內容提要

    針對目前國內 跌落試驗機不（bú）能完成較小產品跌落試驗且精度低（dī）的問題，通過在現有跌落（luò）托架的基礎上增加擴展裝置、擴展平台後能滿足（zú）目前對較小產品進行跌落試（shì）驗的任務（wù）要求，彌補當前設備功能不足、提高試驗精度、提升設備能力，達到（dào）設備穩（wěn）定可靠（kào）的要求。該套跌落試驗機能夠滿足國家軍用標準和國家標準的試驗技術（shù）指標。

引言

    在此研究領域，國（guó）外已研製出第（dì）三代 擺臂式跌落（luò）試驗機，它能在（zài）一台緩衝器上產生多種力脈衝波形，並輔以高度自動化的控製以及數據（jù）采（cǎi）集和（hé）分析設（shè）備。
    擺臂式跌落試驗機的原理（lǐ）是通（tōng）過快速旋轉托架以達到釋放樣品並使其自由下落的目的；自由跌落式試驗機是使托架產（chǎn）生一個大於自由落體加速（sù）度的運動達到產品（pǐn）自由下（xià）落或者通過吊鉤的釋放達到產品自由下落。
    試驗機由衝擊板、提升機構（gòu）、控製箱、跌落執行（háng）機構和試件固定（dìng）夾具等部分組成。擺臂式跌落試驗（yàn）機結構比（bǐ）自由跌落式跌（diē）落試驗（yàn）機複雜（zá），能夠準（zhǔn）確提升產品高（gāo）度，衝擊瞬間不會產生幹（gàn）擾，能在一台緩衝器上產生多種力脈衝波形且能實現數據采集和分析。
    國內（nèi）已研製完成第二代自由跌落式試驗機和擺臂式試驗機（jī），後者是國內外設備精細化（huà）發展的趨勢，我國第三代擺（bǎi）臂（bì）式跌落機處於研製階段。本項目基於擺臂式（shì）基本原理實現擴展功（gōng）能設計，能滿（mǎn）足目前對較小產品進行跌落試驗任務要（yào）求、彌補當前設備功能不足、提高試驗精度（dù），同時為（wéi）數據采集和分析奠（diàn）定基礎。

    跌落試驗機擴展功能總體結（jié）構設計

    根（gēn）據任務需求，獲得試驗產品相關參數，並以此確定跌落試驗機擴展功能機構的適用範圍；同時通過文獻及實體調研，確定了（le）跌落（luò）試驗機擴展功能的總體結構（gòu）設（shè）計；根據具體情況，確保跌落試驗機擴展（zhǎn）功能機構更安（ān）全、更方便（biàn）。一套跌落試驗機擴展功能機構主題結構由托板和釋放兩大部分組成。

    托板結構設計

    托板分成左右兩部分（fèn）對稱結構，長360 mm、寬170  mm、厚20 mm，材料6061，能滿足（zú）產品尺寸（250 mm×250 mm×250 mm）、重15 kg的需求。為滿足圓球類產品平穩放置，托板對稱軸心中間設計有（yǒu）深（shēn）5 mm，直徑30 mm半圓球形凹槽；托板兩（liǎng）端通過軸座固定在旋轉軸上，托板每端使用8個M10的螺釘與軸座進行緊固連接；托板在工作時左右兩部分通過旋轉軸從中間（jiān）同時向下翻轉。為防止托（tuō）板在跌落試驗時出現左右兩部分向下旋（xuán）轉不同步的問題，托板中（zhōng）間設計成齒條形交叉結構。托板右側部分設計（jì）圖紙見（jiàn）圖1。

    旋轉軸結構設計及強度校核

    軸用（yòng）來固定托板、齒輪、軸承，同時實現托板旋轉。根據現（xiàn）有跌落試驗機托叉結構尺寸，設計軸長450 mm、粗端直（zhí）徑36 mm、細端（duān）直徑30 mm，材料45。軸的一（yī）端通過B型（xíng）鍵安裝齒輪，另一端安裝托板和軸套；固定托板的軸座布置在軸套兩端，軸與軸套（tào）間通過軸承連接（jiē）以實現軸旋轉；軸承位於軸套的兩端（duān），軸承與軸和軸（zhóu）套間采用過（guò）盈配合，軸的（de）結構設計圖見圖2。

