專利名稱：一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及沖擊測試與實驗技術領域，特別涉及一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺。
背景技術：
對高g(重力加速度，9. 8m/s2)值加速度傳感器進行校準是該類傳感器研制過程中的一個必不可少的重要環(huán)節(jié)，而且高g值沖擊環(huán)境的模擬難度較大。目前常用的幾種高g 值加速度傳感器校準設備有三種。第一種是Hopkinson壓桿校準系統(tǒng)，采用壓縮空氣炮射出一高速彈丸，使其與一細長桿撞擊，可在桿內(nèi)產(chǎn)生超過IOOOOOg以上的加速度應力波信號。同時加裝激光多普勒測試裝置，可以實現(xiàn)加速度傳感器的絕對校準。但整個裝置結構龐大而復雜，且造價非常昂貴。另一種是馬歇特錘校準系統(tǒng)，結構相對較簡單，造價較低。利用杠桿原理，使錘頭與撞擊砧碰撞瞬間產(chǎn)生高g值沖擊加速度，其應力波的形式比較復雜， 重復性比較好，但最大沖擊加速度為50000g，且不能實現(xiàn)無級校準。第三種是垂直跌落沖擊校準試驗裝置，造價及結構原理均居于前兩者之間，但與Hopkinson壓桿校準系統(tǒng)相比，要簡單和容易實現(xiàn)得多。其工作時將沖擊錘提升一定高度后釋放，其與正下方的沖擊砧碰撞， 在沖擊錘中產(chǎn)生高g值沖擊信號。如給沖擊錘加儲能彈簧提高其沖擊初速度、在沖擊頭中增加二次沖擊放大響應頭等，可以產(chǎn)生高達70000g值的沖擊加速度。但能產(chǎn)生更高沖擊加速度的垂直跌落沖擊試驗臺還未見公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺裝置，具有結構簡單，空間尺寸小，加工制造成本非常低；沖擊加速度高，高可達 IOOOOOg值的沖擊加速度；純手工操作，無電能消耗，幾乎無維護費用，操作簡單方便的特
點O為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，包括底座1、立柱2、上座3、響應頭總成4、夾持控制總成5和沖桿總成6，立柱2的一端與底座1連接，另一端與上座3連接組成裝置支架；響應頭總成4與沖桿總成6的沖桿14連接；夾持控制總成5固定于上座3上，沖桿總成 6下端與底座1相連，沖桿總成6上端與上座3連接。響應頭總成4包括沖桿上座7，沖桿上座7上開有用于與沖桿14連接的連接孔32， 響應頭調整環(huán)10置于沖桿上座7上端的大孔中，響應頭支撐彈簧8穿過響應頭調整環(huán)10 中間孔置入沖桿上座7上端的小孔中，響應頭頂針9小直徑端朝下置入響應頭支撐彈簧8， 置入響應頭13由響應頭頂針9支撐，使得響應頭13與響應頭調整環(huán)10之間存在一定的距離，響應頭13用于安待測試的加速度傳感器，響應頭擋片12由響應頭擋片螺釘11連接在沖桿上座7上端的螺紋孔中。沖桿總成6包括沖桿導筒17，沖桿導筒17下端通過法蘭20與底座1連接，沖桿導筒17內(nèi)配置有沖桿14，沖桿14的一端通過連接孔32與沖桿上座7連接，沖桿14的另一端在重力作用下與底座1表面接觸，沖桿14上套有儲能彈簧16，儲能彈簧16上端連接儲能彈簧連接板15，儲能彈簧16和儲能彈簧連接板15 —起放入沖桿導筒17，儲能彈簧連接板15 直徑和沖桿導筒17外徑相同，儲能彈簧16和儲能彈簧連接板15懸掛在沖桿導筒17上端， 放入沖桿導筒固定孔30中，實現(xiàn)與上座3之間的鏈接，儲能彈簧限制環(huán)18用儲能彈簧限制環(huán)螺釘19固定在沖桿14上，在沖桿總成6上提時提供彈性力的反作用點，儲能彈簧限制環(huán) 18外壁與沖桿導筒17內(nèi)壁之間組成滑動副，起沖桿14上下運動的導向作用。