CN102840957B - 一种摆锤式冲击响应谱试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摆锤式冲击响应谱试验台，包括基座、导轨、滑块、与滑块固定的台面；台面的一边上固定有前波形发生器，基座上设置有后波形成发生器；还包括与左支架固定连接的减速器、与减速器连接的电机、与减速器连接的小齿轮；还包括离合器和摆锤转轴，离合器的大齿轮与小齿轮噬合，离合器的大齿轮与摆锤转轴固定连接，离合器的摩擦轮毂与摆锤转轴固定连接，摆锤转轴靠固定于左、右支架上的轴承支撑；还包括固定于摆锤转轴上的摆杆，和固定于摆杆上的摆锤。本发明实现了摆锤的平稳快速提升，提高试验效率。本发明通过摩擦片和摩擦轮毂的摩擦力，使摆锤慢慢停止，实现防二次冲击。本发明实现了台面复位，提高了波形质量，保证了波形的一致性。

Description

一种摆锤式冲击响应谱试验台

技术领域

本发明涉及一种摆锤式冲击响应谱试验台，特别是涉及一种对摆锤提升方式作出改进的摆锤式冲击响应谱试验台。

背景技术

冲击响应谱试验台主要用来模拟真实环境中产品所遭受的冲击波及冲击能量。主要应用于航天、航空、电子、汽车等领域，是卫星、运载火箭、电工电子产品等研制中必需的冲击试验设备。

冲击响应谱是一系列固有频率不同的单自由度线性系统受到同一冲击激励时响应的总结果。当产品受到冲击作用，其冲击响应的最大值意味着产品在该点出现最大应力。冲击响应谱不同于仅仅反映冲击源本身能量分布属性的傅里叶变换，它更能表现被冲击体在冲击源作用下的过载和变形情况。因此，越来越多的行业和领域都在以冲击响应谱的形式对冲击试验进行规范。

冲击响应谱试验台是进行冲击响应谱试验的试验设备，国内外已经有近五十年的研究历史。其基本原理是利用机械能将摆锤抬高到一定位置释放，撞击静止的试验台面。在这个相互撞击的过程中产生复杂震荡冲击波形，经冲击响应谱变换得到具有一定峰值和拐点的冲击响应谱波形。

国外有近十家生产冲击台的厂家，其产品主要为跌落式冲击台，另外许多研究机构采用机械碰撞装置产生冲击响应谱，但没有形成产品。国内北京强度环境研究所早在1990年间自制了一个冲击响应谱试验台，目前国内其他厂家的冲击响应谱试验台都是以它为原型设计制造的。这类摆锤式冲击响应谱试验台在作用原理上具有共性：利用电磁或气动棘爪夹住锤头，通过电机拉伸连接着棘爪的钢丝绳将锤头提升到一定高度后释放，摆锤撞击处于低处的试验台面。但是这种原理存在诸多问题：(1)摆锤提升速度慢，一次试验需要两次提升电磁或气动棘爪。(2)当摆锤速度较大时，在完成第一次碰撞之后，回弹的摆锤会再次撞击反向运动的试验台面形成二次碰撞，二次碰撞可能对试验件造成过试验。(3)无台面复位装置，波形一致性差。在摆锤提升方式上，有采用减速电机加牙嵌式电磁离合器方式，有采用液压马达加盘式制动器方式。牙嵌式电磁离合器不能实现防二次冲击，而且漏磁非常大，对试验件干扰大；在断电情况下，离合器失灵，摆锤下落，可靠性低。液压马达加盘式制动器方式，摆锤提升不平稳，提升结束后不能再修改摆锤高度，而且增加了液压油源，功耗高、噪声大、维护难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现了摆锤的平稳快速提升，并具有防二次冲击功能的摆锤式冲击响应谱试验台。

为解决上述技术问题，本发明一种摆锤式冲击响应谱试验台，包括基座、固定在基座上的导轨、穿于导轨之上的滑块、位于滑块之上与滑块固定的台面；台面与导轨轴向垂直的一对侧边，其中一条侧边上固定有前波形发生器，基座与另一条侧边相接触的位置上设置有后波形成发生器；还包括位于前波形发生器两侧的分别与基座固定的左支架和右支架、与左支架固定连接的减速器、其输出轴与减速器的输入法兰固定连接的电机、与减速器输出轴固定连接的小齿轮；还包括离合器和摆锤转轴，离合器的大齿轮与小齿轮噬合，摆锤转轴穿过离合器的大齿轮，离合器的摩擦片与离合器的大齿轮固定连接，离合器的摩擦轮毂与摆锤转轴固定连接，当离合器吸合时，摩擦片与摩擦轮毂紧密配合，摆锤转轴依靠分别固定于左支架和右支架上的轴承支撑；还包括其一端固定于左支架和右支架之间的摆锤转轴之上的摆杆，和固定于摆杆的另一端上的摆锤；摆锤与前波形发生器相接处。

