專利名稱：沖擊試驗臺活塞式高加速度沖擊響應錘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沖擊試驗臺結(jié)構(gòu)，特別涉及沖擊試驗臺臺面上的一種沖擊錘體結(jié)構(gòu)，即一種活塞式高加速度沖擊響應錘結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
沖擊試驗臺(以下簡稱沖擊臺)是一種進行沖擊試驗的設(shè)備，主要用來模擬產(chǎn)品、包裝以及元器件在使用、裝卸和運輸過程中遭受沖擊的環(huán)境，進行沖擊試驗。沖擊臺的工作原理是將臺面連同試件一同提升到預定高度，然后讓臺面連同試件跌落，并沖擊在下方?jīng)_擊座的波形發(fā)生墊上產(chǎn)生沖擊。
沖擊試驗臺的主要技術(shù)指標有最大負載、臺面尺寸、沖擊波形、峰值加速度、脈沖持續(xù)時間、速度變化量等等，其中，峰值加速度、脈沖持續(xù)時間、速度變化量以及沖擊波形是衡量沖擊試驗臺的重要指標。對于一種符合規(guī)范設(shè)計要求的沖擊試驗臺來說，不僅峰值加速度、脈沖持續(xù)時間和速度變化量要同時滿足設(shè)計，而且其沖擊波形要落入一允差帶內(nèi)。
目前市場上的沖擊試驗臺主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種為自由落體式，另一種為加力式。通常情況下這些沖擊試驗臺的試驗峰值加速度最大值一般在3000g以下。要想制造峰值加速度在3000g以上，甚至達到20000g以上的沖擊試驗臺是十分困難的。據(jù)申請人了解，目前國際上掌握這一高端技術(shù)的也只有國外的個別廠家，生產(chǎn)出的機械式?jīng)_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(shè)計方面難以突破傳統(tǒng)設(shè)計理念。
現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)沖擊臺面作為一個乘載試件的沖擊結(jié)構(gòu)件，一般由鋁合金材料制成，從制造工藝上可分為鑄鋁件、鍛鋁件和焊鋁件三種，其結(jié)構(gòu)為左右對稱設(shè)計的橫梁，橫梁兩端對稱設(shè)置吊勾和垂直導向孔，頂部中央有一放置試件的平面，底部中央為一沖擊頭。這種臺面通常只能應用在峰值加速度較低(3000g以內(nèi))的沖擊試驗臺中，當作為高加速度臺面時，由于材料剛度較低和臺面結(jié)構(gòu)剛性較低(在沖擊時臺面長度方向發(fā)生彎曲)，一方面沖擊時頻響較低，無法達到較高的設(shè)計峰值加速度，另一方面在發(fā)生沖擊時會造成臺面波形傳遞失真不符合沖擊試驗要求。如果提高材料剛度，則會造成臺面質(zhì)量過大，同樣無法達到較高的設(shè)計峰值加速度。
為了解決上述問題，本申請人于2004年7月22日向國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局遞交了名稱為“高加速度沖擊試驗臺復合臺面結(jié)構(gòu)”，專利申請?zhí)枮?00420078026.X的發(fā)明專利申請。該專利將一個剛性輕質(zhì)的臺面支架和一個剛性硬質(zhì)的沖擊錘體進行組合，從而構(gòu)成了一種重量輕、剛度大、頻響高的復合臺面結(jié)構(gòu)，因此較好的解決了高加速度沖擊試驗臺中有關(guān)臺面設(shè)計方面的技術(shù)問題。然而，試驗測試表明這種臺面結(jié)構(gòu)，當加速度值達到20000g時，沖擊波形等技術(shù)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(jié)構(gòu)在加速度超過20000g時，由于結(jié)構(gòu)的局限性，不再實用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種沖擊試驗臺活塞式高加速度沖擊響應錘，其目的是要設(shè)計一種加速度值可達70000g，而且具有良好波形的高加速度沖擊試驗臺臺面結(jié)構(gòu)。