半正弦波发生器的设计与应用

崔强 黄明

摘 要： 很多产品在运输、装卸或使用过程中可能受到不同程度的冲击作用，那么产品的抗冲击破坏性能就尤为重要。加速度冲击试验台用于模拟产品冲击过程中的动态环境，以检验其功能可靠性和结构完好性，是进行冲击试验的必备设备，其中半正弦波发生器为关键组成部分。半正弦波是进行冲击试验的基本波形，其主要指标有冲击加速度和脉冲宽度，通过改变冲击加速度和脉冲宽度以对不同产品进行不同指标的冲击试验，由此来评定产品在运输、装卸或使用过程受到冲击时产品结构的抗冲击能力。通过正确评定产品的抗冲击能力，可有效地提高产品使用的可靠性能。

关键词： 冲击;半正弦波发生器;脉冲宽度

一、前言

目前的加速度冲击试验台，通常使用固定式半正弦波发生器（橡胶、毛毡等弹性物质）完成单一指标的试验。要进行不同指标试验，就需要更换不同的波形发生器，因其脉冲宽度无法调整，很难准确调试到试验要求脉冲宽度，效率极低。因此，设计一款可以满足不同产品冲击试验要求，且脉冲宽度为可调式的半正弦波发生器，是至关重要的。

二、常用橡胶刚度的经验公式及形状系数

圆柱形橡胶刚度的经验计算公式[1]

橡胶刚度计算结果的准确性取决于式中形状系数m，一般半正弦波发生器圆柱橡胶的外形由约束面及自由面构成，约束面是指橡胶受压缩变形时固定的下端面，自由面是指垂直加载于约束面时产生变形的上端面，约束面越大，自由面越小，则橡胶的刚度越大。因此，橡胶作为弹性材料，虽然其基本物理性能不会随外表形状而改变，但做成正弦波发生器后它的弹性模量不再是橡胶材料的弹性模量E，而是表观弹性模量Ea，对于压缩变形，Ea=m×E。

其中形状系数m=f（n）的关系相当复杂，对于不同配方和工艺制作出的橡胶，不同的研究者提出了不同的关系式。

上海橡胶研究所：m=1+1.5n-2n2+2.5n3（适用于n>0.2）

日本机械学会：m=1+1.645n2（适用于圆柱形）

三、冲击加速度及脉冲宽度

冲击过程为台面与半正弦波发生器的碰撞过程，因台面质量远远大于橡胶质量，所以冲击过程可视为简谐运动。

本半正弦波发生器如图一所示，通过调节螺套调节圆柱橡胶露出高度Hx，通过弹性锥套锁紧圆柱橡胶下部分高度Hy，保证冲击过程中Hy部分始终受到弹性锥套约束作用。调整圆柱橡胶Hx时，可先将弹性锥套拔出，待调节螺套调节完毕后插入弹性锥套。

五、结束语

本文结合圆柱橡胶刚度k及脉冲宽度w的计算公式给出了一种半正弦波发生器的设计。通过调整圆柱橡胶露出高度Hx及锁紧圆柱橡胶下部分高度Hy可调整橡胶刚度k，进而改变脉冲宽度的w。

通过弹性锥套锁紧圆柱橡胶下部分高度Hy消除了圆柱橡胶与弹性锥套的间隙，保证了冲击试验良好的重复性，避免了橡胶弹跳现象的发生，解决了业界长期以来的难题。

參考文献

[1] 秦洪艳.张红.候之超.北京：圆柱形橡胶垫刚度经验公式的研究，2006.