连续跌落冲击台的工作原理与调整

2. 3 调整方法
在使用过程中 ,若不考虑次冲击的影响 , 则冲 击 参 数 主 要 是 首 次 冲 击 加 速 度 幅 值
1999 年第 1 期
Байду номын сангаас于治会 : 连续跌落冲击台的工作原理与调整
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重与试件质量关系如表 1 所示 。采用恒定试 验负荷法的优点在于 : 其一 ,冲击台的冲击参 数不会随试件的质量改变而变化 , 只要在鉴 定过程确定了冲击参数 , 在使用过程中就无 需再用冲击加速度测量仪重新鉴定冲击参 数 ;其二 , 同理还可以使凸轮的转速保持恒 定 ,无需随试件质量的改变而随时调整凸轮 的转速 ,可以节省时间 ;其三 ,因为有效负荷的 增加可以使脉冲时间间隔延长 ,这对减小试件 系统对冲击过程的响应叠加现象有所改善。
a. 相对半正弦脉冲波形的失真度 ( 保真
g. 脉冲时间间隔 Δt ( i - 1) - i 可由式 ( 7 ) 确 定; h. 单次循环冲击时间可由式 ( 8) 确定 。
2. 2 影响因素 ( 4a ) 、 ( 5 ) 和 ( 7 ) 可以看出 , 影 由式 ( 3a) 、 响冲击加速度参数的主要因素是工作台的有 效质量 M ( 工作台面质量 m 1 + 试件与卡具
) 也相应地变化 , 若 变) , 因而冲击参数 ( a10 ,τ
v′ 2 = ( 1 + e)
考虑到缓冲垫的恢复系数一般都大于 0. 5 ,所以取 M 2 ≥20 M , 则式 ( 15 ) 和 ( 16 ) 分 别为
v′ 1 = - ev 1 m ( 15a) ( 16b)
1 + e v′ v1 m 2≈ 2
菡 擀
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Δ t ( i - 1) -
i
= 2e
i- 1
2 H1 / g + τ
( 7)
别捷尔斯公式计算 ,即
n
从首次冲击开始时刻到末次冲击结束时 刻的时间间隔称为单循环冲击时间 , 其数值 为
n
σ= 5 4
i =1
∑| Δ a
i
|
n ( n - 1)
×100 %
( 10)
Δt =
i = 2 ,3 , …
Δ t ( i - 1) - i + τ ∑
( 8)
d. 工作台面的均匀性 μ 为 μ = ( a1 max - a10 ) / a10 ×100 % ( 11) 式中 a10 为工作台面中心位置的首峰加速 度 ; a1 max为在工作台面其他位置的各次测量 数据中所取的极值 。 e. 加速度横向分量为
同时工作台各次冲击的幅值和脉冲时间间隔 也会相应地改变 。为了使正常使用过程的冲 击参数与鉴定冲击台时的冲击参数基本保持 一致 ,可采用恒定试验负荷法 ,即从可能试验 的所有构件中确定某质量最大者 m 2 max作为 模拟试件的质量 , 在鉴定冲击台时 , 将等于
m 2 max的配重对称地固定在工作台面上 , 模
表1 配重质量 m3 与试件质量 m2 的关系 kg
m3 m2 [ m 2max - ( m 2 + m 3) ]/ m 2max
冲击 ,使工作台面没有时间去进行次冲击了 ; 依次类推 ,从而消除了次冲击 。现在估算 v 0 的大小 。 工作台从 H1 自由落下 , 与缓冲垫碰撞 后弹起 。当工作台面弹升到接近最大高度
连续跌落冲击台的工作原理与调整
于治会
( 沈阳新乐精密机器公司・ 沈阳 110034)
文 摘 阐述了凸轮式跌落冲击装置的结构原理 、 力学性质 、 冲击参数及其调整方法 。凸轮
式跌落冲击台产生的冲击可使试件系统响应的幅值叠加及循环次数增多 , 因而产生冲击激励现 象 ,引起试件的疲劳损伤 。还介绍了清除冲击的方法和恒定实验负荷法 。 主题词 冲击试验机 + 冲击参数 + 次冲击 试验
c. 反作用质量 M 2 : 即砧面与其相连的
τ和波形保真度等 , 主要以 a10 衡量) ,即 a 10 、 在工作台同一位置多次重复测量 a10 所得的 均方差值 ( 其中包括系统误差和随机误差) , 可用贝塞尔公式表示 σ=
