一种适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器的制作方法

1.本发明属于冲击试验设备技术领域，具体涉及一种适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器。


背景技术：

2.普通冲击试验机的冲击加速度峰值一般不超过2000g，脉冲持续时间不小于0.3ms，而一些特别小的试件，要求能承受几万g的冲击加速度，并且脉冲持续时间非常小，这时就需要在冲击试验机上加装冲击放大器来实现这个需求。
3.常见的冲击放大器大多包括一个二次冲击台面和一个底座，其中，底座通过螺钉固定在冲击试验机的主冲击台面上，二次冲击台面通过左右两侧设置的导向轴可上下滑动地设置在底座上方，并由弹簧或橡筋绳拉住，同时，导向轴上垫有阻尼弹性体进行缓冲，在二次冲击台面与底座之间，垫有一波形发生垫，在主冲击台面与冲击试验机的基座之间也垫有一个波形发生垫，如中国专利cn207779660u、cn212275196u、cn109470888b就公开了这类冲击放大器，其工作过程为：
4.主冲击台面下行撞击基座上的波形发生垫后，会向上反弹的进入上行阶段，此时，主冲击台面带动冲击放大器底座一起上行，而二次冲击台面仍然处于下行状态，在二次冲击台面撞击到冲击放大器底座时，能够大大提高冲击速度，从而产生较大的冲击加速度，由于二次冲击台面与冲击放大器底座的相向运动，既受两侧导向轴导向的影响，又受两侧弹簧或橡筋绳拉动，以及阻尼弹性体缓冲的影响，使得二次冲击台面与冲击放大器底座在产生冲击的一瞬间难以确保全面贴合，存在一定的偏差，在进行30000g以下的半正弦波冲击试验，由于脉冲持续时间相对较长，能够对这部分偏差进行弥补，冲击响应(最终产生的冲击半正弦波)的准确性基本符合要求，但对于30000g以上的半正弦波冲击试验，由于脉冲持续时间极短(小脉宽)，无法对上述偏差进行弥补，会严重降低冲击响应(最终产生的冲击半正弦波)的准确性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种冲击响应准确性更高的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，包括：
7.底座，所述底座连接在冲击试验机的主冲击台面上；
8.活塞锤击组件，所述活塞锤击组件设置在所述底座上；所述活塞锤击组件包括活塞筒、活塞、波形发生垫，所述活塞筒连接在所述底座的顶面上并向上竖直延伸，所述活塞筒的口沿处设有向内水平延伸的环状凸缘，所述活塞呈圆柱状，所述活塞的外径与所述活塞筒的内径相匹配，所述活塞可上下滑动地设置在所述活塞筒内，所述活塞的底壁、所述活塞筒的内壁和所述底座的顶面围成工作腔，所述活塞上设有连通所述工作腔和所述活塞上
方外界大气的连通通道，所述波形发生垫设置在所述底座的顶面上，所述波形发生垫的外壁与所述活塞筒的内壁相贴合。
9.优选地，所述连通通道的通气截面积与所述活塞的底面积之比为0.05％～0.25％。
10.优选地，所述活塞的外壁开设有沿上下方向贯穿所述活塞的排气槽，所述排气槽的内壁与所述活塞筒的内壁之间围成的空腔构成所述连通通道。
11.进一步优选地，所述排气槽有多条并沿所述活塞的轴心线均匀分布。
12.进一步优选地，所述活塞的外壁设有台阶，将所述活塞分隔成外径较小的上圆柱和外径较大的下圆柱，所述上圆柱的外径小于所述环状凸缘的内径，所述下圆柱的外径与所述活塞筒的内径相匹配，所述下圆柱的外壁开设所述排气槽。
13.进一步优选地，所述上圆柱上套设有环形垫圈，所述环形垫圈的外径大于所述环状凸缘的内径，所述环形垫圈不阻挡所述排气槽在所述下圆柱上的开口。
14.优选地，所述活塞锤击组件还包括用于驱使所述活塞复位的复位单元，所述复位单元包括开设在所述底座顶面上的第一盲孔、可上下滑动地设置在所述第一盲孔内的顶柱，以及复位弹簧，所述第一盲孔与所述波形发生垫的中心孔、所述活塞筒同轴设置，所述第一盲孔的内径小于等于所述中心孔的内径，所述顶柱具有凸出于所述中心孔的上孔沿的上工作位置和缩回所述中心孔内的下工作位置，所述复位弹簧设置在所述第一盲孔内并位于所述顶柱的下方，所述复位弹簧具有驱使所述顶柱变换至所述上工作位置的趋势。
