擊使衝擊錘立即產生強烈反彈，而此時響應頭由於慣性作用克服彈性元件彈力繼續向下作脫離性滑動，從而使衝擊錘與響應頭之間發生第二次相向的對撞衝擊，這種衝擊使衝擊加速度成倍放大，並通過響應頭傳遞到試件，使試件獲得非常大的衝擊加速度。這裡所述的脫離性滑動使試驗衝擊的性質發生了本質變化，即瞬間第二次衝擊可簡化為衝擊錘與響應頭之間以很大的速度相向對撞的作用效果。響應頭的反彈由緩衝墊與限位端面構成的緩衝結構吸收。
由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點和效果1、在性能方面
(1)、由於本發明試驗衝擊是由衝擊錘與響應頭之間以很高的速度相向對撞而產生，因此峰值加速度可達70000g。
(2)、而活塞式響應頭在結構限制條件下，採用硬質材料後，因體積小剛度大，響應頭頻率響應可以大幅度提高(本發明響應頭的一價頻率響應可達到45000赫左右)。
(3)、在高加速度時，本發明具有很好的衝擊波形(見附圖4所示)。尤其是通氣槽的設計，由於適當阻尼的作用使衝擊波形之後的餘波得到有效控制，使波形更加理想。
(4)、本發明活塞式響應頭，由於採用精確導向來保證衝擊面受力均勻，為獲得高加速度的波形創造了良好的條件。
(5)、由于波形發生墊的作用本發明脈寬可調。
(6)、重複性好。
2、在結構方面，本發明結構簡單，構思巧妙，工作可靠，而且安裝、使用和維護均方便容易。尤其是響應頭與衝擊錘之間的活塞式設計充分體現了本發明的實質性特點和顯著地技術進步。
3、在經濟性方面，本發明相對成本較低，而年獲得的性能較高。
附圖1為本發明應用實施例主視圖；附圖2為圖1的左視圖；附圖3為衝擊試驗臺臺面結構圖；附圖4為本發明實施例結構示意圖；附圖5為圖4中A-A剖面圖；附圖6為本發明衝擊試驗波形圖(一)(A＝42738g；D＝58.44μs)；附圖7為本發明衝擊試驗波形圖(二)(A＝52000g；D＝49.6μs)；附圖8為本發明衝擊試驗波形圖(三)(A＝55000g；D＝68μs)。
以上附圖中，1、衝擊錘；2、響應頭；3、波形發生墊；4、第一衝擊面；5、孔座；6、第二衝擊面；7、試件衝擊面；8、活塞式滑動柱；9、底面；10、通氣槽；11、彈簧；12、頂杆；13、沉孔；14、擋圈蓋；15、緩衝墊；16、通孔；17、上限位端面；18、下限位端面；19、空氣隔振彈簧；20、阻尼器阻件；21、支座；22、衝擊墊；23、導軌；24、複合臺面；25、瞬間釋放勾；26、電動機；27、配重座；28、活塞式高加速度衝擊響應錘；29、緩衝圈；30、臺面支架；31、導向滑動軸承；32、提升勾；33、滑動軸承。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例參見圖1和圖2所示，一種高加速度衝擊試驗臺，包括空氣隔振彈簧19、阻尼器阻件20、支座21、衝擊墊22、導軌23、複合臺面24、瞬間釋放勾25、電動機26以及配重座27。其中，複合臺面24主要由中央的活塞式高加速度衝擊響應錘28與臺面支架兩部分組合構成。
參見圖3所示，一種複合臺面，包括活塞式高加速度衝擊響應錘28、緩衝圈29、臺面支架30、導向滑動軸承31、提升勾32以及滑動軸承33。其中，活塞式高加速度衝擊響應錘28為本發明關鍵內容。
參見圖4所示，一種衝擊試驗臺活塞式高加速度衝擊響應錘，由衝擊錘1、響應頭2、波形發生墊3、彈性支撐結構和緩衝結構組成。
所述衝擊錘1為一個圓柱形硬質剛性的衝擊錘體結構，該衝擊錘1作為第一衝擊體，其底部設有第一衝擊面4，頂部中央設有凹形筒孔座5。
所述響應頭2為一個圓柱形硬質剛性體，其一價頻率響應可達到45000赫。該響應頭2作為第二衝擊體，其底部設有第二衝擊面6，頂部設有試件衝擊面7，中間段設有圓柱形活塞式滑動柱8，該活塞式滑動柱8為圓柱體。響應頭2安裝在衝擊錘1的孔座5中，其活塞式滑動柱8與孔座5側壁配合構成垂直方向的滑動機構；第二衝擊面6與孔座5的底面9對置形成兩個對撞面，波形發生墊3放置在孔座5的底面9上；試件衝擊面7從孔座5上埠露出作為試件放置平臺。由於響應頭2在孔座5中滑動象一個活塞一樣會壓縮下部氣室空間，當滑動配合精度較高時，為了使響應頭2在孔座5中的上下滑動具有一定的靈活度，在響應頭1的活塞式滑動柱外緣周向均勻設置三個縱向通氣槽10，通氣槽10將活塞式滑動柱8與孔座5形成的上部氣室和下部氣室連通。通氣槽10的截面大小和數量可根據阻尼的需要來設計，比如本實施例採用三個通氣槽10，每個通氣槽10的大小為2mm×1mm，見圖5所示。
