一种适应高强度冲击的柔性冲击锤头的制作方法

专利2022-05-09  1


本发明涉及测试与实验技术领域,尤其是一种适应高强度冲击的柔性冲击锤头。



背景技术:

强碰撞冲击机是现如今考核潜艇设备冲击的主要设备之一,其提供的载荷输入必须能够覆盖艇上设备所需的载荷输入范围。冲击锤结构是强碰撞冲击机主要部件之一,是控制输入载荷及实现碰撞的装置。冲击锤结构通常由摆臂、冲击锤头、冲击锤碰撞块组成,冲击锤结构的可靠性关系到整个强碰撞冲击机能否正常工作。

现有强碰撞式冲击机的摆臂与冲击锤头均为刚性连接。试验过程中,摆臂及其转轴在冲击锤头与砧台碰撞时承受较大的冲击载荷,局部应力状态较差。由于长期直接承受碰撞产生的冲击载荷,冲击锤结构内部紧固件易发生松动现象,导致测量、实验结果产生偏差。



技术实现要素:

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点,提供一种结构合理的一种适应高强度冲击的柔性冲击锤头,在冲击锤头的上下左右周向设置减震器,减震器采用楔块连接的方式,从而改善碰撞时摆臂转轴的应力状态,满足更高的载荷输入要求,提高测试结果的精准度。

本发明所采用的技术方案如下:

一种适应高强度冲击的柔性冲击锤头,包括摆臂、安装于摆臂摆动端的锤头,所述锤头周围对应安装减震器组,锤头的碰撞端安装有冲击锤碰撞头,

所述减震器组分布在锤头轴向四周,包括上侧减震器、下侧减震器、左侧减震器和右侧减震器,减震器组与锤头之间楔块相连,

减震器组与锤头组合响应时间大于与外界砧台碰撞的时间,单个减震器横向刚度满足如下公式:

锤头发生碰撞时,水平位移小于或等于许用水平位移最大值,单个减震器的横向刚度满足如下公式:

单个减震器的垂向刚度满足如下公式:

式中:

k1——单个减震器的横向刚度;

k2——单个减震器的垂向刚度;

m1——锤头及冲击锤碰撞头的质量;

l——摆臂撞击中心至重心的距离;

n——减震器数量;

vmax——最大冲击速度;

s1max——发生碰撞时,冲击锤头许用最大水平位移;

s2max——发生碰撞时,冲击锤头许用最大垂向位移。

所述摆臂的摆动端设置为中空腔室,此腔室沿摆动路径方向的两端敞口设置,锤头安装在此腔室内。

所述锤头与摆臂腔室内壁接触的侧面上设有槽,减震器朝向锤头侧壁的一面上设有嵌入槽中的楔块。

锤头侧壁上的槽以所在侧壁的中点为基准,在侧壁上对称设置。

所述减震器组的单个减震器上延伸出连接片,连接片位于减震器的相对面上,且与所在面共面,连接片与锤头、摆臂腔室内壁之间通过连接件固定安装。

所述冲击锤碰撞头包括与锤头端面相连的翻边、位于翻边圆心位置的圆台。

所述锤头沿运动方向的两端面与摆臂沿运动方向的两端面齐平。

所述摆臂尺寸从摆动圆弧的圆心位置向圆周位置逐渐扩大。

所述摆臂安装锤头的一端外轮廓面上呈格状设置。

本发明的有益效果如下:

本发明结构紧凑、合理,通过在锤头周围设置减震器组,提高测量结果的精度。

在相同的冲击锤质量、锤头落高、转轴半径的前提下,本发明能够有效改善碰撞时摆臂转轴的应力状态,变相提高水平冲击机的结构强度,改善水平冲击机整体的应力状态。

本发明能够提高水平冲击机的最大许用碰撞速度、最大许用加速度,从而满足更高的载荷输入要求。

本发明的摆臂、锤头、冲击锤碰撞头和减震器组所组成的整体系统频率较低,系统响应时间远小于冲击锤与外界砧台碰撞时间,不会对后续测量结果产生影响,提高测量精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的爆炸图。

图3为图2的a部放大图用于体现槽的位置。

图4为图2的b部放大图用于体现楔块的位置。

图5为本发明的整体后视图。

图6为本发明的摆动端后视图。

图7为本发明的减震器刚度示意图。

其中:1、摆臂;2、锤头;3、冲击锤碰撞头;4、上侧减震器;5、下侧减震器;6、左侧减震器;7、右侧减震器;8、槽;9、楔块;10、连接片;11、连接件。

具体实施方式

下面结合附图,说明本发明的具体实施方式。

如图1-图7所示,本实施例的适应高强度冲击的柔性冲击锤头,包括摆臂1、安装于摆臂1摆动端的锤头2,锤头2周围对应安装减震器组,锤头2的碰撞端安装有冲击锤碰撞头3,