15.进一步优选地，所述顶柱的上端部呈球头状。
16.优选地，所述底座的顶面设有向上延伸的圆柱状凸台，所述凸台用于定位所述活塞筒，所述底座的底面设有向上延伸的第二盲孔，所述第二盲孔与所述活塞筒同轴设置，所述第二盲孔用于连接所述冲击试验机的活塞杆的端部。
17.进一步优选地，所述活塞筒的底部设有向外水平延伸的环状裙边，所述环状裙边通过螺栓锁紧在所述底座的上表面。
18.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
19.1.摒弃了导向轴、弹簧或橡筋绳、阻尼弹性体的设计，利用活塞底壁、活塞筒内壁和底座顶面围成的工作腔提供活塞所需的运动阻尼，结构简单，安装方便，不易出错。
20.2.通过工作腔内空气提供运动阻尼的方式，既能够利用工作腔内各部位气压相等的特点，使活塞相对于底座下行时的姿态处于水平状态，从而确保活塞与底座在撞击瞬间的全面贴合，消除偏差，又能够利用运动阻尼吸收活塞撞击底座时产生的高频谐波及震荡波，实现机械滤波功能，提升冲击响应的准确性。
21.3.工作腔内的工作气体(空气)不受使用时间、使用次数的影响，只需保持环境温湿度稳定，即可多次复现冲击试验结果，鲁棒性强。
附图说明
22.图1是本发明优选实施例的主视示意图。
23.图2是图1中a-a方向的剖视示意图，此时，顶柱处于上工作位置。
24.图3是图2中b处的局部放大示意图。
25.图4是图2中顶柱变换至下工作位置时的示意图。
26.图5是图4中c处的局部放大示意图。
27.图6是本发明另一实施例在图2中b处的局部放大示意图。
28.其中：10.底座；11.凸台；12.第二盲孔；20.活塞锤击组件；21.活塞筒；211.环状凸缘；212.环状裙边；22.活塞；221.连通通道；222.排气槽；223.台阶；224.上圆柱；225.下圆柱；226.环形垫圈；23.波形发生垫；231.中心孔；24.工作腔；25.复位单元；251.第一盲孔；252.顶柱；253.复位弹簧；30.冲击试验机；31.主冲击台面；32.活塞杆。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述。
30.本发明中描述的上下方向为图1中的上下方向。
31.如图1至图5所示，本发明提供的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，包括：底座10和活塞锤击组件20，其中，底座10连接在冲击试验机30的主冲击台面31上；活塞锤击组件20设置在底座10上，活塞锤击组件20包括活塞筒21、活塞22、波形发生垫23，活塞筒21连接在底座10的顶面上并向上竖直延伸，活塞筒21的口沿处设有向内水平延伸的环状凸缘211，活塞22呈圆柱状，活塞22的外径与活塞筒21的内径相匹配，该相匹配是指，活塞22的外壁与活塞筒21的内壁之间具有极小的间隙(通常在0.02-0.05mm之间)，该间隙只能避免活塞22上下滑动时不与活塞筒21内壁产生摩擦，难以在短时间内通过大量气体，活塞22可上下滑动地设置在活塞筒21内，活塞22的底壁、活塞筒21的内壁和底座10的顶面围成工作腔24，活塞22上设有连通工作腔24和活塞22上方外界大气的连通通道221，波形发生垫23设置在底座10的顶面上，波形发生垫23的外壁与活塞筒21的内壁相贴合。
32.该冲击放大器的工作过程为：在主冲击台面31向上反弹进入上行阶段时，主冲击台面31带动底座10一起上行，而活塞22仍然处于下行状态，活塞22与底座10的相向运动挤压工作腔23内的空气，使其通过连通通道221排出，而排出过程并不是瞬间完成，使得工作腔23内部的空气能够对活塞22提供运动阻尼，直至活塞22撞击底座10上的波形发生器23(相当于锤击)，产生冲击响应。
33.这样设置的好处在于：
34.1.摒弃了导向轴、弹簧或橡筋绳、阻尼弹性体的设计，利用活塞底壁、活塞筒内壁和底座顶面围成的工作腔提供活塞所需的运动阻尼，结构简单，安装方便，不易出错。