2 2 Δ a2 1 + Δ a2 + … + Δ a n ×100 % n - 1
( 见图 2) 。工作台与缓冲垫相碰撞时的运动
1 工作原理
凸轮式跌落冲击台的结构形式多种多 样 ,但它们的基本原理相同 ,都是由机械冲击 台与电气驱动控制系统组成 ( 见图 1 ) 。由电 机驱动曲面齿轮旋转 , 并触动装在支块上的
收稿日期 :1998208217 于治会 : 男 ,59 岁 ,研究员级高工 ,从事航天计量专业 。
拟实际情况进行鉴定 。在使用期间 , 若测试 最重的试件 ,可不加任何配重 ,只将试件固定 在工作台面上 。若试验较轻的试件时 , 则在 工作台面上除了固定试件外 , 同时还要对称
图4 隔振系统原理图
地固定适量配重 , 确保配重质量与试件质量 之和 ( m 2 + m 3 ) 不超过 m 2 max 的 10 % 。这 样 ,实验负荷基本保持不变 ,因此称为恒定试 验负荷法 。对于试验负荷为 50kg 的连续跌 落冲击台 , 若其最大试件质量为 50kg , 则配
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AEROSPACE SHAN GHAI
速度 v 1 m = 2 g H1 与静止状态 ( v 2 = 0 ) 的 反作用质量 M 2 相碰 , 由碰撞理论可求得碰 撞后工作台与 M 2 的速度分别为
v′ 1 = ( M - eM 2 ) v 1 m ( M + M 2) M ( M + M 2) ( 15) ( 16)
( 9)
式中 n
为测量次数 ;Δ a2 1
,Δ a2 2
n i=1
, …,Δ a n 为剩
2
余误差 ;Δ ai = ai - a ; a = ∑a i / n 。 当测量次数 n 较大时 ,该均方差值可用
基座部分的质量总和 。 若工作台面从高度 H1 , 自由落下 , 以初
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上 海 航 天
鉴定冲击台时的有效负荷为 M ( 空载) , 测定 其首峰加速度幅值为 a10 , 持续时间为 τ; 而 在使 用 过 程 中 , 有 较 负 荷 变 为 M ′= M + m 2 , 则首峰加速度幅值变为
a′ 10 = a10 M / ( M + m 2) ( 17)
持续时间变为 τ ′= τ
( M + m 2) / M ( 18)
f . 次冲击加速度幅值 a i0 , 一般以二次冲 击加速度幅值为主 , 加速度幅值衰减系数为
K di = a i 0 / a ( i - 1) 0 ×100 % ( 14)
所谓冲击参数就是表征某冲击过程的一 些物理量 。它们直接影响试件的系统响应情 况和冲击台自身的共振特性 。凸轮式跌落冲 击台的冲击参数有 :
PRINCIPL E AND ADJ USTMENT METHODS OF CONTINUOUS D ROP TEST FACIL ITY
Yu Zhihui
( Shenyang Xinle Precision Machinery Co. ・Shenyang 110034) Abstract The construction principle , mechamical properties , basic shock parameters and adjustment met hods of cam2type drop shock machine are described. The secondary shock acceleration pulse caused by t he drop test may influence t he testing parameters and cause t he fatigue and damage for components. The met hods for eliminating t he secondary shock acceleration pulse is also introduced. Keywords Impact testing machine + Impact parameter + Secondary shock Experiment