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種沖擊試驗臺活塞式高加速度沖擊響應錘，包括一剛性硬質(zhì)的沖擊錘，該沖擊錘作為第一沖擊體，其底部設(shè)有第一沖擊面，頂部中央設(shè)有凹形孔座；一剛性硬質(zhì)的響應頭，該響應頭作為第二沖擊體，其底部設(shè)有第二沖擊面，頂部設(shè)有試件沖擊面，中間設(shè)有圓柱形活塞式滑動柱；響應頭安裝在沖擊錘的孔座中，其活塞式滑動柱與孔座側(cè)壁配合構(gòu)成垂直方向的滑動機構(gòu)，第二沖擊面與孔座的底面對置形成兩個對撞面，試件沖擊面從孔座上端口露出作為試件放置平臺；一彈性支撐結(jié)構(gòu)，該彈性支撐結(jié)構(gòu)至少包含彈性元件，所述彈性元件作用在沖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沖擊面和孔座的底面對置形成空隙；一緩沖結(jié)構(gòu)，該緩沖結(jié)構(gòu)由孔座內(nèi)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沖墊組成，上限位端面與下限位端面之間縱向疊夾緩沖墊，以此構(gòu)成響應頭相對孔座向上反彈的緩沖結(jié)構(gòu)。
上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下1、本方案所述活塞式高加速度沖擊響應錘，是沖擊試驗臺臺面結(jié)構(gòu)中的沖擊錘體部分的結(jié)構(gòu)。整個臺面一般由臺面支架結(jié)構(gòu)和沖擊錘體兩部分組成，而臺面支架為對稱設(shè)計的橫梁型架體，架體兩端對稱設(shè)置垂直起吊結(jié)構(gòu)和垂直導向孔。本方案所述沖擊錘可以為單獨的構(gòu)件，并且組合裝配在臺面支架上，也可以將沖擊錘與臺面支架設(shè)計成一體成型結(jié)構(gòu)。
2、上述方案中，由于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(shè)置通氣槽結(jié)構(gòu)，即在響應頭的活塞式滑動柱外緣或其對應的孔座側(cè)壁內(nèi)緣上縱向開設(shè)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于沖擊產(chǎn)生上下滑動時，減少運動阻尼；二是當通氣槽的阻尼設(shè)計恰當時改善沖擊波形，具體說由于適當阻尼的作用可以使沖擊波形之后的余波得到有效控制，使波形更加理想。
通氣槽可以設(shè)在活塞式滑動柱外緣上，也可以設(shè)在活塞式滑動柱所對應的孔座側(cè)壁內(nèi)緣上，但設(shè)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，并且在圓周方向均勻分布?？刂仆獠鄣淖枘岽笮】梢酝ㄟ^設(shè)置通氣槽的數(shù)量和通氣槽截面大小來實現(xiàn)。
3、上述方案中，為了有效控制沖擊輸出的波形，可以在響應頭底部的第二沖擊面與孔座的底面之間設(shè)有波形發(fā)生墊。一般是將波形發(fā)生墊放置在孔座的底面上即可。當然也可以將波形發(fā)生墊固定在響應頭底部的第二沖擊面上。
4、上述方案中，所述彈性支撐結(jié)構(gòu)是一種比較上位的概念，在理論上這種結(jié)構(gòu)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(tài)。這里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(jié)構(gòu)由彈簧和頂桿組成，彈簧與頂桿疊加藏在孔座底面所設(shè)的沉孔中，頂桿的上部從沉孔中伸出，并頂壓于響應頭底部的第二沖擊面。
本發(fā)明工作過程和原理是當本發(fā)明活塞式高加速度沖擊響應錘隨沖擊試驗臺臺面跌落后，沖擊錘底部的第一沖擊面與下方的沖擊座發(fā)生第一次撞擊，撞擊使沖擊錘立即產(chǎn)生強烈反彈，而此時響應頭由于慣性作用克服彈性元件彈力繼續(xù)向下作脫離性滑動，從而使沖擊錘與響應頭之間發(fā)生第二次相向的對撞沖擊，這種沖擊使沖擊加速度成倍放大，并通過響應頭傳遞到試件，使試件獲得非常大的沖擊加速度。這里所述的脫離性滑動使試驗沖擊的性質(zhì)發(fā)生了本質(zhì)變化，即瞬間第二次沖擊可簡化為沖擊錘與響應頭之間以很大的速度相向?qū)ψ驳淖饔眯Чｍ憫^的反彈由緩沖墊與限位端面構(gòu)成的緩沖結(jié)構(gòu)吸收。
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果1、在性能方面
(1)、由于本發(fā)明試驗沖擊是由沖擊錘與響應頭之間以很高的速度相向?qū)ψ捕a(chǎn)生，因此峰值加速度可達70000g。
(2)、而活塞式響應頭在結(jié)構(gòu)限制條件下，采用硬質(zhì)材料后，因體積小剛度大，響應頭頻率響應可以大幅度提高(本發(fā)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(fā)明具有很好的沖擊波形(見附圖4所示)。尤其是通氣槽的設(shè)計，由于適當阻尼的作用使沖擊波形之后的余波得到有效控制，使波形更加理想。