35.2.通过工作腔内空气提供运动阻尼的方式，既能够利用工作腔内各部位气压相等的特点，使活塞相对于底座下行时的姿态处于水平状态，从而确保活塞与底座在撞击瞬间的全面贴合，消除偏差，又能够利用运动阻尼吸收活塞撞击底座时产生的高频谐波及震荡波，实现机械滤波功能，提升冲击响应的准确性。
36.3.工作腔内的工作气体(空气)不受使用时间、使用次数的影响，只需保持环境温湿度稳定，即可多次复现冲击试验结果，鲁棒性强。
37.在本实施例中，活塞22的外壁开设有沿上下方向贯穿活塞22的排气槽222，排气槽222内壁与活塞筒21内壁之间围成的空腔构成连通通道221，进一步地，排气槽222有三条并沿活塞22的轴心线均匀分布。
38.这样设置的好处在于，在活塞22相对于底座10下行时，还能够利用连通通道221内的气压稳定活塞22在水平方向上的位置，确保活塞22下下行过程中不与活塞筒21接触。
39.在本实施例中，活塞22的外壁设有台阶223，台阶223将活塞22分隔成外径较小的上圆柱224和外径较大的下圆柱225，上圆柱224的外径小于环状凸缘211的内径，下圆柱225的外径与活塞筒21的内径相匹配，下圆柱225的外壁开设排气槽222，排气槽222贯穿下圆柱225的上下端面。
40.进一步地，为降低对环状凸缘211的冲击，上圆柱224上套设有环形垫圈226，环形垫圈226的外径大于环状凸缘211的内径，环形垫圈226不阻挡排气槽222在下圆柱225上端面上的开口。
41.在本实施例中，该活塞锤击组件20还包括用于驱使活塞22复位的复位单元25，复位单元25包括开设在底座10顶面上的第一盲孔251、可上下滑动地设置在第一盲孔251内的圆柱状顶柱252，以及复位弹簧253，第一盲孔251与波形发生垫23的中心孔231、活塞筒21同轴设置，第一盲孔251的内径等于中心孔231的内径，顶柱252具有凸出于中心孔231上孔沿的上工作位置和缩回中心孔231内的下工作位置，在顶柱252处于上工作位置时，顶住252的上端面与活塞22的底面相贴合，复位弹簧253设置在第一盲孔251内并位于顶柱252的下方，复位弹簧253的上下端部分别抵紧顶柱252和第一盲孔251的底壁，复位弹簧253具有驱使顶柱252变换至上工作位置的趋势。
42.在本实施例中，底座10的顶面设有向上延伸的圆柱状凸台11，凸台11用于定位活塞筒21，底座10的底面设有向上延伸的第二盲孔12，第二盲孔12与活塞筒21同轴设置，第二盲孔12用于连接冲击试验机30的活塞杆32的上端部，进一步地，活塞筒21的底部设有向外水平延伸的环状裙边212，环状裙边212通过螺栓锁紧在底座10的上表面。
43.需要说明的是，连通通道221的通气截面积与活塞22相对于底座10的下行速度相关，既不能过大，也不能过小，为确保30000g以上半正弦波冲击试验的顺利进行，连接通道221的通气截面积与活塞22的底面积之比为0.05％～0.25％，具体在本实施例中，活塞22由不锈钢制成，下圆柱225的直径为94mm，下圆柱225的高度为46mm，上圆柱224的直径为80mm，上圆柱224的高度为22mm，排气槽222的槽宽为2mm，槽深为1mm。
44.在另一实施例中，活塞22由不锈钢制成，下圆柱225的直径为50mm，下圆柱225的高度为25mm，上圆柱224的直径为40mm，上圆柱224的高度为13mm，排气槽222的槽宽为1.5mm，槽深为1mm。
45.在另一实施例中，活塞22由铝合金制成，下圆柱225的直径为160mm，下圆柱225的高度为78mm，上圆柱224的直径为140mm，上圆柱224的高度为30mm，排气槽222的槽宽为2mm，槽深为2mm。
46.在另一实施例中，如图6所示，顶柱252的上端部呈球头状，以降低与活塞22底面的接触面积，避免因顶柱252上端面的不平对活塞22的下行姿态产生影响。
