CN111044246A - 一种冲击放大器 - Google Patents

Abstract

本发明属于结构冲击动力学实验技术领域，涉及一种冲击放大器。该放大器包括：冲击放大结构、固定底座(2)、缓冲器(3)，其中，固定底座(2)设置在电磁冲击试验机台面上；冲击放大结构固定设置在固定底座(2)上；冲击放大结构上用于放置被测物(4)；缓冲器(3)一端与冲击放大结构连接，缓冲器(3)另一端与固定底座(2)连接。该发明采用较小的冲击量级获得较大冲击量级载荷，且通过设计缓冲器消除了悬臂放大结构的冲击振荡问题。

Description

一种冲击放大器

技术领域

本发明属于结构冲击动力学实验技术领域，涉及一种冲击放大器。

背景技术

冲击载荷是机械设备中一种典型载荷，广泛存在于各类设备的生产制造、运输、服役中。通常这种冲击载荷不会只出现一两次，而是会出现成百上千次，甚至更多，这在机械设备，特别是国防领域内的设备冲击耐久性考核是一个很严重问题，因为一般冲击试验机大多采用运动冲锤撞击波形发生器来获得所需要的冲击载荷，如授权公告号CN 207779660U的发明专利，但这种加载形式往往效率不高，只适合冲击次数不多的情况，对于几百上千次的冲击，这种方法试验速度慢，且成本高，不利于设备冲击耐久性的考核。而一般电磁振动台是基于加速度计的闭环控制，能够产生半正弦波、三角波、后峰锯齿波、前峰锯齿波、梯形波等，且冲击加载的时间可根据需要调整，对于多次冲击载荷加载的效率非常高，已广泛应用于各类设备的振动冲击试验中。但是电磁振动台因加载原理和结构等原因，冲击加载的量级受限较大，无法实现较大冲击的加载。

发明内容

本发明的目的：提供一种能够拓宽电磁振动台冲击载荷的实验范围，满足更大冲击实验量级的冲击耐久性测试需求的简单、高效、低成本的冲击放大器。

本发明解决的技术方案：

第一方面，提供了一种冲击放大器，包括：冲击放大结构、固定底座2、缓冲器3，其中，固定底座2设置在电磁冲击试验机台面上；冲击放大结构固定设置在固定底座2上；冲击放大结构上用于放置被测物4；缓冲器3一端与冲击放大结构连接，缓冲器3另一端与固定底座2连接。

可选地，冲击放大结构为悬臂梁1。

可选地，悬臂梁1为单悬臂梁，悬臂梁1末端用于放置被测物4，缓冲器3 一端具体与悬臂梁1末端连接，缓冲器3另一端与固定底座2连接。

可选地，悬臂梁1为N悬臂梁，其中N为大于等于2的整数，悬臂梁的夹角为360°/N，悬臂梁1中部用于放置被测物4，缓冲器3一端具体与悬臂梁1 中部连接，缓冲器3另一端与固定底座2连接。

可选地，冲击放大结构为薄板梁，薄板梁固定设置在固定底座2上，薄板梁中部用于放置被测物4，，缓冲器3一端与薄板梁中部连接，缓冲器3另一端与固定底座2连接。

可选地，薄板梁的形状包括正三角形、正方形和圆形。

可选地，缓冲器为单向缓冲器。

可选地，缓冲器的阻尼大于或等于悬臂梁与被测物组成振荡系统的临界阻尼。

本发明的有益效果：基于该发明可采用较小的冲击量级获得较大冲击量级载荷，且考虑了悬臂放大结构的冲击振荡问题，设计了缓冲器，该方法效率高、成本低、适用范围广。

附图说明

图1为根据本发明的单悬臂梁式冲击放大器示意图；

图2为根据本发明的双悬臂梁式冲击放大器示意图。

其中，1悬臂梁、2固定底座、3缓冲器、4被测物。

具体实施方式

本专利提出一种冲击放大器，包括冲击放大器功能的实现、设计的方法，用于扩大电磁振动台的冲击载荷量级，当冲击试验机无法达到被试物考核量级时，借助于本专利的发明，只需较小的冲击试验量级就能得到较大的冲击试验量级，间接提升冲击试验机的能力。

冲击放大器采用电磁振动台作为冲击加载装置，主要包括悬臂梁1、固定底座2、缓冲器3和被测物4。悬臂梁1与固定底座2通过螺栓固定连接，被测物4固定到悬臂梁1的末端，缓冲器3一端与悬臂梁1末端连接，另一端与固定底座2连接。实验过程中，固定底座与电磁冲击试验机台面固定，冲击载荷由固定底座传递到悬臂梁上，利用悬臂梁冲击放大的作用，将较低的冲击量级放大到较大的冲击量级，并施加到被测物上，实现冲击的放大功能。

其中，悬臂梁1有多种形式，如单悬臂梁式、双悬臂梁式、三悬臂梁式、四悬臂梁式等等，也可以是薄板形式，理论上，只要存在冲击放大的结构都可实现本专利的冲击放大的功能。

单悬臂梁式冲击放大器如图1，双悬臂梁(或简支梁)式冲击放大器(两根悬臂梁夹角180°)如图2，被测物4具体固定设置在悬臂梁1中部；缓冲器 3一端具体与悬臂梁1中部连接。三悬臂梁式冲击放大器(三根悬臂梁夹角为 120°)；形式四：四悬臂梁式冲击放大器(四根悬臂梁夹角为90°)，N悬臂梁式冲击放大器(悬臂梁的夹角为360°/N)。