(4)、本發(fā)明活塞式響應頭，由于采用精確導向來保證沖擊面受力均勻，為獲得高加速度的波形創(chuàng)造了良好的條件。
(5)、由于波形發(fā)生墊的作用本發(fā)明脈寬可調(diào)。
(6)、重復性好。
2、在結(jié)構(gòu)方面，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思巧妙，工作可靠，而且安裝、使用和維護均方便容易。尤其是響應頭與沖擊錘之間的活塞式設(shè)計充分體現(xiàn)了本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著地技術(shù)進步。
3、在經(jīng)濟性方面，本發(fā)明相對成本較低，而年獲得的性能較高。


附圖1為本發(fā)明應用實施例主視圖；附圖2為圖1的左視圖；附圖3為沖擊試驗臺臺面結(jié)構(gòu)圖；附圖4為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5為圖4中A-A剖面圖；附圖6為本發(fā)明沖擊試驗波形圖(一)(A＝42738g；D＝58.44μs)；附圖7為本發(fā)明沖擊試驗波形圖(二)(A＝52000g；D＝49.6μs)；附圖8為本發(fā)明沖擊試驗波形圖(三)(A＝55000g；D＝68μs)。
以上附圖中，1、沖擊錘；2、響應頭；3、波形發(fā)生墊；4、第一沖擊面；5、孔座；6、第二沖擊面；7、試件沖擊面；8、活塞式滑動柱；9、底面；10、通氣槽；11、彈簧；12、頂桿；13、沉孔；14、擋圈蓋；15、緩沖墊；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、沖擊墊；23、導軌；24、復合臺面；25、瞬間釋放勾；26、電動機；27、配重座；28、活塞式高加速度沖擊響應錘；29、緩沖圈；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(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例參見圖1和圖2所示，一種高加速度沖擊試驗臺，包括空氣隔振彈簧19、阻尼器阻件20、支座21、沖擊墊22、導軌23、復合臺面24、瞬間釋放勾25、電動機26以及配重座27。其中，復合臺面24主要由中央的活塞式高加速度沖擊響應錘28與臺面支架兩部分組合構(gòu)成。
參見圖3所示，一種復合臺面，包括活塞式高加速度沖擊響應錘28、緩沖圈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，活塞式高加速度沖擊響應錘28為本發(fā)明關(guān)鍵內(nèi)容。
參見圖4所示，一種沖擊試驗臺活塞式高加速度沖擊響應錘，由沖擊錘1、響應頭2、波形發(fā)生墊3、彈性支撐結(jié)構(gòu)和緩沖結(jié)構(gòu)組成。
所述沖擊錘1為一個圓柱形硬質(zhì)剛性的沖擊錘體結(jié)構(gòu)，該沖擊錘1作為第一沖擊體，其底部設(shè)有第一沖擊面4，頂部中央設(shè)有凹形筒孔座5。
所述響應頭2為一個圓柱形硬質(zhì)剛性體，其一價頻率響應可達到45000赫。該響應頭2作為第二沖擊體，其底部設(shè)有第二沖擊面6，頂部設(shè)有試件沖擊面7，中間段設(shè)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安裝在沖擊錘1的孔座5中，其活塞式滑動柱8與孔座5側(cè)壁配合構(gòu)成垂直方向的滑動機構(gòu)；第二沖擊面6與孔座5的底面9對置形成兩個對撞面，波形發(fā)生墊3放置在孔座5的底面9上；試件沖擊面7從孔座5上端口露出作為試件放置平臺。由于響應頭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(shè)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(shù)量可根據(jù)阻尼的需要來設(shè)計，比如本實施例采用三個通氣槽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(jié)構(gòu)由一彈簧11和頂桿12組成，見圖4所示，彈簧11與頂桿12疊加藏在孔座5底面所設(shè)的沉孔13中，頂桿12的上部從沉孔13中伸出并穿過波形發(fā)生墊3，頂壓于響應頭2底部的第二沖擊面6上，并將響應頭2在孔座5中相對浮起，使響應頭5底部的第二沖擊面6與波形發(fā)生墊3之間留有空隙。沉孔13位于孔座5的底部中央。
