专利名称：高加速度冲击试验台复合台面结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冲击试验台，具体涉及高加速度冲击试验台的一种复合台面结构。
背景技术：
冲击试验台主要应用于航空、航天、武器装备、产品包装以及元器件制造等领域，用来模拟产品在使用、装卸和运输过程中遭受冲击的环境，以确定该产品对各种冲击力的适应性。其原理是将台面连同试验样品一同提升到预定高度，然后让台面连同试验样品跌落，并冲击在下方的冲击座的波形发生器上产生冲击。
冲击试验台的主要技术指标有最大负载、台面尺寸、冲击波形、峰值加速度(m/s2)、脉冲持续时间(ms)等等，其中，峰值加速度是衡量冲击力大小的重要指标，其含义指是台面连同试验样品在发生冲击后，所产生的峰值加速度。目前，市场上绝大多数冲击试验台峰值加速度指标均在30000m/s2以内，要想制造峰值加速度在30000m/s2以上，甚至达到240000m/s2的冲击试验台十分困难。据申请人了解，目前国际上只有国外的个别厂家掌握这一高端技术，生产出的机械式冲击试验台峰值加速度指标达到200000m/s2水平。
理论分析认为设计制造出高加速度冲击试验台，主要是解决好以下技术问题1、提高台面的冲击速度，获得尽可能大的冲击动能；2、减轻台面的质量，获得尽可能大的峰值加速度；3、提供足够质量的冲击座，保证冲击座与台面质量之比具有很大的数值；4、要求台面与冲击座材料的比刚度尽可能大，以保证两者相互碰撞时具有很高的频响，防止冲击波形失真。
以上第1点和第3点在设计中比较容易解决，比如要提高台面的冲击速度，可以在自由跌落基础上增加辅助弹射装置来实现；要提供足够质量的冲击座只要增加冲击座的质量即可。但对于第2点和第4点来说，就会遇到这样一种问题，即一方面要求台面重量要轻，另一方面要求台面刚度要大，从材料特性上看，这似乎是一对矛盾，无法从现有技术中找到答案。这个问题长期以来困扰着技术人员，已成为本领域技术难题之一。
由以上分析可知，对于高加速度冲击试验台来说，台面设计是解决问题的关键，其质量大小、材料刚度以及结构刚性等要素直接影响冲击试验台的技术指标，要设计制造高加速度冲击试验台关键是要设计出一种重量轻、刚度大、频响高台面。
现有技术中，台面作为一个乘载试验样品的冲击结构件，由铝质材料制成，从制造工艺上可分为铸铝件、锻铝件和焊铝件三种，其结构为左右对称设计的横梁，横梁两端对称设置吊勾和垂直导向孔，顶部中央有一放置试验样品的平面，底部中央为一冲击头。这种台面通常只能应用在峰值加速度较低(3000m/s2以内)的冲击试验台中，当作为高加速度台面时，由于材料刚度较低和台面结构刚性较低(在冲击时台面长度方向发生弯曲)，一方面冲击时频响较低，无法达到较高的设计峰值加速度，另一方面在发生冲击时会造成台面波形传递失真不符合冲击试验要求。如果提高材料刚度，则会造成台面质量过大，同时无法达到较高的设计峰值加速度。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种重量轻、刚度大、频响高的复合台面结构，以解决高加速度冲击试验台中有关台面设计方面的技术难题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种高加速度冲击试验台复合台面结构，由刚性轻质的台面支架和刚性硬质的冲击锤体两部分组合构成；台面支架为对称设计的横梁型架体，架体两端对称设置垂直起吊结构和垂直导向孔，架体中央有一座孔；冲击锤体作为芯体结构安装在座孔中，冲击锤体的顶面为放置试件的冲击台面，底部为冲击头，中间设有滑动柱，该滑动柱与座孔配合段构成垂直方向的滑动配合；冲击锤体的侧部设有上限位端面和下限位端面，对应的座孔上设有下限位端面和上限位端面，两对端面分别通过缓冲垫接触连接，以此构成冲击锤体与台面支架之间上、下方向的缓冲滑动及定位结构。
上述技术方案的有关内容和变化解释如下1、上述方案中，所述冲击锤体一般设计成绕中心轴方向转动的旋转体结构，这种结构平衡能力较好，但也不仅仅局限于这种结构，比如将冲击锤体设计成对称结构也是可以的。