所述彈性支撐結構由一彈簧11和頂杆12組成，見圖4所示，彈簧11與頂杆12疊加藏在孔座5底面所設的沉孔13中，頂杆12的上部從沉孔13中伸出並穿過波形發生墊3，頂壓於響應頭2底部的第二衝擊面6上，並將響應頭2在孔座5中相對浮起，使響應頭5底部的第二衝擊面6與波形發生墊3之間留有空隙。沉孔13位於孔座5的底部中央。
所述緩衝結構一個擋圈蓋14、緩衝墊15和響應頭2上的臺階端面構成。擋圈蓋14蓋在衝擊錘1頂部的孔座5口端，並固定在孔座5上端，擋圈蓋14中央對應響應頭2的上端設有通孔16，使響應頭2頂部的試件衝擊面7從孔座5上埠露出作為試件放置平臺。擋圈蓋14與孔座5內緣形成上限位端面17，響應頭2上的臺階端面形成下限位端面18，上限位端面17與下限位端面18之間縱向疊夾緩衝墊15，以此構成響應頭2相對孔座5向上反彈的緩衝結構。
圖6為本發明實施例在A＝42738g；D＝58.44μs時的衝擊試驗波形圖。
圖7為本發明實施例在A＝52000g；D＝49.6μs時的衝擊試驗波形圖。
圖8為本發明實施例在A＝55000g；D＝68μs時的衝擊試驗波形圖。
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種衝擊試驗臺活塞式高加速度衝擊響應錘，其特徵在於包括一剛性硬質的衝擊錘，該衝擊錘作為第一衝擊體，其底部設有第一衝擊面，頂部中央設有凹形孔座；一剛性硬質的響應頭，該響應頭作為第二衝擊體，其底部設有第二衝擊面，頂部設有試件衝擊面，中間設有圓柱形活塞式滑動柱；響應頭安裝在衝擊錘的孔座中，其活塞式滑動柱與孔座側壁配合構成垂直方向的滑動機構，第二衝擊面與孔座的底面對置形成兩個對撞面，試件衝擊面從孔座上埠露出作為試件放置平臺；一彈性支撐結構，該彈性支撐結構至少包含彈性元件，所述彈性元件作用在衝擊錘與響應頭之間的垂直方向上，將響應頭在孔座中相對浮起，使響應頭底部的第二衝擊面和孔座的底面對置形成空隙；一緩衝結構，該緩衝結構由孔座內緣上形成的上限位端面、響應頭外緣上形成的下限位端面和緩衝墊組成，上限位端面與下限位端面之間縱向疊夾緩衝墊，以此構成響應頭相對孔座向上反彈的緩衝結構。
2.根據權利要求1所述的活塞式高加速度衝擊響應錘，其特徵在於所述響應頭的活塞式滑動柱外緣或其對應的孔座側壁內緣上縱向開設通氣槽，通氣槽將活塞式滑動柱與孔座形成的上部氣室和下部氣室連通。
3.根據權利要求2所述的活塞式高加速度衝擊響應錘，其特徵在於所述通氣槽至少有兩條組成，並且在圓周方向均勻分布。
4.根據權利要求1所述的活塞式高加速度衝擊響應錘，其特徵在於所述響應頭底部的第二衝擊面與孔座的底面之間設有波形發生墊。
5.根據權利要求1所述的活塞式高加速度衝擊響應錘，其特徵在於所述彈性支撐結構由彈簧和頂杆組成，彈簧與頂杆疊加藏在孔座底面所設的沉孔中，頂杆的上部從沉孔中伸出，並頂壓於響應頭底部的第二衝擊面。
全文摘要
一種衝擊試驗臺活塞式高加速度衝擊響應錘，包括一剛性硬質的衝擊錘，該衝擊錘底部設有第一衝擊面，頂部中央設有凹形孔座；一剛性硬質的響應頭，該響應頭底部設有第二衝擊面，頂部設有試件衝擊面，中間設有圓柱形活塞式滑動柱；響應頭安裝在孔座中構成活塞式結構；一彈性支撐結構將響應頭在孔座中相對浮起，使響應頭底部與孔座的底面對置形成空隙；一緩衝結構通過緩衝墊以及臺階端面構成響應頭相對孔座向上反彈的緩衝結構。本發明利用衝擊錘的反彈能量，使響應頭與衝擊錘發生相向對撞衝擊，其峰值加速度可達70000g，而且具有脈寬可調、波形好等特點。
文檔編號G01M7/00GK1710396SQ20051004050
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月10日 優先權日2005年6月10日
發明者呂興東, 仝寧可 申請人:蘇州東菱振動試驗儀器有限公司