所述緩沖結(jié)構(gòu)一個擋圈蓋14、緩沖墊15和響應頭2上的臺階端面構(gòu)成。擋圈蓋14蓋在沖擊錘1頂部的孔座5口端，并固定在孔座5上端，擋圈蓋14中央對應響應頭2的上端設(shè)有通孔16，使響應頭2頂部的試件沖擊面7從孔座5上端口露出作為試件放置平臺。擋圈蓋14與孔座5內(nèi)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之間縱向疊夾緩沖墊15，以此構(gòu)成響應頭2相對孔座5向上反彈的緩沖結(jié)構(gòu)。
圖6為本發(fā)明實施例在A＝42738g；D＝58.44μs時的沖擊試驗波形圖。
圖7為本發(fā)明實施例在A＝52000g；D＝49.6μs時的沖擊試驗波形圖。
圖8為本發(fā)明實施例在A＝55000g；D＝68μs時的沖擊試驗波形圖。
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種沖擊試驗臺活塞式高加速度沖擊響應錘，其特征在于包括一剛性硬質(zhì)的沖擊錘，該沖擊錘作為第一沖擊體，其底部設(shè)有第一沖擊面，頂部中央設(shè)有凹形孔座；一剛性硬質(zhì)的響應頭，該響應頭作為第二沖擊體，其底部設(shè)有第二沖擊面，頂部設(shè)有試件沖擊面，中間設(shè)有圓柱形活塞式滑動柱；響應頭安裝在沖擊錘的孔座中，其活塞式滑動柱與孔座側(cè)壁配合構(gòu)成垂直方向的滑動機構(gòu)，第二沖擊面與孔座的底面對置形成兩個對撞面，試件沖擊面從孔座上端口露出作為試件放置平臺；一彈性支撐結(jié)構(gòu)，該彈性支撐結(jié)構(gòu)至少包含彈性元件，所述彈性元件作用在沖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沖擊面和孔座的底面對置形成空隙；一緩沖結(jié)構(gòu)，該緩沖結(jié)構(gòu)由孔座內(nèi)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沖墊組成，上限位端面與下限位端面之間縱向疊夾緩沖墊，以此構(gòu)成響應頭相對孔座向上反彈的緩沖結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式高加速度沖擊響應錘，其特征在于所述響應頭的活塞式滑動柱外緣或其對應的孔座側(cè)壁內(nèi)緣上縱向開設(shè)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(jù)權(quán)利要求2所述的活塞式高加速度沖擊響應錘，其特征在于所述通氣槽至少有兩條組成，并且在圓周方向均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式高加速度沖擊響應錘，其特征在于所述響應頭底部的第二沖擊面與孔座的底面之間設(shè)有波形發(fā)生墊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式高加速度沖擊響應錘，其特征在于所述彈性支撐結(jié)構(gòu)由彈簧和頂桿組成，彈簧與頂桿疊加藏在孔座底面所設(shè)的沉孔中，頂桿的上部從沉孔中伸出，并頂壓于響應頭底部的第二沖擊面。
全文摘要
一種沖擊試驗臺活塞式高加速度沖擊響應錘，包括一剛性硬質(zhì)的沖擊錘，該沖擊錘底部設(shè)有第一沖擊面，頂部中央設(shè)有凹形孔座；一剛性硬質(zhì)的響應頭，該響應頭底部設(shè)有第二沖擊面，頂部設(shè)有試件沖擊面，中間設(shè)有圓柱形活塞式滑動柱；響應頭安裝在孔座中構(gòu)成活塞式結(jié)構(gòu)；一彈性支撐結(jié)構(gòu)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；一緩沖結(jié)構(gòu)通過緩沖墊以及臺階端面構(gòu)成響應頭相對孔座向上反彈的緩沖結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用沖擊錘的反彈能量，使響應頭與沖擊錘發(fā)生相向?qū)ψ矝_擊，其峰值加速度可達70000g，而且具有脈寬可調(diào)、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(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)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