三.机械冲击理论

1.2 G值分类


G值一般可分为： 极限G值：产品不发生物理损伤或功能失 效的能力极限(Gc表示)； 许用G值：根据产品的极限G值，考虑了产 品的价值、强度、重要程度等因素，除以 一个大于1的安全系统之后确定的产品允许 使用的G值(用[G]表示)。
1.3 许用脆值



根据产品的脆值，考虑到产品的价值、 强度偏差、重要程度等而规定的产品的 许用最大加速度，以[G]表示。 [G]= Gc/n n>1(安全系数) [G]< Gc
k=√h1/h2
速度增量、冲击参数
冲击引起的破损与以下
三个因素有关: （1）加速度幅值； （2）冲击持续时间； （3）速度增量。
速度增量、冲击参数
机械冲击理论
假设

略去外箱质量，并假设它没有弹簧的作用； 缓冲衬垫没有质量和阻尼，不产生永久变形； 产品包装系统碰撞在完全刚性的地板上； M1«M2； 研究冲击时，可把要害零件暂时忽略不计。
准备知识——产品脆值
1.0 破损定义和分类
破损是指产品物理的或功能的损伤。 丧失了合格品质量指标之一的就叫破损。 根据破损的性质和程度的不同破损可分为： （1）失效。又叫严重破损，指产品已经丧失使 用功能而且不可逆转，即不可恢复； （2）失灵。又叫轻微破损，指产品功能虽已丧 失，但可以恢复； （3）商品性破损。主要指不影响产品使用功能 而仅在外观上造成的破损。随可使用，但也降 低商品的价值。
例题

例题3：一个重45.36N，尺寸为 25.425.425.4cm的产品，能承受达 到50g的冲击而不损坏。该产品的六个 面都同样对冲击敏感。在流通过程中可 能发生的最大跌落高度为1.52，求所需 缓冲材料的弹性系数。假定缓冲材料的 有效长度为缓冲垫总厚度的50%。
dm=2h/Gm K2=(W2Gm2)/(2h)

1.1 产品脆值定义


含义：产品经受振动和冲击时用以表示 其强度的定量指标。又称为产品的易损 度。 此值表示产品对外力的承受能力，一般 用重力加速度的倍数G来表示；
1.1 产品脆值



由牛顿第二定律可知，产品受冲击时产生的 加速度正比于它所受到的冲击力。 因此，可以用产品所能承受的最大加速度来 代替产品所能承受的最大冲击力，以产品所 承受的最大加速度与g的比值Gc来代替最大 加速度。 目前国内外都一致以产品破损前的临界加速 度与g的比值Gc作为脆值的定义。
机械冲击理论
主要内容



冲击的特点； 冲量定理； 恢复系数； 速度增量、冲击系数； 冲击过程的动能损失； 冲击放大系数与易损关键部件； 水平冲击。
引起机械冲击的原因
野蛮装卸 机械冲击
运输条件
机械冲击的特点
当一个物体的位置、速度或加速度突然发生 变化时就会产生机械冲击。这种冲击的特点 可能是加速度的迅速增大，然后在极短的时 间内迅速减少。

预测损坏、检验缓冲垫的效果
水平碰撞

通过计算求出与水平碰撞速度的垂直跌落高度来解决 这样的问题。 例题4：将一个重18.14N的产品包装在线性缓冲材料 中，缓冲材料的k=35kg/cm。将此包装在缓冲材料 中的产品牢固的固定在火车车厢上的地板上。将该车 厢连接到每小时16km列车的其他车厢上。如果缓冲 材料的有效长度为总长度的40%，为了防止产品同外 箱“接触到底”，所需缓冲垫的最小厚度是多少？产 品上的Gm是多少？
冲击放大与要害零件
冲击放大与要害零件
N为整数，f2为等值冲击频率，f1为要害零件的自然频率
结论


（1）f1/f2<1, f1 <f2,或1/2T1> 1/2T2=即如果冲 击持续时间短于要害零件自然振动周期的一半，则最 大放大系数正好在冲击完了之后出现： Am= Am（t > ） （2）f1/f2 > 1, f1 > f2,或1/2T1 < 1/2T2=即如果 冲击持续时间比要害零件自然振动周期的一半更长， 则最大放大系数是在冲击过程中出现： Am= Am（0≤t ≤ ）
加速度 时间

0.01秒内，从静止匀加速到19.6米/秒的速度，即以200g的加速度运动； 他的体重就会增加200倍， 产品：20毫秒，加速度达到150g（44.1cm）
面积=速度变化
描述机械冲击的参数
冲量定理


例题1：设一产品质量50kg，从1.5m高自由 落下，受地面冲击速度减到0所经历时间为 1=0.01 s，若是跌落在聚苯乙烯泡沫垫上， 冲击时间2=0.4 s （1）这两种情况下产品受到的平均冲击力； （2）若冲击力呈半正弦波形： F（t）=Fmsin（/）t 求两种情况下的最大冲击力
恢复系数
恢复系数
冲击过程分为两个阶段：变形阶段、 恢复阶段； 恢复系数k： （1）弹性冲击：0< k < 1； （2）完全弹性冲击： k =1； （3）非弹性冲击： k =0；

恢复系数的测定

测定方法 将待测恢复系数的材料制成小球和质量很大的 平板，让后将平板水平的固定，把小球从离平 板高度为h1处自由落下，与水平固定平板冲击 后回弹，记下回弹所能达到的最大高度h2，于 是：

结论

Gm与跌落高度、缓冲垫的弹性和产品的重量

有关； 弹簧或缓冲垫的刚性越大， Gm的数值越大； 跌落高度越高， Gm的数值越大； 产品越重，只要弹簧或缓冲垫有效，则Gm的 数值越小。
冲击持续时间
•包装件与产品在流通系统中，一般 接受机械冲击的持续时间大约在1～ 50ms之间； •冲击时间与跌落高度无关。
1.4 最大加速度

百度文库

Gm取决于冲击速度、缓冲材料和产品重 量等； Gc取决于产品； 缓冲包装中要求： Gm < [G]= Gc/n 总之： G= a/g， Gm= am/g [G]= [am]/g= Gc/n， Gc= ac/g
例题


例题2：求缓冲垫的dm与k2 用缓冲衬垫可把在3.35m高度跌落的重 39.17N的产品的最大加速度限制在62g。 dm=2h/Gm K2=(W2Gm2)/(2h)