这样 ,反作用质量可视为无穷大 。 d. 隔振系统 : 实际上许多凸轮冲击台的 基座是通过四只基脚橡胶减振器固定 ( 或安 放) 在基础上 ,而且 M 2 也不能比 M 大很多 , 这样便构成了一个隔振系统 ( 如图 4 ) 。在冲 击过程中 , M 与 M 2 的运动互相影响 。为了 消除这种现象 , 必需使 K ν K2 , 最好使冲击 台的基座牢固地固定在地面的基础上 [ 1 ,2 ] 。
方程为 下功
M ¨ x + C ・ x + Kx = ) P ( 0 < t < τ
0 ( t < 0 ,τ < t )
图1 凸轮式跌落冲击台示意图
图2 冲击台原理图
)3 P ≠0 ( 0 < t < τ
遱 遧
τ 励 P = ti 0 tsp ( t纜 n 冲击 < er 0 sh se ,o d 纋 c < t) 历 翤
度) ;
b. 首次冲击加速度的幅值 a 10 及其持续
时间 τ;
c. 首次冲击加速度的重复稳定性 ( 包括
质量 m 2 + 配重质量 m 3 ) , 落下高度 H1 和缓 冲垫的刚度系数 K , 恢复系数 e 。 影响加速度参数的其他因素有 : a. 工作台面的结构 : 其结构强度会影响 台面的均匀性和加速度的横向分量 ; b. 导向性 : 导杆与导向套筒的间隙大小 可以影响加速度的横向分量 , 其阻尼大小可 影响次冲击的情况 ( 在导向套筒侧面设置调 整阻尼的螺丝) ;
a 10 、 持续时间 τ 和波形保真度 ; 若考虑次冲
击影响 ,还应包括加速度幅值 a i0 和脉冲时间 间隔 Δ t ( i - 1) - i 。一般保证二次冲击满足要 求就可以了 ,三次以后的次冲击可忽略不计 。 若缓冲垫的刚度增加 ( 减小 ) , 可使 a10 增加 ( 减小 ) , 同时使 τ 减小 ( 增大 ) ; 若工作 台面 的 下 落 高 度 增 加 ( 减 小 ) , 可 使 a10 及 Δt ( i - 1) - i增加 ( 减小 ) , 而 τ 保持不变 ; 若有 效质量 M 增加 ( 减小 ) , 可以使 a10 减小 ( 增 加) ,Δ t ( i - 1) - i 趋向增加 ( 减小 ) ; 若部分加用 工业毛毡垫或泡沫塑料做减振垫 , 可使波形 光滑 , 同时可使 ai 0 和 Δt ( i - 1) - i 减小 。实际 上 , 是这些条件配合起来调整 , 以满足要求 。 在例行试验 中 , 试 件 往 往 改 变 ( m 2 改
凸轮式跌落冲击台是一种连续机械冲击 装置 ,广泛用于材料 、 元器件 、 产品及其零部 件的强度与寿命试验 。为了保证所规定的试 验参数并使受试产品不受损伤 , 必须弄清该 装置的原理与调试方法 。
滚轮向上运动 , 因而带动装有试件的工作台 上升 。 当凸轮转过最高位置时 , 工作台便自由 落在机座砧面的缓冲垫上 , 从而产生方向朝 上的加速度 。 假定基座相对工作台的质量为无穷大
H2 处 , H2 = e H1 ≈ H1 / 2 , 滚轮与凸轮曲面
2
再次接触 , 此时凸轮转过约 a/ b ( a < b) 周 , a/ b 是在用手转动凸轮时实测分数值的通 用表示符号 , a 与 b 分别表示分子与分母的 实际数值 。从工作台面初始落下时刻到凸轮 再次接触滚轮的时间间隔为 ΔT =
a1 r = a1 x + a1 y
2 2
多次冲击波形图如图 3 所示 。
( 12)
横向加速度的方向用矢量合成原则确定 。其 幅值与首峰加速度的比值为
图3 多次冲击波形图
a 1 r / a10 =
2 2 a1 x + a 1 y / a10 ×100 %
( 13)
2 冲击参数及其调整
2. 1 冲击参数
10和波形保真度等10衡量在工作台同一位置多次重复测量a10所得的均方差值3a4a响冲击加速度参数的主要因素是工作台的有效质量试件与卡具质量落下高度h1和缓冲垫的刚度系数其结构强度会影响台面的均匀性和加速度的横向分量导杆与导向套筒的间隙大小可以影响加速度的横向分量其阻尼大小可影响次冲击的情况在导向套筒侧面设置调整阻尼的螺丝较大时该均方差值可用10持续时间和波形保真度若考虑次冲击影响还应包括加速度幅值i0和脉冲时间间隔