CN108562417A - 一种激振力频段可调式气动激振器 - Google Patents
一种激振力频段可调式气动激振器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种激振力频段可调式气动激振器，包括缸筒、活塞、金属垫块、非金属垫块和端盖。所述缸筒前端具有倾斜端面，垂直于倾斜端面设置有沉孔；缸筒内部开设圆柱形空腔，空腔前端封闭，后端贯通。所述活塞位于后空腔部内，活塞呈三段阶梯轴型，从前向后径向尺寸依次增大。所述金属垫块位于前空腔部前端，与前空腔部内壁形成间隙配合。非金属垫块，位于前空腔部后端，紧靠金属垫块后端，与前空腔部内壁同样形成间隙配合。所述端盖位于缸筒的后端面，由四个螺钉固定于缸筒的后端面上。本发明将气动激振器设计为频段可调式，其可根据不同试验需求来调整激振力频谱分布，更好地保障了可靠性强化试验的有效性和合理性。
Description
技术领域
本发明涉及一种激振力频段可调式气动激振器，应用于可靠性强化试验系统，更好地保障可靠性强化试验的有效性和合理性。
背景技术
可靠性强化试验是20世纪90年代在西方发达国家兴起的一种新型可靠性试验技术。它是在产品研制阶段，应用步进的方法给产品施加环境应力并检测其性能，直到产品失效为止，以得出产品设计裕度和极限承载能力(破坏或损伤极限)。这种试验方法将原需花费6个月甚至1年的新产品可靠性试验缩短至一周，能有效地解决现代电子产品高可靠性、短研制周期和低开发成本间的矛盾，国外可靠性工程界已将其作为产品可靠性的重要保证手段之一，目前已广泛应用于通信、电子、计算机、医疗、能源、交通、航空航天和军事等领域，取得了巨大成功。
可靠性强化试验技术的显著效果除了来自其先进的试验理念外，还必须依托于高效的设备，传统的电动振动台激励信号是单轴的高斯信号，而可靠性强化试验要求激振信号为全轴超高斯随机振动，因此需要研发新型的试验设备。目前国内外在可靠性强化试验中主要采用一种气动可靠性强化试验系统，该系统提供的强化应力环境是通过多个气动激振器反复击打台面来实现的，其实现简单，成本低廉，得到了广泛的应用。
气动激振器作为试验系统的动力源，是整个系统最重要的组成部分，目前国外的Hanse和QualMark等公司都有自己的相关专利产品，但是其激振力频率分布都是固定不可调节的。国内的相关研究还主要停留在理论层面，实际设计应用还比较欠缺。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述现有技术中的不足，本发明提出一种激振力频段可调式气动激振器，通过理论分析确定影响气动激振力频谱分布的因素，将气动激振器设计为频段可调式，其可根据不同试验需求来调整激振力频谱分布，更好地保障了可靠性强化试验的有效性和合理性。
(二)技术方案
一种激振力频段可调式气动激振器，包括缸筒、活塞、金属垫块、非金属垫块和端盖；所述缸筒前端具有倾斜端面，垂直于倾斜端面设置有沉孔；缸筒内部开设圆柱形空腔，空腔前端封闭，后端贯通，且其前端径向尺寸小于后端径向尺寸，所述空腔分为前空腔部和后空腔部，前空腔部和后空腔部同轴共有第一轴心线；后空腔部侧壁上设有前后两个气口，前端气口为排气口，后端气口为进气口；后空腔部内壁上位于前空腔部后端处设有第一环形槽，后空腔部内壁上对应排气口和进气口的位置处分别设有第二环形槽和第三环形槽，第一环形槽、第二环形槽和第三环形槽将后空腔部内壁面分为三段，分别为第一内壁面、第二内壁面和第三内壁面，第一内壁面和第二内壁面的径向尺寸相同且均小于第三内壁面的径向尺寸。