夾持控制總成5包括夾持桿23，夾持桿23上配置有復位彈簧22及其銷軸，夾持桿 23用通過彈性擋圈四與上座3固定，夾持桿23通過夾持桿墊膠M夾持沖桿14，夾持桿限位支架沈用夾持桿限位支架螺栓觀與上座3連接，控制手柄25穿過夾持桿限位支架沈中間孔與夾持桿卡槽27用螺紋連接，夾持桿卡槽27置于上座3的卡槽導孔31中。底座1的材料為金屬材料。沖桿14的材料為碳纖維復合材料。所述的簡易高g值加速度沖擊試驗臺的高g值加速度的獲得原理為底座1的材料為金屬材料，沖桿14的材料為碳纖維復合材料，沖桿14的縱波波速Cg比底座1的縱波波速cd大得多，且沖桿14的密度P g比底座1的密度P d小得多，而沖桿14的彈性模量& 與底座1的彈性模量&相差不大，沖桿14以一定初速度Vtl垂直下落與底座1碰撞后，根據(jù)沖擊動力學及波動力學知識可得沖桿14的反彈速度為
Z, - Z,； ；f . , - .λ;Ci Ae ^jpgEe - Ad-JpdSd上式中Ye—沖桿總成6和響應頭總成4組成的組合體的反彈速度；V0——沖桿總成6和響應頭總成4組成的組合體的垂直跌落初速度；Zg、Zd——分別為沖桿14和底座1的材料的波阻；Pg, P d——分別為沖桿14和底座1的材料的密度；cg, Cd——分別為沖桿14和底座1的材料的應力波波速；Ag、Ad——分別為沖桿14和底座1參與碰撞部分的截面積。目前公開的跌落沖擊試驗臺沖桿和底座均為金屬，所以兩者的波阻相差不大，所能獲得的沖桿反彈速度是非常有限的。本專利申請?zhí)貏e運用高強度、低密度的碳纖維復合材料桿作為沖桿，在視為等截面沖擊時，可獲得的反彈速度可達到0.499V(1。響應頭13和響應頭調整環(huán)10產(chǎn)生高速對碰，從而獲得超過IOOOOOg值的沖擊加速度。當儲能彈簧16的剛度系數(shù)為4. 97N/m時，使沖桿產(chǎn)生15m/s的初始沖擊速度時，提升沖桿時需要的拉力為 40kg，一個成年男性完全可以手動操作完成。


圖1是一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺結構原理圖。圖2是響應頭總成4的結構原理圖。圖3是沖桿總成6的結構原理圖。圖4是夾持控制總成5的結構原理圖，圖4(a)是正視軸側圖，圖4(b)是仰視軸側圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作詳細敘述。參照圖1，圖2、圖3、圖4，一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，包括底座1，立柱2， 上座3，響應頭總成4、夾持控制總成5和沖桿總成6，立柱2通過法蘭用螺栓與底座1連接， 用螺栓與上座3連接組成裝置支架；響應頭總成4通過沖桿上座7下端的連接孔32與沖桿總成6的沖桿14連接；夾持控制總成5通過夾持桿23及其銷軸用彈性擋圈四固定于上座 3上，同時通過夾持桿限位支架沈用夾持桿限位支架螺栓觀與上座3固定；沖桿總成6下端通過沖桿導筒17的沖桿導筒連接法蘭20用螺栓與底座1相連，沖桿總成6上端則通過沖桿導筒17置于上座3上的沖桿導筒固定孔30中與上座3連接。參照圖2，響應頭總成4包括沖桿上座7，沖桿上座7上開有用于與沖桿14連接的連接孔32，沖桿上座7與沖桿14用環(huán)氧樹脂膠粘結，響應頭調整環(huán)10置于沖桿上座7上端的大孔中，響應頭支撐彈簧8穿過響應頭調整環(huán)10中間孔置入沖桿上座7上端的小孔中， 響應頭頂針9小直徑端朝下置入響應頭支撐彈簧8，置入響應頭13由響應頭頂針9支撐，使得響應頭13與響應頭調整環(huán)10之間存在一定的距離，響應頭13用于安待測試的加速度傳感器，響應頭擋片12由響應頭擋片螺釘11連接在沖桿上座7上端的螺紋孔中，使響應頭 13在下落過程中不致脫落，且保證其與沖桿14有一樣的下落速度。