半正弦波發(fā)生器的設計與應用

崔強 黃明

摘 要： 很多產(chǎn)品在運輸、裝卸或使用過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。加速度沖擊試驗臺用于模擬產(chǎn)品沖擊過程中的動態(tài)環(huán)境，以檢驗其功能可靠性和結構完好性，是進行沖擊試驗的必備設備，其中半正弦波發(fā)生器為關鍵組成部分。半正弦波是進行沖擊試驗的基本波形，其主要指標有沖擊加速度和脈沖寬度，通過改變沖擊加速度和脈沖寬度以對不同產(chǎn)品進行不同指標的沖擊試驗，由此來評定產(chǎn)品在運輸、裝卸或使用過程受到?jīng)_擊時產(chǎn)品結構的抗沖擊能力。通過正確評定產(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臺，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)）完成單一指標的試驗。要進行不同指標試驗，就需要更換不同的波形發(fā)生器，因其脈沖寬度無法調(diào)整，很難準確調(diào)試到試驗要求脈沖寬度，效率極低。因此，設計一款可以滿足不同產(chǎn)品沖擊試驗要求，且脈沖寬度為可調(diào)式的半正弦波發(fā)生器，是至關重要的。

二、常用橡膠剛度的經(jīng)驗公式及形狀系數(shù)

圓柱形橡膠剛度的經(jīng)驗計算公式[1]

橡膠剛度計算結果的準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成，約束面是指橡膠受壓縮變形時固定的下端面，自由面是指垂直加載于約束面時產(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，對于壓縮變形，Ea=m×E。

其中形狀系數(shù)m=f（n）的關系相當復雜，對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）

日本機械學會：m=1+1.645n2（適用于圓柱形）

三、沖擊加速度及脈沖寬度

沖擊過程為臺面與半正弦波發(fā)生器的碰撞過程，因臺面質(zhì)量遠遠大于橡膠質(zhì)量，所以沖擊過程可視為簡諧運動。

本半正弦波發(fā)生器如圖一所示，通過調(diào)節(jié)螺套調(diào)節(jié)圓柱橡膠露出高度Hx，通過彈性錐套鎖緊圓柱橡膠下部分高度Hy，保證沖擊過程中Hy部分始終受到彈性錐套約束作用。調(diào)整圓柱橡膠Hx時，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、結束語

本文結合圓柱橡膠剛度k及脈沖寬度w的計算公式給出了一種半正弦波發(fā)生器的設計。通過調(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，進而改變脈沖寬度的w。

通過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，保證了沖擊試驗良好的重復性，避免了橡膠彈跳現(xiàn)象的發(fā)生，解決了業(yè)界長期以來的難題。

參考文獻

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