其中，所述活塞位于后空腔部内，活塞呈三段阶梯轴型，从前向后径向尺寸依次增大，分别为第一阶梯轴段、第二阶梯轴段和第三阶梯轴段；活塞具有第二轴心线，第二轴心线与第一轴心线相重合；活塞后端面的中心位置向前延伸形成第一盲孔，并在第一盲孔侧壁径向延伸到第二阶梯轴段端面上形成两个第一通孔，所述第一盲孔和所述两个第一通孔组成第一气流通道，活塞前端面偏下位置向后延伸形成第二盲孔，并在第二盲孔侧壁径向延伸到第二阶梯轴段端面上形成第二通孔，所述第二盲孔和所述第二通孔组成第二气流通道，第一气流通道和第二气流通道交替与进气口相连通，实现活塞的缸筒后空腔部内的往复直线运动。
其中，所述金属垫块位于前空腔部前端，与前空腔部内壁形成间隙配合；非金属垫块，位于前空腔部后端，紧靠金属垫块后端，与前空腔部内壁同样形成间隙配合。
其中，所述端盖位于缸筒的后端面，由四个螺钉固定于缸筒的后端面上，端盖与缸筒后端面相接触的端面上设有环形凹槽，环形凹槽内安装O型密封圈进行静密封。
其中，活塞的第三阶梯轴段的外表面上分布有均压槽。
其中，缸筒和端盖的材料为超硬铝合金，活塞材料为45号钢，缸筒内壁进行表面阳极化处理，活塞外表面采用淬火和镀铬处理。
其中，金属垫块和非金属垫块内部中心位置分别设置第一螺纹孔和第二螺纹孔，以便于金属垫块和非金属垫块的安装和拆卸。
其中，前空腔部的侧壁上对应于非金属垫块轴向中心位置处对称设有两个螺纹通孔，两个螺纹通孔内各安装一个紧定螺钉，用于非金属垫块的固定。
其中，第二阶梯轴段和第二内壁面形成间隙配合，第三阶梯轴段和第三内壁面形成间隙配合，用以形成金属间隙密封。
(三)有益效果
1、通过在活塞第三阶梯轴段外壁上合理设置均压槽，使活塞和缸筒间的配合间隙更加均匀，保证了气动激振器的激振平稳性和使用寿命。
2、通过将垫块设计成金属垫块和非金属垫块两部分，并将金属和非金属垫块设计成方便装拆更换的结构，通过改变金属垫块和非金属垫块的材料和相对长度，就可以使这种气动激振器的激振力频段得到调节，能够更加灵活的适应可靠性强化试验不同的激振需求。
附图说明
图1本发明的一种激振力频段可调式气动激振器示意图暨活塞运行初始位置图。
图2图1中A部局部放大图。
图3活塞处于第一位置处示意图。
图4活塞处于第二位置处示意图。
图5活塞处于第三位置处示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种激振力频段可调式气动激振器，包括缸筒1、活塞2、金属垫块3、非金属垫块4和端盖5。
缸筒1，其前端具有倾斜端面21，垂直于倾斜端面21设置有沉孔22。缸筒1内部开设圆柱形空腔11，空腔11前端封闭，后端贯通，且其前端径向尺寸小于后端径向尺寸，所述空腔11分为前空腔部9和后空腔部10，前空腔部9和后空腔部10同轴共有第一轴心线31。后空腔部10侧壁上设有前后两个气口，前端气口为排气口19，后端气口为进气口20。后空腔部10内壁上位于前空腔部9后端处设有第一环形槽12，后空腔部10内壁上对应排气口19和进气口20的位置处分别设有第二环形槽13和第三环形槽14，第一环形槽12、第二环形槽13和第三环形槽14将后空腔部10内壁面分为三段，分别为第一内壁面15、第二内壁面16和第三内壁面17，第一内壁面15和第二内壁面16的径向尺寸相同且均小于第三内壁面17的径向尺寸。
活塞2，位于后空腔部10内，活塞2呈三段阶梯轴型，从前向后径向尺寸依次增大，分别为第一阶梯轴段23、第二阶梯轴段24和第三阶梯轴段25。活塞2具有第二轴心线32，第二轴心线32与第一轴心线31相重合。活塞2后端面的中心位置向前延伸形成第一盲孔，并在第一盲孔侧壁径向延伸到第二阶梯轴段24端面上形成两个第一通孔，所述第一盲孔和所述两个第一通孔组成第一气流通道27，活塞2前端面偏下位置向后延伸形成第二盲孔，并在第二盲孔侧壁径向延伸到第二阶梯轴段24端面上形成第二通孔，所述第二盲孔和所述第二通孔组成第二气流通道26，第一气流通道27和第二气流通道26交替与进气口20相连通，实现活塞2缸筒1后空腔部10内的往复直线运动。
金属垫块3，位于前空腔部9前端，与前空腔部9内壁形成间隙配合。所述间隙配合为H8/h7。