导轨为彼此平行的两条导轨，每条导轨上穿有两个滑块。

台面下表面上固定有倒L型弯板，基座上固定有气缸，汽缸沿导轨轴向，向靠近后波形成发生器的方向伸出后与倒L型弯板相接触。

在左支架上设置有接近开关，在摆杆上与接近开关对应的位置上设置有接近块。

摆锤转轴的一端固定有角度传感器。

离合器为气动摩擦式离合器或液压离合器。

台面上设置有加速度传感器。

电机为变频电机，变频电机的尾端设置有电磁制动器。

本发明通过电机配合小齿轮和大齿轮实现了摆锤的平稳快速提升，提高试验效率。

本发明在摆锤已发生第一撞击后，离合器开始吸合，通过摩擦片和摩擦轮毂的摩擦力，使摆锤慢慢停止，实现防二次冲击。

台面受到冲击后反弹，台面与后波形发生器会发生脱离，本发明通过气缸配合倒L型弯板，气缸推动台面前移，实现台面复位，实现了台面复位，提高了波形质量，保证了波形的一致性。

本发明具有连续冲击功能，大大减小了试验人员工作强度。

本发明利用角度传感器，定位准确，波形重复一致性高。

本发明操作方便，安全可靠，能满足冲击响应谱GJB150A和MIL-STD-810G试验要求，可根据试验条件方便的调节冲击响应谱的拐点与峰值。

附图说明

图1为本发明所提供的一种摆锤式冲击响应谱试验台的主视图。

图2为本发明所提供的一种摆锤式冲击响应谱试验台的左视图。

图中：1为摆锤，2为基座，3为后波形发生器，4为导轨，5为滑块，6为倒L型弯板，7为气缸，8为台面，9为导轨支座，10为前波形发生器，11、角度传感器，12为电机，13为电机制动器，14为减速器，15为小齿轮，16为离合器，17为大齿轮，18为接近块，19为接近开关，20为右支架，21为摆杆，22为左轴承座，23为摆锤转轴，24为左支架，25为右轴承座，26为角度传感器安装座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明包括基座2、两个导轨4、4个滑块5和1张台面8。

基座2上用螺钉固定有六个导轨支座9，两个导轨4通过螺钉彼此平行的固定安装在相邻的轨道支座9上。每个导轨4上穿有两个滑块5，滑块5中镶有直线轴承，滑块5可以在导轨4上自由滑动。滑块5的上表面与台面8下表面通过螺钉固定安装。台面8相对于基座2在导轨4轴向的方向上自由移动。导轨4可以选用V型导轨、光轴、滚珠导轨等，滑动直线轴承可以是V型滑块、自润滑直线轴承、方形直线轴承等。

台面8与导轨4轴向垂直的一对侧边，其中一条侧边上通过螺钉固定有前波形发生器10，另一条侧边与基座2相接触。基座2与台面8相接触的位置上通过螺钉固定有后波形成发生器3。波形发生器采用一种或多种弹性材料组合而成，弹性材料可选用橡胶、高弹性塑料、毛毡、铝板、钢板等。

台面8下表面上通过螺钉固定有倒L型弯板6，基座2上通过螺钉固定有气缸7，汽缸7沿导轨4轴向，向靠近后波形成发生器3的方向伸出后与倒L型弯板6相接触。

基座2上通过螺钉固定安装有左支架24和右支架20。左支架24和右支架20居于前波形发生器10的两侧。

本发明还包括减速器14、电机12、离合器16、小齿轮15和摆锤转轴23。

减速器14通过螺钉安装在左支架24的中部平面上，减速器14的输入法兰通过键与电机12的输出轴固定连接，减速器14的输出轴通过键与小齿轮15的中心固定。离合器的大齿轮17的中心与离合器轴承的外部通过螺钉固定，摆锤转轴23穿过离合器轴承中心。离合器的摩擦片通过螺钉与离合器的大齿轮17固定，离合器摩擦轮毂与摆锤转轴23通过键固定，当离合器16吸合时，摩擦片与摩擦轮毂紧密配合。离合器摩擦片与大齿轮17固定连接。离合器的大齿轮17与小齿轮15噬合在一起以传递扭矩。离合器16可以是气动摩擦式离合器或液压离合器。电机12可以是尾端带电磁制动的变频三相电机。或电机12可以直接替换为带制动装置的液压马达。