减震器组分布在锤头2轴向四周,包括上侧减震器4、下侧减震器5、左侧减震器6和右侧减震器7,减震器组与锤头2之间楔块9相连,

减震器组与锤头2组合响应时间大于与外界砧台碰撞的时间,单个减震器横向刚度满足如下公式:

锤头2发生碰撞时,水平位移小于或等于许用水平位移最大值,单个减震器的横向刚度满足如下公式:

单个减震器的垂向刚度满足如下公式:

式中:

k1——单个减震器的横向刚度;

k2——单个减震器的垂向刚度;

m1——锤头2及冲击锤碰撞头3的质量;

l——摆臂1撞击中心至重心的距离;

n——减震器数量;

vmax——最大冲击速度;

s1max——发生碰撞时,冲击锤头2许用最大水平位移;

s2max——发生碰撞时,冲击锤头2许用最大垂向位移。

摆臂1的摆动端设置为中空腔室,此腔室沿摆动路径方向的两端敞口设置,锤头2安装在此腔室内。

锤头2与摆臂1腔室内壁接触的侧面上设有槽8,减震器朝向锤头2侧壁的一面上设有嵌入槽8中的楔块9。

锤头2侧壁上的槽8以所在侧壁的中点为基准,在侧壁上对称设置。

减震器组的单个减震器上延伸出连接片10,连接片10位于减震器的相对面上,且与所在面共面,连接片10与锤头2、摆臂1腔室内壁之间通过连接件11固定安装。

冲击锤碰撞头3包括与锤头2端面相连的翻边、位于翻边圆心位置的圆台。

锤头2沿运动方向的两端面与摆臂1沿运动方向的两端面齐平。

摆臂1尺寸从摆动圆弧的圆心位置向圆周位置逐渐扩大。

摆臂1安装锤头2的一端外轮廓面上呈格状设置。

本实施例的具体结构及缓冲原理如下:

锤头2与冲击锤碰撞头3之间通过连接件11锁紧连接,本实施例中的连接件11采用螺栓。如图1安装完成后,能够保证锤头2摆动到运动路径最低点时,锤头2的中心与冲击锤碰撞头3的重心在同一水平线上。

锤头2与上侧减震器4、下侧减震器5、左侧减震器6和右侧减震器7之间通过螺栓连接,同时,冲击锤头2与减震器组的四个减震器之间还通过楔块9连接,单个减震器上的楔块9嵌入锤头2侧壁上的槽8中,楔块9连接在螺栓连接的基础上提高了连接的可靠程度,并且相较于螺纹连接,在冲击过程中,更加不易松脱、磨损,能够防止螺栓在碰撞时受剪失效,保证减震器组的缓冲效果,确保冲击锤头2与减震器组之间的连接关系,在碰撞后仍能保持完好的结构性能。减震器组与摆臂1的腔室侧壁之间也通过螺栓连接。

本实施例中,高强度水平冲击机正常工作时,摆臂1先提升到预期高度,随后摆臂1自由释放,整个装置利用重力围绕转轴进行加速;当锤头2运动到最低点时,锤头2达到最大速度,冲击锤碰撞头3与外界砧台发生碰撞,如图7所示,m2为外界砧台的重力,m1为锤头2和冲击锤碰撞头3的重力之和,m3为支架重力;锤头2对摆臂1的径向冲击力在碰撞瞬间达到最大,减震器组对整体结构进行缓冲减震,大幅改善摆臂1的应力状态。

图7为本发明简化后的刚度原理示意图,在发生碰撞时,减震器组与锤头2组成的整体系统的响应时间应当远大于冲击锤碰撞头3与外界砧台的碰撞时间;由于锤头2和冲击锤碰撞头3可以等效为一个刚体,因此单个减震器的横向刚度需满足如下公式:

同时,锤头2在发生碰撞时,水平位移不得超过许用水平位移最大值,因此单个减震器的横向刚度还需满足如下公式:

锤头2和冲击锤碰撞头3、减震器组所组成的整体系统在锤头2摆动到最低点时,对摆臂1的径向冲击力最大,同时锤头2在径向离心力的作用下,径向位移达到最大值,因此单个减震器的垂向刚度需满足如下公式:

本发明的柔性冲击锤头2能够有效环节锤头2与冲击机砧台碰撞时,对摆臂1转轴的冲击,改善了水平冲击机整体的应力状态及最大许用碰撞速度。

以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在本发明的保护范围之内,可以作任何形式的修改。

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