气动式振动台气锤产生激励信号的机理及其性能研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com国防科技大学学报第30卷第4期JOURNALOFNATIq耻OF!：：墨文章编号：1001—2486(2008)04—0121—04气动式振动台气锤产生激励信号的机理及其性能研究王考，陶俊勇，陈循(国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073)摘要：建立了阶梯式活塞气锤的力学模型，揭示了该类气锤产生碰撞信号的机理，针对两种不同型号的气锤，结合大量工程实验仿真生成了不同气压作用下两种气锤产生的激励信号，以激励信号的低频能量为气锤的性能指标，进一步评价了两种气锤

2、的性能优劣。研究结果表明：大气锤的性能明显优于小气锤的性能。关键词：阶梯式活塞气锤；碰撞信号；低频能量；性能指标中图分类号：TB123；TH692．9文献标识码：BAStudyontheGeneratingMechanismofExcitingSignalsandthePerformanceofVibratorsFixedonRepetitiveShockMachinesWANGKao，TAOJun-yong，CHENXun(CollegeofMechatronicEn~neefingandAutomation，N

3、ationalUniv．ofDefenseTechnolo~，Changsha410073，China)Abst：Inthispaper，themechanicalmodelofthesteppedpitonvibratorisconstructedandthegenerating瑚IeI矗锄ofimpactsig脚producedbythevibratorisstudiedfirstly．Thenbasedonexperiments，theexcitingsigla1sproducedbytWOconlmonki

4、ndsofsteppedpistonvibratorsaIeemulatedunderdiferentpressurevalues．Finallythelow~equencyenergiesofexcitingsignalsaretakenastheperformanceindexesofvibratorsandtwokindsofvibratorsareevaluated．Theresultsofthispapershowthatbigvibratorsasuperiortosmallon@~8underdife

5、rentpressurevalues．Keywords：steppedpistonvibrator；impactsignal；lowfrequencyenergy；performanceindex可靠性强化试验技术快速、持续的发展离不开相关新型试验设备的支持，气动式振动台是国外近十年来发明的一类新型振动强化试验设备，它能提供全轴宽频带随机振动试验环境，可以快速有效地激发产品的潜在缺陷，因而在振动强化试验中发挥着重要作用。然而，早期气动式振动台本身存在一定的设计缺陷，主要缺陷之一是振动信号在频域内分布不均匀且低频能量

6、较低引，这限制了该设备在电子产品可靠性强化试验中的进一步应用。加之国外对华先进技术设备出口限制、商业竞争和技术保密等原因，气动式振动台的性能改善以及自主研发已成为我国可靠性工非金属垫块活塞后端盖程领域亟待解决的课题。气锤产生的信号是整个气动式振动台的激励信号，因而不同类型和型号的气锤能够直接影响振动台产生的振动环境，进而影响其试验效率。1两种常见的气锤图1阶梯式活塞气锤的结构图阶梯式活塞气锤是一类重要的气动式振动台气锤，其结构Fig．1Thestructureofthestepped如图1示。它主要是由气缸、活塞、

7、非金属垫块和后端盖组成，通pitonvibrator过螺纹固定于振动台面下方，并与台面成45。。工程中根据结构尺寸的大小将阶梯式活塞气锤分为小气锤和大气锤两种，其主要参数如表l所示。收稿日期：2008—03—10基金项目：国家部委基金资助项目作者简介：王考(1977一)，男，博士生。维普资讯http://www.cqvip.com122国防科技大学学报2008年第4期2气锤产生的激励信号通过分析阶梯式活塞气锤的工作原理可知j，在某一持续稳定的气压作用下，气锤的活塞将与气缸发生周期性碰撞，进而为振动台提供激励信号。此

8、时，气锤产生的激励信号是活塞与气缸产生的一次性碰撞信号在时域内的周期延拓。2．1一次性碰撞信号产生的机理2．1．1理论分析活塞在与气缸发生一次性碰撞时，整个气锤的模型可以简化为图2所示的模型。假设活塞是刚性的质量块m，非金属垫块可视为刚度为的无重弹簧，气缸的横截面积为A，非金属垫块的横截面积为A：，活塞的横截面积为A，气缸的弹性模量为，气缸材料的波速为C，用