左、右支架24、20的顶面上通过螺钉和左、右轴承座22、25分别固定安装有左轴承和右轴承，摆锤转轴23穿于左、右轴承之中，被左、右轴承支撑。

本发明还包括摆杆21和摆锤1。

左支架24和右支架20之间的摆锤转轴23之上通过键与摆杆21的一端固定，摆杆21的另一端与摆锤1焊接在一起。摆锤1可与前波形发生器10相接触。

左支架24上通过螺钉固定有接近开关19，在摆杆21上与接近开关19相对应的位置上通过螺钉固定有接近块18。

右轴承座25上通过螺钉安装有角度传感器支架26，角度传感器支架26上通过螺钉安装有角度传感器11，角度传感器11的轴与摆锤转轴23通过连轴器相连接。

台面8上设置有加速度传感器。

本发明的工作过程如下：当控制器发出上升命令后，离合器16吸合，电机12转动，小齿轮15带动大齿轮17，摩擦片通过摩擦力带动摩擦轮毂和摆锤转轴23转动，摆锤转轴23带动摆锤1上升。角度传感器11测量上升角度，当到达设定角度后，电机12停止转动。控制器发出下落命令，离合器16脱开，摆锤1下落，撞击前波形发生器10，台面8上产生波形，冲击采集及分析系统通过固定在台面上的加速度传感器测得并记录时域波形，通过函数变换得到冲击响应谱。

摆锤1撞击前波形发生器10时，接近开关19监测到摆锤1已发生第一撞击，离合器16开始吸合，通过摩擦片和摩擦轮毂的摩擦力，使摆锤1慢慢停止，实现防二次冲击。

台面8受到摆锤1冲击后反弹，使台面8与后波形发生器3脱离，此时气缸7伸出定在倒L型弯板6上，推动台面8前移，消除台面8端面与后波形发生器3的间隙，实现台面8复位。

更换不同的波形发生器可以得到不同量级、不同拐点频率的冲击响应谱。

此后控制器根据程序设定，采用PLC和触摸屏程序控制，发出工作命令，可以自动完成连续冲击。

在本发明的另一个实施例中，由气缸7与倒L型弯板6组成的台面复位组件还可以采用液压缸、丝杠机构等，只要功能是消除台面与后波形发生器的间隙即可。

在本发明的另一个实施例中，本发明还可以产生半正弦波形。此时需要把前波形发生器10换为半正弦波形发生器，后波形发生器3拆除，安装上液压缓冲器。摆锤1下落，锤头与安装在台面上的半正弦波形发生器撞击，在波形发生器和液压缓冲器的共同产生半正弦波形。液压缓冲器是通过液压缓冲器安装座安装在基座的，彼此之间都靠螺钉固定。

Claims (1)

1.一种摆锤式冲击响应谱试验台，其特征在于：包括基座、固定在基座上的导轨、穿于导轨之上的滑块、位于滑块之上与滑块固定的台面；所述台面与导轨轴向垂直的一对侧边，其中一条侧边上固定有前波形发生器，所述基座与另一条侧边相接触的位置上设置有后波形成发生器；还包括位于前波形发生器两侧的分别与基座固定的左支架和右支架、与所述左支架固定连接的减速器、其输出轴与所述减速器的输入法兰固定连接的电机、与所述减速器输出轴固定连接的小齿轮；还包括离合器和摆锤转轴，所述离合器的大齿轮与所述小齿轮噬合，所述摆锤转轴穿过离合器的大齿轮，离合器的摩擦片与离合器的大齿轮固定连接，离合器的摩擦轮毂与摆锤转轴固定连接，当离合器吸合时，摩擦片与摩擦轮毂紧密配合，所述摆锤转轴依靠分别固定于左支架和右支架上的轴承支撑；还包括其一端固定于左支架和右支架之间的摆锤转轴之上的摆杆，和固定于所述摆杆的另一端上的摆锤；所述摆锤与前波形发生器相接处；

其中：

所述台面下表面上固定有倒L型弯板，所述基座上固定有气缸，汽缸沿导轨轴向，向靠近后波形成发生器的方向伸出后与所述倒L型弯板相接触；

在所述左支架上设置有接近开关，在所述摆杆上与接触开关对应的位置上设置有接近块。