47.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，包括：底座，所述底座连接在冲击试验机的主冲击台面上；活塞锤击组件，所述活塞锤击组件设置在所述底座上；其特征在于：所述活塞锤击组件包括活塞筒、活塞、波形发生垫，所述活塞筒连接在所述底座的顶面上并向上竖直延伸，所述活塞筒的口沿处设有向内水平延伸的环状凸缘，所述活塞呈圆柱状，所述活塞的外径与所述活塞筒的内径相匹配，所述活塞可上下滑动地设置在所述活塞筒内，所述活塞的底壁、所述活塞筒的内壁和所述底座的顶面围成工作腔，所述活塞上设有连通所述工作腔和所述活塞上方外界大气的连通通道，所述波形发生垫设置在所述底座的顶面上，所述波形发生垫的外壁与所述活塞筒的内壁相贴合。2.根据权利要求1所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述连通通道的通气截面积与所述活塞的底面积之比为0.05％～0.25％。3.根据权利要求1所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述活塞的外壁开设有沿上下方向贯穿所述活塞的排气槽，所述排气槽的内壁与所述活塞筒的内壁之间围成的空腔构成所述连通通道。4.根据权利要求3所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述排气槽有多条并沿所述活塞的轴心线均匀分布。5.根据权利要求3所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述活塞的外壁设有台阶，将所述活塞分隔成外径较小的上圆柱和外径较大的下圆柱，所述上圆柱的外径小于所述环状凸缘的内径，所述下圆柱的外径与所述活塞筒的内径相匹配，所述下圆柱的外壁开设所述排气槽。6.根据权利要求5所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述上圆柱上套设有环形垫圈，所述环形垫圈的外径大于所述环状凸缘的内径，所述环形垫圈不阻挡所述排气槽在所述下圆柱上的开口。7.根据权利要求1所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述活塞锤击组件还包括复位单元，所述复位单元包括开设在所述底座顶面上的第一盲孔、可上下滑动地设置在所述第一盲孔内的顶柱，以及复位弹簧，所述第一盲孔与所述波形发生垫的中心孔、所述活塞筒同轴设置，所述第一盲孔的内径小于等于所述中心孔的内径，所述顶柱具有凸出于所述中心孔的上孔沿的上工作位置和缩回所述中心孔内的下工作位置，所述复位弹簧设置在所述第一盲孔内并位于所述顶柱的下方，所述复位弹簧具有驱使所述顶柱变换至所述上工作位置的趋势。8.根据权利要求7所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述顶柱的上端部呈球头状。9.根据权利要求1所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述底座的顶面设有向上延伸的圆柱状凸台，所述凸台用于定位所述活塞筒，所述底座的底面设有向上延伸的第二盲孔，所述第二盲孔与所述活塞筒同轴设置，所述第二盲孔用于连接所述冲击试验机的活塞杆的端部。10.根据权利要求1至9中任意一项所述的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，其特征在于：所述活塞筒的底部设有向外水平延伸的环状裙边，所述环状裙边通过螺栓
锁紧在所述底座的上表面。

技术总结
本发明提供的适用于高冲击加速度的活塞锤击式冲击放大器，包括连接在冲击试验机主冲击台面上的底座和设置在底座上的活塞锤击组件，通过使活塞锤击组件包括连接在底座顶面并向上竖直延伸的活塞筒、可上下滑动地设置在活塞筒内的活塞、设置在底座顶面上且外壁与活塞筒内壁相贴合的波形发生垫，在活塞筒口沿处设置向内水平延伸的环状凸缘，使活塞呈圆柱状，使其外径与活塞筒内径相匹配，能够利用活塞底壁、活塞筒内壁和底座顶面围成工作腔，再在活塞上设置连通工作腔和活塞上方外界大气的连通通道，在活塞相对于底座下行时，能够利用工作腔提供运动阻尼，确保活塞与底座在撞击瞬间的全面贴合，消除偏差，还能实现机械滤波，提升冲击响应的准确性。冲击响应的准确性。冲击响应的准确性。


技术研发人员：吕兴东 许坚 宋雪芹
受保护的技术使用者：苏州福艾斯振动系统有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/9/22