非金属垫块4，位于前空腔部9后端，紧靠金属垫块3后端，与前空腔部9内壁同样形成间隙配合。所述间隙配合为H8/h7。
端盖5，位于缸筒1的后端面，由四个螺钉7固定于缸筒1的后端面上，端盖5与缸筒1后端面相接触的端面上设有环形凹槽30，环形凹槽30内安装O型密封圈6进行静密封。
参照图2，活塞2的第三阶梯轴段25的外表面上合理分布有均压槽33，其能够使压缩空气周向分布更加均匀，保证配合间隙的均匀性，使活塞2在缸筒1的后空腔部10内的运行更加平稳可靠。
上述的缸筒1和端盖5的材料为超硬铝合金，活塞2材料为45号钢，缸筒1内壁进行表面阳极化处理，活塞2外表面采用淬火和镀铬处理，通过相应的表面处理措施可以提高配合面的硬度，增强耐磨性，以延长气动激振器使用寿命。
上述的金属垫块3和非金属垫块4内部中心位置分别设置第一螺纹孔28和第二螺纹孔29，以便于金属垫块3和非金属垫块4的安装和拆卸，以通过更换不同材料和相对长度的金属垫块3和非金属垫块4来实现气动激振器的激振力频段的调整。
本实施例中，前空腔部9的侧壁上对应于非金属垫块4轴向中心位置处对称设有两个螺纹通孔18，两个螺纹通孔18内各安装一个紧定螺钉8，用于非金属垫块4的固定，防止活塞2反复撞击非金属垫块4时，非金属垫块4脱落。
本实施例中，第二阶梯轴段24和第二内壁面16形成H6/g5的间隙配合，第三阶梯轴段25和第三内壁面17形成H6/g5的间隙配合，用以形成金属间隙密封。在降低压缩空气泄漏量的同时，减小摩擦阻力，能够保证所述活塞在所述后空腔部内长期高频的往复运动。
以下对所述气动激振器的工作过程进行说明：
气动激振器运行阶段一：
参照图1、图3，初始，活塞2在重力作用下与端盖5接触。当进气口20通入压缩空气时，压缩空气可以通过第三环形槽14进入第一气流通道27，进而进入活塞2与端盖5的间隙中，对活塞2产生向前的推力。同时活塞2前端气腔内的空气可以直接从排气口19流出，活塞2前端始终受大气压力，因此，活塞2在合力作用下向前做加速度逐渐增大的运动，直到运行到图3所示的第一位置处。
气动激振器运行阶段二：
参照图3、图4，当活塞2加速运行到图3所示的第一位置开始，第一气流通道27被第二内壁面16封闭，压缩空气无法再补充进入活塞2与端盖5的间隙，从此位置起活塞2的气压推动力逐渐减小，因此活塞2开始向前做加速度逐渐减小的运动，直到运行到图4所示的第二位置处。
气动激振器运行阶段三：
参照图4、图5，当活塞2运行到图4所示的第二位置开始，第一气流通道27开始和第二环形槽13连通，此时进气口20仍旧被封闭，后气腔压缩空气经第一气流通道27和第二环形槽13流出排气口19，前气腔被第一内壁面15和第二阶梯轴段24所形成的金属间隙密封面所封闭，从此位置起活塞2的后端压强减小同时前端气压增大，合力进一步减小，因此活塞2开始向前做加速度更小的加速运动，直到运行到图5所示的第三位置处。
气动激振器运行阶段四：
参照图5、图4，当活塞2运行到图5所示的第三位置开始，活塞2与非金属垫块4端面发生碰撞，产生激振力，以波的形式向前传播，此时后气腔内压缩空气经排气口19排气后压力下降，进气口20和第二气流通道26连通，压缩空气进入前气腔，前气腔压力上升，因此活塞2在撞击反弹力和前后腔气压力差的作用下向后加速运行，直到返回到图4所示第二位置处。
气动激振器运行阶段五：
参照图4、图3，当活塞2返回到图4所示第二位置开始，前气腔压力不再增加，此时后气腔内压缩空气不能排出，随着活塞2向后运动，前腔气压力减小，后腔气压力增大，活塞2向后运动加速度逐渐减小，直到返回到图3所示第一位置处。
气动激振器运行阶段六：
