CN108547911A - 一种智能冲击波形发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能冲击波形发生器，包括：基座、电极、线圈、外罩、端盖、支撑座、冲击块、顶部轴端、轴、密封圈、顶部弹簧、中间轴段、阻尼槽、底部轴端、内腔、磁流变液、底部弹簧、基座孔。本发明所述波形发生器可根据外部冲击的波形，提供所需的刚度和阻尼，进而产生要求的冲击响应波形。所述的磁流变液可实现精确的实时控制，其阻尼力连续可逆变化。该装置具有结构简单、低电压低功耗、稳定性高、耐久性强、使用寿命长、以及提供阻尼力大、阻尼力可调范围宽、响应迅速等特点，易于控制的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能冲击波形发生器，特别是一种应用于冲击试验领域的波形发生器，属于力学环境试验技术领域。
背景技术
冲击是工程实际中经常遇到的问题，直接影响机电设备的服役性能。冲击试验如汽车碰撞试验、跌落试验、运载工具制动试验，是确定军用、民用设备在经受外力冲撞或作用时产品的安全性、可靠性和有效性的一种试验方法。根据冲击环境的不同，国际与国内有关产品冲击试验标准中规定的冲击波形一般有半正弦波、锯齿波与梯形波等。根据测试要求不同，常用的冲击试验设备有：跌落冲击试验机、霍普金森压杆实验装置、空气炮试验等。
冲击试验中，需要使用波形发生器对撞击物体进行缓冲，从而产生预定的加速度波形来取代实际的碰撞。目前，波形发生器分为材料模拟和机械结构模拟，通常所用的材料有工程橡胶、毛毡、混凝土、蜂窝铝与泡沫铝等、机械结构包括弹簧、液压缸、气弹簧等。因为冲击试验中的波形类型不一，在实际应用中常采用与实验匹配的形式选取，造成了试验效率低、成本高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种智能冲击波形发生器，充分利用磁流变液材料的物理特性，即在磁场的作用下，磁流变液体转变为半固体，具有很大的抗剪切力、当外加磁场撤去时又恢复到原来的液体状态。本发明将磁流变液材料和弹簧集成为一体，使系统具有可变阻尼和刚度，以实现不同冲击试验对波形的要求。本发明具有结构简单、能耗低、提供阻尼力大、阻尼力可调范围宽、响应迅速等特点，易于控制的优点。
本发明提供一种智能冲击波形发生器，主要包括：基座、电极、线圈、外罩、端盖、支撑座、冲击块、顶部轴端、轴、密封圈、顶部弹簧、中间轴段、阻尼槽、底部轴端、内腔、磁流变液、底部弹簧、基座孔。
本发明提供的一种智能冲击波形发生器，一端为冲击块，一端为基座。
本发明的刚度由弹簧和磁流变液的物理性质共同决定，阻尼由磁流变液决定。当外界冲击作用于冲击块时，因为波形发生器的刚度、阻尼可智能调节，即可产生所要求的冲击响应波形。
本发明中，基座用来连接波形发生器和外界载体，连接螺栓穿过基座孔将二者固定连接。
线圈用来提供磁场，当电流通过电极传输至线圈后，即在线圈内及内腔产生磁场。
外罩用于保护线圈，同时起到防尘、防污、防水的作用。
基座、端盖及轴形成了内腔，端盖和轴之间通过密封圈密封。在内腔内均匀填充磁流变液，当内腔形成磁场后，磁流变液的粘度产生变化，引起系统阻尼和刚度的变化。磁场的强度由电流决定，因此可通过电流调整系统的刚度和阻尼。
弹簧由顶部弹簧和底部弹簧两部分组成，均设置在基座内部，用于提供系统的刚度，弹簧的形式可以为碟簧，弹簧，板簧等。
轴的作用在于连接冲击块及弹簧，分为顶部轴端、中间轴段、底部轴端三个部分。冲击块承受外部冲击载荷时，冲击通过轴传递至弹簧及磁流变液。所述的顶部弹簧位于端盖和轴的中间轴段之间；底部弹簧位于基座和轴的中间轴段之间。弹簧和磁流变液提供系统刚度，中间轴段的周向设置有阻尼槽，与磁流变液相对运动产生阻尼，在刚度及阻尼的共同作用下，起到形成要求冲击响应的作用。
冲击块与轴的顶部轴端通过螺纹固定连接。
支撑座位于冲击块及端盖之间，为轴提供抗倾覆的作用，其形式可以为直线轴承或滑块。
本发明的优势在于：所述波形发生器充分利用了磁流变液的物理特性，即在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性、而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。所述波形发生器的刚度由弹簧和磁流变液共同决定，阻尼由磁流变液决定，因此可通过供给电流的大小改变系统刚度。所述波形发生器可根据外部冲击的波形，提供所需的刚度和阻尼，进而产生要求的冲击响应波形。所述的磁流变液可实现精确的实时控制，其阻尼力连续可逆变化。该装置具有结构简单、低电压低功耗、稳定性高、耐久性强、使用寿命长、以及提供阻尼力大、阻尼力可调范围宽、响应迅速等特点，易于控制的优点。
附图说明
图1智能冲击波形发生器主视图。
图2轴主视图。
图3轴俯视图。
图4基座主视图。
图5基座俯视图。
1基座、2电极、3线圈、4外罩、5端盖、6支撑座、7冲击块、8顶部轴端、9轴、10密封圈、11顶部弹簧、12中间轴段、13阻尼槽、14底部轴端、15内腔、16磁流变液、17底部弹簧、18基座孔
