內容提（tí）要

    針對目前國內 跌落試驗機不能完成較小產品跌落試驗且精度（dù）低的問題，通過在現有跌（diē）落托架的（de）基礎上增加擴展裝置、擴（kuò）展（zhǎn）平台後能滿足目前對較小產品進行（háng）跌落（luò）試驗的任務要求，彌（mí）補當前設備功能不足、提高試驗（yàn）精度、提升設備能力，達到設備穩定可靠的要求。該套跌落試驗機能夠滿足國家軍用標（biāo）準和國家標準的試驗技術指標。

引言

    在此研究領域，國（guó）外已研製出第三代（dài） 擺臂式跌落試驗機，它能在一台緩衝（chōng）器上產生多種力脈衝波形，並輔（fǔ）以高度自動化的控製以及數據采集和分析設備。
    擺臂式跌落試（shì）驗機的原理是通過（guò）快速旋轉托架以達到釋放樣品並使其自由下（xià）落的目的；自由跌落式試驗機是使托架產生一（yī）個大於自由（yóu）落體（tǐ）加速度的運（yùn）動（dòng）達（dá）到產品自（zì）由（yóu）下落或者通（tōng）過吊鉤的釋放達到產品自由下落。
    試驗（yàn）機由衝擊板、提升機構、控製箱、跌落執（zhí）行機構和試件固定夾具等部分組成。擺臂式跌落試驗機結構比自由跌落式跌落（luò）試驗機複雜，能夠準確提升產品高（gāo）度，衝（chōng）擊瞬間不會產生幹擾（rǎo），能在一台緩衝器上產生多種（zhǒng）力（lì）脈衝波形且能實現數據采集和分析。
    國（guó）內已研製完成第二（èr）代自由跌落式試驗機和擺臂式試驗機，後者是國內外設備（bèi）精（jīng）細化發展的（de）趨勢，我國第三代擺臂式跌落機處於研製（zhì）階段。本（běn）項（xiàng）目基（jī）於擺臂式基本原（yuán）理實現擴展功能設計，能滿足目前對較小（xiǎo）產品進行跌落試驗（yàn）任務（wù）要求、彌補當前設備功（gōng）能（néng）不足、提高試驗精度，同時為數據采集和分析奠定基礎。

    跌落試（shì）驗機擴展功（gōng）能總（zǒng）體結構設計

    根據任務需求，獲得（dé）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（wén）獻及（jí）實體（tǐ）調研，確定了跌落試（shì）驗機擴展功能（néng）的總體結構設（shè）計；根據具體情況（kuàng），確保跌落試驗機擴展功能機構更安全、更方便。一套跌落試驗機擴展功能機（jī）構主（zhǔ）題結構由托板和釋放兩大部分組（zǔ）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，能滿足產品尺寸（250 mm×250 mm×250 mm）、重15 kg的需（xū）求。為滿（mǎn）足圓球類產品平穩（wěn）放置，托板對稱軸心中（zhōng）間設計有深（shēn）5 mm，直徑30 mm半圓球形凹槽；托（tuō）板兩端通過軸座固定在旋轉（zhuǎn）軸上，托板每端使用8個M10的螺釘與軸（zhóu）座進行緊固連（lián）接；托板在工作時左（zuǒ）右兩部分（fèn）通過旋轉軸從中間（jiān）同時向（xiàng）下翻轉。為（wéi）防止托板（bǎn）在跌落試驗時（shí）出現左右兩部分向下旋轉不同步的問題，托板中間設計成齒（chǐ）條形交叉結構。托板右側部分設計圖紙見圖1。

    旋轉軸結構設計及強度校核

    軸用來固定托板、齒輪、軸承，同時（shí）實現托板旋轉。根據現有跌落試驗機托叉結構尺寸，設計（jì）軸長450 mm、粗端直徑36 mm、細（xì）端直徑30 mm，材（cái）料45。軸的一端通過B型鍵安（ān）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（liǎng）端，軸與軸套間通過（guò）軸承連接以實現軸旋轉；軸承位於軸套的兩端，軸承與軸和（hé）軸套間采用過盈配合，軸的結構設計圖見（jiàn）圖2。

    旋轉軸強度校核

    根據使用狀態，軸（zhóu）在使用時既產生彎曲變形（xíng）又產生扭轉（zhuǎn）變形（xíng），應使用彎扭組合變形強度（dù）校核，校核時按軸的細端直徑d=30 mm校（xiào）核，軸的（de）材料45鋼，屈服極限[σ]≥255 Mpa。
    軸的質量（liàng）m1=9.92 kg；
    托板質量m2=1.65 kg；
    產品質（zhì）量m3=10 kg；
    彎矩（jǔ）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

托板旋轉軸另（lìng）一端設計類似於棘輪機（jī）構裝置，具有自鎖功能（néng）。棘（jí）輪擋銷與電磁鐵相連接，釋放產品時，電磁（cí）鐵通電快速吸（xī）開棘輪（lún）擋銷；擋銷與棘輪接觸的麵設計成圓弧麵，使擋銷與棘輪成線接觸，減少摩擦力；齒（chǐ）輪下（xià）方設（shè）有拉緊彈簧，釋放瞬間在（zài）彈簧的拉力作用下，托板獲得初始加速度，使托板快速向下旋轉130 °，使產品不受幹（gàn）涉自由下落，完成跌落試驗。齒輪結構設計尺寸如下圖左圖所示，棘輪釋放機構示意如下圖右圖所（suǒ）示。

    擴展機（jī）構與（yǔ）現有托架結合方式

    托板安裝在原有跌落機托架上。為保證試（shì）驗過程中，跌落時產品和托（tuō）板不（bú）與現有托架發（fā）生（shēng）碰撞，將擴展功能機（jī）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生任何幹（gàn）涉。
    緊固方式：擴張裝置機構通過U型吊環與現有托架進行吊裝連（lián）接，吊裝點設置（zhì）在軸套上，軸套上均布3個吊裝孔（kǒng），使用螺釘緊固。

    總結

    本文通過對（duì）跌落試驗機多方位調研，吸取（qǔ）了跌落試驗機結構及運行優點，針對產品結構及尺寸特征（zhēng），終確定了跌落試驗機擴展裝置機構的主體構架（jià）及運行機製，使其具有安全可靠、操作簡（jiǎn）易的特點。 
    設計過程中遇到一些技術難題：托板在跌落試驗時左右兩部分向下旋轉時（shí）可能存（cún）在（zài）不同步的問題，受試產（chǎn）品不能實現自由落體運動，達不到試驗目的；托（tuō）板在跌落試驗時，快速向下旋轉後可能存在回彈，撞擊產品，對產品造成損壞。
    為防止托板（bǎn）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，簡單、運行安全可靠、成本低；在齒輪下方添加一拉緊彈簧，有效防止托板回彈，同（tóng）時在托板（bǎn）跌落瞬間給托板初加速度，設計巧妙，一舉兩得。
    跌落試驗機擴展裝置（zhì）機構（gòu）的應用（yòng）將有效地（dì）進行（háng）小產品（250 mm×250 mm×250 mm）跌落試驗（yàn），試驗過程中能夠保（bǎo）證（zhèng）人身安全、產品安全、試驗安全等，進而達到安全生產、高效試驗的目的。