参照图3、图1，当活塞2返回到图3所示第一位置开始，进气口20开始重新与第一气流通道27连通，压缩空气进入后腔，后腔气压力进一步增大，前气腔压力经排气口19已经下降到接近大气压力，此时活塞2向后做加速度越来越大的减速运动，直到速度降为零，此时活塞2完成一个周期的往复运动，气动激振器产生单周期冲击激振力，然后活塞2开始新一周期的往复运动，如此不断往复使得气动激振器产生周期性的冲击激振力。
Claims (9)
1.一种激振力频段可调式气动激振器，包括缸筒、活塞、金属垫块、非金属垫块和端盖；其特征在于，所述缸筒前端具有倾斜端面，垂直于倾斜端面设置有沉孔；缸筒内部开设圆柱形空腔，空腔前端封闭，后端贯通，且其前端径向尺寸小于后端径向尺寸，所述空腔分为前空腔部和后空腔部，前空腔部和后空腔部同轴共有第一轴心线；后空腔部侧壁上设有前后两个气口，前端气口为排气口，后端气口为进气口；后空腔部内壁上位于前空腔部后端处设有第一环形槽，后空腔部内壁上对应排气口和进气口的位置处分别设有第二环形槽和第三环形槽，第一环形槽、第二环形槽和第三环形槽将后空腔部内壁面分为三段，分别为第一内壁面、第二内壁面和第三内壁面，第一内壁面和第二内壁面的径向尺寸相同且均小于第三内壁面的径向尺寸。
2.如权利要求1所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，所述活塞位于后空腔部内，活塞呈三段阶梯轴型，从前向后径向尺寸依次增大，分别为第一阶梯轴段、第二阶梯轴段和第三阶梯轴段；活塞具有第二轴心线，第二轴心线与第一轴心线相重合；活塞后端面的中心位置向前延伸形成第一盲孔，并在第一盲孔侧壁径向延伸到第二阶梯轴段端面上形成两个第一通孔，所述第一盲孔和所述两个第一通孔组成第一气流通道，活塞前端面偏下位置向后延伸形成第二盲孔，并在第二盲孔侧壁径向延伸到第二阶梯轴段端面上形成第二通孔，所述第二盲孔和所述第二通孔组成第二气流通道，第一气流通道和第二气流通道交替与进气口相连通，实现活塞的缸筒后空腔部内的往复直线运动。
3.如权利要求2所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，所述金属垫块位于前空腔部前端，与前空腔部内壁形成间隙配合；非金属垫块，位于前空腔部后端，紧靠金属垫块后端，与前空腔部内壁同样形成间隙配合。
4.如权利要求3所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，所述端盖位于缸筒的后端面，由四个螺钉固定于缸筒的后端面上，端盖与缸筒后端面相接触的端面上设有环形凹槽，环形凹槽内安装O型密封圈进行静密封。
5.如权利要求2所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，活塞的第三阶梯轴段的外表面上分布有均压槽。
6.如权利要求1所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，缸筒和端盖的材料为超硬铝合金，活塞材料为45号钢，缸筒内壁进行表面阳极化处理，活塞外表面采用淬火和镀铬处理。
7.如权利要求1所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，金属垫块和非金属垫块内部中心位置分别设置第一螺纹孔和第二螺纹孔，以便于金属垫块和非金属垫块的安装和拆卸。
8.如权利要求1所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，前空腔部的侧壁上对应于非金属垫块轴向中心位置处对称设有两个螺纹通孔，两个螺纹通孔内各安装一个紧定螺钉，用于非金属垫块的固定。
9.如权利要求1所述的一种激振力频段可调式气动激振器，其特征在于，第二阶梯轴段和第二内壁面形成间隙配合，第三阶梯轴段和第三内壁面形成间隙配合，用以形成金属间隙密封。
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