半正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

崔強(qiáng) 黃明

摘 要： 很多產(chǎn)品在運(yùn)輸、裝卸或使用過(guò)程中可能受到不同程度的沖擊作用，那么產(chǎn)品的抗沖擊破壞性能就尤為重要。加速度沖擊試驗(yàn)臺(tái)用于模擬產(chǎn)品沖擊過(guò)程中的動(dòng)態(tài)環(huán)境，以檢驗(yàn)其功能可靠性和結(jié)構(gòu)完好性，是進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的必備設(shè)備，其中半正弦波發(fā)生器為關(guān)鍵組成部分。半正弦波是進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的基本波形，其主要指標(biāo)有沖擊加速度和脈沖寬度，通過(guò)改變沖擊加速度和脈沖寬度以對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行不同指標(biāo)的沖擊試驗(yàn)，由此來(lái)評(píng)定產(chǎn)品在運(yùn)輸、裝卸或使用過(guò)程受到?jīng)_擊時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力。通過(guò)正確評(píng)定產(chǎn)品的抗沖擊能力，可有效地提高產(chǎn)品使用的可靠性能。

關(guān)鍵詞： 沖擊;半正弦波發(fā)生器;脈沖寬度

一、前言

目前的加速度沖擊試驗(yàn)臺(tái)，通常使用固定式半正弦波發(fā)生器（橡膠、毛氈等彈性物質(zhì)）完成單一指標(biāo)的試驗(yàn)。要進(jìn)行不同指標(biāo)試驗(yàn)，就需要更換不同的波形發(fā)生器，因其脈沖寬度無(wú)法調(diào)整，很難準(zhǔn)確調(diào)試到試驗(yàn)要求脈沖寬度，效率極低。因此，設(shè)計(jì)一款可以滿(mǎn)足不同產(chǎn)品沖擊試驗(yàn)要求，且脈沖寬度為可調(diào)式的半正弦波發(fā)生器，是至關(guān)重要的。

二、常用橡膠剛度的經(jīng)驗(yàn)公式及形狀系數(shù)

圓柱形橡膠剛度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式[1]

橡膠剛度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于式中形狀系數(shù)m，一般半正弦波發(fā)生器圓柱橡膠的外形由約束面及自由面構(gòu)成，約束面是指橡膠受壓縮變形時(shí)固定的下端面，自由面是指垂直加載于約束面時(shí)產(chǎn)生變形的上端面，約束面越大，自由面越小，則橡膠的剛度越大。因此，橡膠作為彈性材料，雖然其基本物理性能不會(huì)隨外表形狀而改變，但做成正弦波發(fā)生器后它的彈性模量不再是橡膠材料的彈性模量E，而是表觀彈性模量Ea，對(duì)于壓縮變形，Ea=m×E。

其中形狀系數(shù)m=f（n）的關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，對(duì)于不同配方和工藝制作出的橡膠，不同的研究者提出了不同的關(guān)系式。

上海橡膠研究所：m=1+1.5n-2n2+2.5n3（適用于n>0.2）

日本機(jī)械學(xué)會(huì)：m=1+1.645n2（適用于圓柱形）

三、沖擊加速度及脈沖寬度

沖擊過(guò)程為臺(tái)面與半正弦波發(fā)生器的碰撞過(guò)程，因臺(tái)面質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橡膠質(zhì)量，所以沖擊過(guò)程可視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。

本半正弦波發(fā)生器如圖一所示，通過(guò)調(diào)節(jié)螺套調(diào)節(jié)圓柱橡膠露出高度Hx，通過(guò)彈性錐套鎖緊圓柱橡膠下部分高度Hy，保證沖擊過(guò)程中Hy部分始終受到彈性錐套約束作用。調(diào)整圓柱橡膠Hx時(shí)，可先將彈性錐套拔出，待調(diào)節(jié)螺套調(diào)節(jié)完畢后插入彈性錐套。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合圓柱橡膠剛度k及脈沖寬度w的計(jì)算公式給出了一種半正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)整圓柱橡膠露出高度Hx及鎖緊圓柱橡膠下部分高度Hy可調(diào)整橡膠剛度k，進(jìn)而改變脈沖寬度的w。

通過(guò)彈性錐套鎖緊圓柱橡膠下部分高度Hy消除了圓柱橡膠與彈性錐套的間隙，保證了沖擊試驗(yàn)良好的重復(fù)性，避免了橡膠彈跳現(xiàn)象的發(fā)生，解決了業(yè)界長(zhǎng)期以來(lái)的難題。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦洪艷.張紅.候之超.北京：圓柱形橡膠墊剛度經(jīng)驗(yàn)公式的研究，2006.