2、上述方案中，关于冲击锤体与台面支架之间上、下方向的缓冲滑动及定位结构有两种具体形式(1)、见图2所示，冲击锤体的上限位端面和下限位端面分别由旋转体侧部台阶端面构成，座孔的下限位端面和上限位端面分别由座孔的下端面和上端面构成；冲击锤体的上限位端面设在旋转体的下侧部，并通过缓冲垫与座孔的下端面接触连接；冲击锤体的下限位端面设在旋转体的上侧部，并通过缓冲垫与座孔的上端面接触连接。
(2)、见图3所示，冲击锤体的上限位端面和下限位端面分别由旋转体侧部向外延伸的环形凸缘端面构成，座孔的下限位端面和上限位端面分别由座孔内壁上的环形凹腔端面构成；环形凸缘位于环形凹腔内，凸缘的上端面和下端面分别通过缓冲垫与凹腔的下端面和上端面接触连接。
3、上述方案中，为了使冲击头传递到整个冲击台面区域的波形更加均匀，在冲击锤体的顶部与滑动柱之间通过圆锥体过渡。
4、为了帮助理解本实用新型技术方案，现介绍一种高加速度冲击试验台的基本构造如下通常高加速度冲击试验台采用以下结构参见图1所示，设有一底座，底座两侧分别竖立一根导向柱，两根导向柱之间设置一横梁型的台面，台面两端对称设置起吊结构和导向孔，起吊结构是一种提升台面的装置，导向孔套在导向柱上，使台面可沿导向柱上、下滑动，台面顶部中央为放置试件的平面，台面底部有冲击头，该冲击头的正下方设有冲击座，冲击座固定在底座上。为了提高台面的冲击速度，在台面顶部还设有弹射装置，该弹射装置由弹射压簧构成。
本实用新型原理将一个刚性轻质的台面支架和一个刚性硬质的冲击锤体进行组合，其中，冲击锤体通过滑动柱与座孔配合段构成垂直方向的滑动配合；同时，冲击锤体侧部的上限位端面通过缓冲垫与座孔的下限位端面接触连接构成向上的缓冲滑动及定位约束；冲击锤体侧部的下限位端面通过缓冲垫与座孔的上限位端面接触连接构成向下的缓冲滑动及定位约束。由于冲击锤体与台面支架之间存在以上连接关系，台面在跌落过程中为一整体，此时台面支架的作用是导向，冲击锤体的作用一是冲击体，二是乘载试样件，但是在发生冲击的瞬间，因冲击锤体与台面支架在垂直方向不是刚性连接(缓冲垫具有可压缩性)，由于惯性两者之间存在脱离性滑动，这种脱离性滑动使整个台面的性质发生了根本变化，即瞬间冲击简化为冲击锤体本身的作用效果，换句话说，此时，冲击速度与整体相同，而质量、结构和刚度已接近冲击锤体本身。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点1、在冲击方面，能够得到受干扰最小的一种冲击方式。
2、在台面质量增加很少或不增加的情况下，可以得到有效冲击的台面刚度。
3、由于刚度提高很大，可以做到比铝制台面高10倍的峰值加速度。
4、由于发生冲击时冲击体刚度大大提高，冲击波形传递失真度很小。
附图1为高加速度冲击试验台主视图；附图2为高加速度冲击试验台左视图；附图3为本实用新型实施例一主视图；附图4为图3的俯视图；附图5为实施例一结构示意图；附图6为实施例二结构示意图。
以上附图中1、台面支架；2、冲击锤体；3、滑动柱；4、滑动配合；5、冲击台面；6、冲击头 7、导向孔；8、吊钩；9、导向套；10、下限位端面；11、上限位端面；12、缓冲垫；13、下限位端面；14、上限位端面；15缓冲垫；16、弹簧座；17、圆锥体；18、试件；19、导向柱；20、冲击座；21、起吊装置；22、弹射压弹。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一参见图3、图5～图6所示，一种高加速度冲击试验台复合台面结构，总体由刚性轻质的台面支架1和刚性硬质的冲击锤体2两部分组合构成。所谓刚性轻质的台面支架1采用6061锻铝或LY12硬铝制成；所谓刚性硬质的冲击锤体2采用耐冲击工具钢(6CrW2Si)制成。台面支架1为对称设计的横梁型架体，架体两端对称设置垂直吊钩8和垂直导向孔7，导向孔7由导向套9固定在架体两端的孔座上形成。架体中央有一安装座孔，冲击锤体2作为芯体安装在该座孔中。冲击锤体2为一绕中心轴方向转动的旋转体结构，其顶面为放置试件的冲击台面5，底部为冲击头6，中间设有滑动柱3，该滑动柱3与座孔配合段构成垂直方向的滑动配合4。