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种智能冲击波形发生器，利用磁流变液材料的物理性能，实现可变刚度和阻尼，为冲击试验提供可变波形。
具体而言，本发明包括：基座1、电极2、线圈3、外罩4、端盖5、支撑座6、冲击块7、顶部轴端8、轴9、密封圈10、顶部弹簧11、中间轴段12、阻尼槽13、底部轴端14、内腔15、磁流变液16、底部弹簧17、基座孔18。
冲击块7位于最顶部，用于承受外部冲击载荷。冲击块7的材料可以为橡胶块、铝合金、钢、毛毡、蜂窝结构等。冲击块7与轴9的顶部轴端8通过螺纹固定连接。
轴9位于整个装置的轴向中心位置，用于将外部冲击载荷传递至顶部弹簧11、底部弹簧17及及磁流变液16内部。轴9包括顶部轴端8、中间轴段12及底部轴端14三个部分。轴9的材料为不锈钢。轴9的一端为顶部轴端8，通过螺纹连接冲击块7。轴9的中间部分为中间轴段12，中间轴段的直径大于顶部轴端8和底部轴端14，且在中间轴段12的周向设置阻尼槽13，用于在磁流变液16内运动时产生阻尼力。轴9的另一端为底部轴端14，连接底部弹簧17。轴9穿过支撑座6、端盖5，延伸至内腔15。
支撑座6位于冲击块及端盖5之间，用于为轴9提供抗偏载冲击的作用，其形式可以为直线轴承，滑块等。
外罩4位于本发明的最外侧，起到保护线圈3的作用，同时具备防尘、防水、防污的功能。外罩4的材料可以为钢或橡胶。
线圈3是本发明的重要组成部分，位于外罩4及基座1的侧面之间。线圈3设置了电极2，当外部电通过电极2供给至线圈3时，线圈3内部形成磁场。基座1、内腔15、顶部弹簧11、轴9的中间轴段12、底部轴端14、底部弹簧17、磁流变液16均位于所述线圈3内部。
基座1为本发明的主要组成部分，其顶部通过螺纹与端盖5固定相连，底部安装在外部载体上，中间段外侧为线圈3。
基座1、端盖5与轴9共同形成了内腔15，内腔15内填充了磁流变液16。
端盖5与轴9之间设置了密封圈10，起到密封作用，防止内部的磁流变液16泄露。
本发明的刚度由顶部弹簧11、底部弹簧17及磁流变液16提供。顶部弹簧11位于端盖5和轴9的中间轴段12之间。底部弹簧17位于基座1和轴9的中间轴段12之间。
磁流变液16均匀的填充在内腔15内部，当外部线圈3提供磁场后，磁流变液16的粘度、刚度发生变化，进而引起系统刚度和阻尼的变化。
本发明具体工作过程为：
根据试验要求，估算实现冲击波形所需要的阻尼和刚度；
根据阻尼、刚度、线圈的匝数、通径、导线直径等参数，计算线圈内所需的电流；
外部电源通过电极2向线圈3供电，并达到所需的电流值，当线圈3内将产生磁场。在磁场作用下，磁流变液16的粘度、刚度等物理特性产生变化，并达到要求的目标值。
外部冲击载荷作用在冲击块7时，冲击作用通过轴9传递至顶部弹簧11、底部弹簧17及磁流变液16。冲击引起的振动，使轴9的中间轴段12周向布置的阻尼槽13与磁流变液16产生相对运动，即产生了阻尼力。冲击振动在刚度和阻尼力的作用下产生冲击响应载荷。
冲击响应载荷与试验要求对比，并根据误差调整线圈3内的电流值，最终实现目标冲击响应载荷。
Claims (5)
1.一种智能冲击波形发生器，其特征在于：所述波形发生器一端为冲击块，一端为基座；基座用来连接波形发生器和外界载体，连接螺栓穿过基座孔将二者固定连接；
线圈用来提供磁场，位于外罩及基座的侧面之间；当电流通过电极传输至线圈后，即在线圈内及内腔产生磁场；
基座、端盖及轴形成了内腔，端盖和轴之间通过密封圈密封；在内腔内均匀填充磁流变液，当内腔形成磁场后，磁流变液的粘度产生变化，引起系统阻尼和刚度的变化；
弹簧由顶部弹簧和底部弹簧两部分组成，均设置在基座内部，用于提供系统的刚度；
轴的作用在于连接冲击块及弹簧，分为顶部轴端、中间轴段、底部轴端三个部分，中间轴段的直径大于顶部轴端和底部轴端；冲击块承受外部冲击载荷时，冲击通过轴传递至弹簧及磁流变液；弹簧和磁流变液提供系统刚度，中间轴段的周向设置有阻尼槽，与磁流变液相对运动产生阻尼，在刚度及阻尼的共同作用下，起到形成要求冲击响应的作用；
冲击块与轴的顶部轴端通过螺纹固定连接；
支撑座位于冲击块及端盖之间，为轴提供抗倾覆的作用。
2.根据权利要求1所述的一种智能冲击波形发生器，其特征在于：所述的外罩材料可以为钢或橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种智能冲击波形发生器，其特征在于：所述的弹簧的形式可以为碟簧，弹簧，板簧。
4.根据权利要求1所述的一种智能冲击波形发生器，其特征在于：所述的顶部弹簧位于端盖和轴的中间轴段之间；底部弹簧位于基座和轴的中间轴段之间。
5.根据权利要求1所述的一种智能冲击波形发生器，其特征在于：所述的支撑座可以为直线轴承或滑块。
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