此外，还有薄板式冲击放大器，其形式有正三角形、正方形、圆形等形式，这类简图于简支梁形式类似。

由于悬臂梁在瞬态冲击作用下会产生稳态连续的振动响应，这对于被测物来说属于过实验。为了防止冲击后被测物连续振动问题，在悬臂梁底部设置一个单向缓冲器，即缓冲器作用杆拉出时无阻力，压入时提供阻尼力，通过缓冲器的设计，使缓冲器的阻尼大于或等于悬臂梁与被测物组成振荡系统的临界阻尼，即可实现冲击量级放大而不会产生连续振动问题。本发明结构简单、高效，成本低，易于实现，极大提高了实验效率、降低了实验成本和周期。

悬臂梁式冲击放大器设计方法

对于悬臂梁，其刚度弯曲刚度为

其中，E为梁的弹性模量，I为梁的截面惯性矩，L为梁的长度。

被测物重量为M。

将悬臂梁固定到振动台面上，将被测物固定到悬臂梁的悬臂端。

假设被测物需要的冲击条件是冲击最大量值为A₁，冲击脉宽为Δt的半正弦冲击，但试验机最大冲击量值只有A₀(A₀＜A₁)，那么这时就需要冲击放大器，冲击放大器的放大倍数为

需要利用悬臂梁的频率与试验机冲击加载的频率一致，从而产生强迫冲击响应来实现冲击量值的放大。

放大器的频率需要设计为f＝1/Δt，而放大器的频率还与被测物的重量、悬臂梁的刚度有关，即

由此就可以计算出悬臂梁的弹性模量E、截面惯性矩I和长度L的关系，从而确定悬臂梁的材料、横截面和长度尺寸。

悬臂梁的冲击放大倍数通常与材料自身的阻尼有关，当材料选定后，材料的阻尼可通过试验测得，假设测得材料的阻尼比为ξ，冲击放大倍数

那么此时冲击试验机只需输出A₀＝2ξA₁的冲击量值。

悬臂梁的冲击响应是一个连续的正弦振动，与试验标准中要求冲击相比属于过实验，为此，需要给这个放大器增加一个缓冲器，目的是抑制强迫冲击后悬臂梁系统的持续振荡问题。为了达到目的，需要将缓冲器设计为过阻尼状态，即阻尼比ξ≥1，这个参数实现可通过改变缓冲器中液体和缓冲器活塞上的小孔来控制缓冲器的阻尼比。由此完成冲击放大器的设计。

本发明充分利用悬臂梁结构冲击放大的特点，通过结构合理设计即可将冲击量级较低的载荷放大到较大的载荷量级，可满足不同冲击实验需求，且该方法原理简单明析，结构简单、高效，成本低廉，易于实现，能显著降低冲击实验成本和周期，具有广阔的应用前景。基于该发明可采用较小的冲击量级获得较大冲击量级载荷，且考虑了悬臂放大结构的冲击振荡问题，设计了缓冲器，该方法效率高、成本低、适用范围广。

Claims (8)

1.一种冲击放大器，其特征在于，包括：冲击放大结构、固定底座(2)、缓冲器(3)，

其中，固定底座(2)设置在电磁冲击试验机台面上；

冲击放大结构固定设置在固定底座(2)上；

冲击放大结构上用于放置被测物(4)；

缓冲器(3)一端与冲击放大结构连接，缓冲器(3)另一端与固定底座(2)连接。

2.根据权利要求1所述的冲击放大器，其特征在于，冲击放大结构为悬臂梁(1)。

3.根据权利要求2所述的冲击放大器，其特征在于，悬臂梁(1)为单悬臂梁，悬臂梁(1)末端用于放置被测物(4)，缓冲器(3)一端具体与悬臂梁(1)末端连接，缓冲器(3)另一端与固定底座(2)连接。

4.根据权利要求2所述的冲击放大器，其特征在于，悬臂梁(1)为N悬臂梁，其中N为大于等于2的整数，悬臂梁的夹角为360°/N，悬臂梁(1)中部用于放置被测物(4)，缓冲器(3)一端具体与悬臂梁(1)中部连接，缓冲器(3)另一端与固定底座(2)连接。

5.根据权利要求1所述的冲击放大器，其特征在于，冲击放大结构为薄板梁，薄板梁固定设置在固定底座(2)上，薄板梁中部用于放置被测物(4)，缓冲器(3)一端与薄板梁中部连接，缓冲器(3)另一端与固定底座(2)连接。

6.根据权利要求5所述的冲击放大器，其特征在于，薄板梁的形状包括正三角形、正方形和圆形。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的冲击放大器，其特征在于，缓冲器为单向缓冲器。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的冲击放大器，其特征在于，缓冲器的阻尼大于或等于悬臂梁与被测物组成振荡系统的临界阻尼。

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