冲击锤体2的侧部设有上限位端面11和下限位端面13，端面11和端面13分别由旋转体侧部台阶端面构成；对应的座孔上设有下限位端面10和上限位端面14，端面10和端面14分别由座孔的下端面和上端面构成。冲击锤体2的上限位端面11设在旋转体的下侧部，并通过缓冲垫12与座孔的下端面接触连接；冲击锤体2的下限位端面13设在旋转体的上侧部，并通过缓冲垫15与座孔的上端面接触连接，以此构成冲击锤体2与台面支架1之间上、下方向的缓冲滑动及定位结构。该结构中，缓冲垫12和缓冲垫15采用55°聚氨脂橡胶材料制成。为了使冲击头6传递到整个冲击台面5区域的波形更加均匀，冲击锤体2的顶部与滑动柱3之间通过圆锥体17过渡。为了便于装配，冲击锤体2折成上部的冲击台面5和下部的冲击头6两部分，然后分别座孔的上、下方向插入对接，并用螺钉固定。
另外，本实施例台面支架1上对称设有四个弹簧座16，见图6，该弹簧座16分别与四个弹射压弹22接触，见图2，用来提高台面冲击速度。
实施例二参见图4所示，一种高加速度冲击试验台复合台面结构，总体由刚性轻质的台面支架1和刚性硬质的冲击锤体2两部分组合构成。与实施例一不同之处在于冲击锤体2的上限位端面11和下限位端面13分别由旋转体侧部向外延伸的环形凸缘端面构成，座孔的下限位端面10和上限位端面14分别由座孔内壁上的环形凹腔端面构成；环形凸缘位于环形凹腔内，凸缘的上端面和下端面分别通过缓冲垫12和缓冲垫15与凹腔的下端面和上端面接触连接，以此构成冲击锤体2与台面支架1之间上、下方向的缓冲滑动及定位结构。其它结构与实施例一相同，这里不再重描述。
权利要求1.一种高加速度冲击试验台复合台面结构，其特征在于由刚性轻质的台面支架和刚性硬质的冲击锤体两部分组合构成；台面支架为对称设计的横梁型架体，架体两端对称设置垂直起吊结构和垂直导向孔，架体中央有一座孔；冲击锤体作为芯体结构安装在座孔中，冲击锤体的顶面为放置试件的冲击台面，底部为冲击头，中间设有滑动柱，该滑动柱与座孔配合段构成垂直方向的滑动配合；冲击锤体的侧部设有上限位端面和下限位端面，对应的座孔上设有下限位端面和上限位端面，两对端面分别通过缓冲垫接触连接，以此构成冲击锤体与台面支架之间上、下方向的缓冲滑动及定位结构。
2.根据权利要求1所述的复合台面结构，其特征在于所述冲击锤体为一绕中心轴方向转动的旋转体结构，冲击锤体的上限位端面和下限位端面分别由旋转体侧部台阶端面构成，座孔的下限位端面和上限位端面分别由座孔的下端面和上端面构成；冲击锤体的上限位端面设在旋转体的下侧部，并通过缓冲垫与座孔的下端面接触连接；冲击锤体的下限位端面设在旋转体的上侧部，并通过缓冲垫与座孔的上端面接触连接。
3.根据权利要求1所述的复合台面结构，其特征在于所述冲击锤体为一绕中心轴方向转动的旋转体结构，冲击锤体的上限位端面和下限位端面分别由旋转体侧部向外延伸的环形凸缘端面构成，座孔的下限位端面和上限位端面分别由座孔内壁上的环形凹腔端面构成；环形凸缘位于环形凹腔内，凸缘的上端面和下端面分别通过缓冲垫与凹腔的下端面和上端面接触连接。
4.根据权利要求1所述的复合台面结构，其特征在于所述冲击锤体为一绕中心轴方向转动的旋转体结构，该旋转体的顶部与滑动柱之间通过圆锥体过渡。
专利摘要一种高加速度冲击试验台复合台面结构，其特征在于由刚性轻质的台面支架和刚性硬质的冲击锤体两部分组合构成；台面支架两端对称设置垂直起吊结构和垂直导向孔，架体中央有一座孔；冲击锤体作为芯体结构安装在座孔中，冲击锤体顶面为放置试件的冲击台面，底部为冲击头，中间设有滑动柱，该滑动柱与座孔配合段构成垂直方向的滑动配合；冲击锤体的侧部设有上限位端面和下限位端面，对应的座孔上设有下限位端面和上限位端面，两对端面分别通过缓冲垫接触连接，以此构成冲击锤体与台面支架之间上、下方向的缓冲滑动及定位结构。本方案设计了一种重量轻、刚度大、频响高的台面结构，较好地解决了高加速度冲击试验台中有关台面设计的技术难题。
文档编号G01N3/02GK2711721SQ20042007802
公开日2005年7月20日 申请日期2004年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者吕兴东 申请人:苏州东菱振动试验仪器有限公司