參照圖3，沖桿總成6包括沖桿導筒17，沖桿導筒17下端通過法蘭20與底座1連接，沖桿導筒17內(nèi)配置有沖桿14，沖桿14的一端通過連接孔32與沖桿上座7連接，沖桿 14的另一端在重力作用下與底座1表面接觸，沖桿14上套有儲能彈簧16，儲能彈簧16上端連接儲能彈簧連接板15，儲能彈簧16和儲能彈簧連接板15 —起放入沖桿導筒17，儲能彈簧連接板15直徑和沖桿導筒17外徑一樣，這樣，儲能彈簧16和儲能彈簧連接板15懸掛在沖桿導筒17上端，最后放入沖桿導筒固定孔30中，實現(xiàn)與上座3之間的鏈接。儲能彈簧限制環(huán)18用儲能彈簧限制環(huán)螺釘19固定在沖桿14上，在沖桿總成6上提時提供彈性力的反作用點，儲能彈簧限制環(huán)18外壁與沖桿導筒17內(nèi)壁之間組成滑動副，起沖桿14上下運動的導向作用，高度顯示刻度21用以顯示沖桿14提升的高度值。參照圖4，夾持控制總成5包括夾持桿23，夾持桿23上配置有復位彈簧22及其銷軸，夾持桿23用通過彈性擋圈四與上座3固定，夾持桿23通過夾持桿墊膠M夾持沖桿 14，夾持桿限位支架26用夾持桿限位支架螺栓W與上座3連接，控制手柄％穿過夾持桿限位支架沈中間孔與夾持桿卡槽27用螺紋連接，夾持桿卡槽27置于上座3的卡槽導孔31 中。另外，30是上座3上的用于固定沖桿導筒17的固定孔。本發(fā)明的工作原理為將被測傳感器用螺釘安裝于響應頭13上端面，連接好線路，將響應頭擋片12擋住響應頭13上端面外沿，擰緊響應頭擋片螺釘11，保證沖桿14垂直跌落時安裝在響應頭13 上的傳感器和沖桿14具有相同的初速度。用手提升沖桿14至一定高度，將夾持桿23夾緊并提起控制手柄25使得夾持桿卡槽27卡住夾持桿，從高度顯示刻度21上記錄沖桿14提升的高度，設置好采集系統(tǒng)參數(shù)，摁下控制手柄25，沖桿14高速垂直以一定的初速度和底座1碰撞反彈，產(chǎn)生高g值加速度沖擊信號。
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圖中1、底座；2、立柱；3、上座；4、響應頭總成；5、夾持控制總成；6、沖桿總成；7、 沖桿上座；8、響應頭支撐彈簧；9、響應頭頂針；10、響應頭調整環(huán)；11、響應頭擋片螺釘；12、 響應頭擋片；13、響應頭；14、沖桿；15、儲能彈簧連接板；16、儲能彈簧，17、沖桿導筒；18、儲能彈簧限制環(huán)；19、儲能彈簧限制環(huán)螺釘；20、沖桿導筒連接法蘭；21、高度顯示刻度；22、夾持桿復位彈簧；23、夾持桿；24、夾持桿墊膠；25、控制手柄；26、夾持桿限位支架；27、夾持桿卡槽；28、夾持桿限位支架螺栓；29、彈性擋圈；30、沖桿導筒固定孔；31、卡槽導孔；32、連接孔。
權利要求
1.一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，其特征在于，包括底座(1)、立柱O)、上座(3)、 響應頭總成G)、夾持控制總成( 和沖桿總成(6)，立柱O)的一端與底座(1)連接，另一端與上座⑶連接組成裝置支架；響應頭總成⑷與沖桿總成(6)的沖桿(14)連接；夾持控制總成(5)固定于上座C3)上，沖桿總成(6)下端與底座(1)相連，沖桿總成(6)上端與上座⑶連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，其特征在于，響應頭總成 (4)包括沖桿上座(7)，沖桿上座(7)上開有用于與沖桿(14)連接的連接孔(3 ，響應頭調整環(huán)(10)置于沖桿上座(7)上端的大孔中，響應頭支撐彈簧(8)穿過響應頭調整環(huán)(10) 中間孔置入沖桿上座(7)上端的小孔中，響應頭頂針(9)小直徑端朝下置入響應頭支撐彈簧(8)，置入響應頭(1 由響應頭頂針(9)支撐，使得響應頭(1 與響應頭調整環(huán)(10)之間存在一定的距離，響應頭(13)用于安待測試的加速度傳感器，響應頭擋片(12)由響應頭擋片螺釘(11)連接在沖桿上座(7)上端的螺紋孔中。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，其特征在于，沖桿總成 (6)包括沖桿導筒(17)，沖桿導筒(17)下端通過法蘭00)與底座(1)連接，沖桿導筒(17) 內(nèi)配置有沖桿(14)，沖桿(14)的一端通過連接孔(3 與沖桿上座(7)連接，沖桿14的另一端在重力作用下與底座1表面接觸，沖桿(14)上套有儲能彈簧(16)，儲能彈簧(16)上端連接儲能彈簧連接板(15)，儲能彈簧(16)和儲能彈簧連接板(1 一起放入沖桿導筒 (17)，儲能彈簧連接板(1 直徑和沖桿導筒(17)外徑一樣，儲能彈簧(16)和儲能彈簧連接板(1 懸掛在沖桿導筒(17)上端，放入沖桿導筒固定孔(30)中，實現(xiàn)與上座C3)之間的鏈接，儲能彈簧限制環(huán)(18)用儲能彈簧限制環(huán)螺釘(19)固定在沖桿(14)上，在沖桿總成(6)上提時提供彈性力的反作用點，儲能彈簧限制環(huán)(18)外壁與沖桿導筒(17)內(nèi)壁之間組成滑動副，起沖桿(14)上下運動的導向作用。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，其特征在于，夾持控制總成( 包括夾持桿(23)，夾持桿上配置有復位彈簧0 及其銷軸，夾持桿用通過彈性擋圈09)與上座(3)固定，夾持桿通過夾持桿墊膠04)夾持沖桿(14)，夾持桿限位支架06)用夾持桿限位支架螺栓08)與上座C3)連接，控制手柄0 穿過夾持桿限位支架06)中間孔與夾持桿卡槽(XT)用螺紋連接，夾持桿卡槽(XT)置于上座(3)的卡槽導孔(31)中。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，其特征在于，底座(1)的材料為金屬材料。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，其特征在于，沖桿(14) 的材料為碳纖維復合材料。
全文摘要
一種簡易高g值加速度沖擊試驗臺，包括底座，立柱，上座，響應頭總成、夾持控制總成和沖桿總成，將被測傳感器用螺釘安裝于響應頭總成的響應頭上端面，連接好線路，將響應頭擋片擋住響應頭上端面外沿，擰緊響應頭擋片螺釘，保證沖桿總成中沖桿垂直跌落時安裝在響應頭上的傳感器和沖桿具有相同的初速度，用手提升沖桿至一定高度，將夾持控制總成中的夾持桿夾緊并提起控制手柄使得夾持桿卡槽卡住夾持桿，記錄沖桿提升的高度，設置好采集系統(tǒng)參數(shù)，沖桿高速垂直以一定的初速度和底座碰撞反彈，產(chǎn)生高g值加速度沖擊信號；本發(fā)明具有結構簡單，空間尺寸小，加工制造成本非常低、操作簡單方便的特點。
文檔編號G01P21/00GK102507983SQ20111030299
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權日2011年10月9日
發(fā)明者劉巖, 段正勇, 蔣莊德, 趙玉龍 申請人:西安交通大學