    旋轉軸強（qiáng）度校核

    根據使（shǐ）用狀態（tài），軸在使用時既（jì）產生彎曲變（biàn）形（xíng）又產生扭（niǔ）轉變形，應使用彎扭組合變形強度校核，校核時按軸的細端直徑d=30 mm校核，軸的材料（liào）45鋼，屈服極限[σ]≥255 Mpa。
    軸的質量m1=9.92 kg；
    托板質量m2=1.65 kg；
    產品質量m3=10 kg；
    彎矩M=F·L1=(m1+m2+m3)×g×L1=119.2 N·m
    扭矩T=F·L2=(m1+m2+m3)×g×L2=54.2 N·m

    圓截麵軸扭轉W=πd3/16=5.3×10-6

    滿足使用要求。
釋放機構設計（jì）

托板旋轉軸另一端設（shè）計類似於棘輪機構裝置，具有自鎖（suǒ）功能。棘輪擋銷與電磁鐵相連接，釋放產品時，電磁鐵通電快速吸開（kāi）棘輪擋銷（xiāo）；擋銷與棘輪接觸的（de）麵設計成圓弧麵，使擋銷與棘輪成線（xiàn）接觸，減少摩擦力；齒輪下方設有（yǒu）拉緊彈簧，釋放瞬間（jiān）在彈簧的（de）拉力作（zuò）用下，托板獲得（dé）初始加速度（dù），使托（tuō）板快速向下旋轉130 °，使產品（pǐn）不受幹涉（shè）自由下落，完（wán）成跌落試驗。齒（chǐ）輪結構設計尺寸如下圖左圖所（suǒ）示，棘輪釋放機構示意（yì）如下圖右圖所示。

    擴展機構與現有托（tuō）架結合方式

    托板安裝在原有跌落機托架上。為保證試驗過程中，跌落時產品和托板不與現有托架發生碰撞，將擴展功（gōng）能機構安裝於托（tuō）架下方。跌落試驗時，托板向下旋轉與現有跌落試驗機不發（fā）生任何幹涉。
    緊固方式：擴張裝置機構通過（guò）U型吊環與現有托架進行吊裝連接，吊裝點設置在軸套上，軸套上均布3個吊裝孔，使用螺釘緊固。

    總結

    本文通過對跌落試驗機多方位調研，吸取了跌落試驗機結構及運行優點，針對產品結構及尺寸特征，終確定了跌落（luò）試驗機擴展裝置（zhì）機構的主體（tǐ）構架及運行機製，使（shǐ）其具有安全可靠（kào）、操作簡易的特點。 
    設計過程（chéng）中遇到一些技術（shù）難題：托板在跌落試驗時左右兩（liǎng）部分向下旋轉時可能存在不同（tóng）步的問題，受試產品不能實現自（zì）由落體運動，達不到試驗目的；托板在跌落試驗時，快速向下旋轉後可能存（cún）在回（huí）彈，撞擊產品，對產品造成損壞。
    為防（fáng）止（zhǐ）托板在跌落試驗時左右兩部分向下旋轉不同步的問題，托板中間設計成齒條形交叉結構（gòu），簡單、運行安全可靠、成本低；在（zài）齒輪下方添加一拉緊彈簧，有效防止托板（bǎn）回彈，同時在托板跌落瞬間給托板初加（jiā）速度，設計巧妙，一舉（jǔ）兩得。
    跌落試驗機擴展裝置（zhì）機構的應用將有效地進行小（xiǎo）產品（250 mm×250 mm×250 mm）跌落試驗，試驗過程中能夠（gòu）保證人身安全、產品安全、試驗安全等，進而達到安（ān）全生產、高效試驗的目的。