武汉纺织大学2012届毕业设计论文
根据碰撞理论，可求出碰撞后负载能量损失为：
1Mm2 ?T?(1?e) V12 （2-22）
2M?m（2) 缓冲阶段:碰撞开始后,同时进入缓冲阶段,因缓冲器阻力制动负荷速度减为零,此时负荷与活塞系统的运动微分方程近似为:
d2ydy M0?C?ky?G(t) (2-23) 2dtdt式中M0?M?m为负载与活塞系统的质量和; C为阻尼系统;K为空气弹簧刚度系数, G(t)为外力(包括重力),
??? G(t)?F?P?fn?(M?m)g； ?0为活动系统固有圆频率， ?2??02??2。
解此方程可得位移（x-t)的关系式，即负载与活塞系统进行偏离起始位置的衰减振动。（x-t)、(a-t)实测曲线如图2-7所示。 在缓冲阶段,缓冲器对负荷的平均阻力可按下式估算:
M2gH F? （2-24）
(M?m)S
图2-8活塞位移曲线与负载加速度曲线
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图2-9冲击过程分解图
(3) 综合分析:在碰撞阶段产生窄脉冲加速度a(图2-9曲线1);在缓冲阶段产生宽脉冲加速度欢:(图2-9曲线2),整个过程的加速度为a:
与勺矢量合成(图2-9曲线3),冲击加速度波形取决两阶段器速度的波形及其叠加的结果。
2．2．3影响冲击加速度的因素
1、 冲击条件:计算和试验均可得到:台面高度及活塞系统质量增加时,加速度幅值随之增加,而脉宽度相应减小,在其他条件不变的情况下减振胶垫加厚时,加速度幅值减小,脉冲宽度相应增加。装置久停复用,首次冲击其加速度幅值比正常情况要高20%以内。
2、 缓冲器填料情况:正常情况缓冲器充阻尼液为酒精、甘油各50%的混合液,其量应是使活塞伸展至极限位置时,流液孔刚不露出液面为适宜,充气规定为一个大气压(一般应使气体压力P0Ap为缓冲器开始压缩时负荷力的0.1-0.6倍)。当充液充气反常时,对冲击加速度量值和波形均有影响。
3、 缓冲器结构尺寸:其长度、活塞面积、锥形件的锥度、流液孔截面积和形状(R的大小)对冲击加速度均有较大影响。适当调正各因素可以使冲击加速度满
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足要求。
2．3 方案的确定
要想准确的试验出微电子产品的抗摔能力，所设计出来的跌落试验机必须满足以下几点要求：
（1）能够模拟出微电子产品真实跌落的情景，即能够实现微电子产品以任意姿态在指定高度自由落体，不过，根据相关的资料显示，抗摔能力最差的部分是微电子产品的腹部和背部，所以所设计出来的结构只要能够满足微电子产品以躺下的姿态自由落体即可。
（2）能够接住固定有微电子产品的跌落台，防止其反弹后二次撞击冲击台面。我们可以想象微电子产品真实跌落的场景，微电子产品真实跌落时反弹高度是很小的，虽然也会发生二次以及多次碰撞，但是其与第一次碰撞相比是可以忽略不计的，然而本文所设计出来的试验机的跌落台以及冲击平面都是延展性以及韧性相当高的钢材料，碰撞之后必定会发生很大的反弹，在这种情况之下，其反弹后的二次以及多次碰撞就不能够忽略，必须防止，所以本文设计的跌落试验机必须能够防止其反弹后二次撞击冲击台面。
（3）能够准确的测量出冲击加速度、应变率等具有重复性的参数以及冲击次数。评价一个微电子产品抗摔能力主要是看产品摔落时产生的加速度、应变率等重复性良好的参数以及抗摔击次数。
（4）跌落台与冲击平面碰撞时不能有过大的缓冲。如果有太大的缓冲会影响冲击加速度的大小，并且使得冲击次数偏大。
（5）另外本机所测试的微电子产品的尺寸不得超过150mm×150mm。、 根据以上的要求可以很易得知，方案一和方案二都不符合要求，方案一中的多次跌落机无法实现微电子产品在任意指定的高度跌落；方案二中带有缓冲器的跌落机无法避免跌落台二次撞击跌落平台，而且还带有缓冲器，这样可能导致测出的冲击加速度和应变率以及冲击次数这些参数不准确。但是方案一和方案二的原理可以进行借鉴，特别是方案二的结构可以加以改进，使得其满足以上五点要求。
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3 重复性跌落试验机的工作原理以及结构设计
3．1 试验机的工作原理
图 3-1 试验机冲击示意图
如图3-1所示装置模拟的是电子产品在使用或运输过程中最常见的撞击方式——跌落式。跌落式冲击试验机的原理就是将电子产品位置上升到指定的高度后，然后自由释放，试件便沿着轨道或者自由下落，与底部的测试台相碰撞，由于测试台与试件的反作用作用，受到一个瞬间撞击力，并使试件产生方向朝上的冲击加速度。
其运动方程为：
?p??Cx??kx??M?x?0
或者
(o?t??)(t?0,t??) （3-1）
p???2??0x???02(x?kx)?0 （3-2）
式中： M为试件和跌落台的总质量；
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C为粘性阻尼系数；
β为相对阻尼系数，??C/2Mk； k为碰撞平台的刚度；
?0为系统的固有频率，?0?M/K，
一般测试台的阻尼系数很小，一般来讲β≈0，所以方程简化为
p????02(x?kx)?0 （3-2'）
??根据初始条件：当t=0时，x?0,x计算出：
2gH。
????xp2M2k?2gHksin[tMM??0] （3-3）
冲击加速度的幅值为：
a0?g2?2gHkM （3-4）
即冲击加速度与试件的跌落高度、碰撞平台的刚度及试件与冲击台的总重量有关。但当跌落的高度较大时，g(重力加速度)与冲击加速度相比可以忽略不计，因此式(3-4)可以简化为：
a。?
2gHkM （3-5）
由于试件完成了首次冲击后仍有较大的反弹速度，故它在重力的作用下还能进行数次幅值递减的冲击过程。按照先后次序分别称为2次、3次… 次冲击，第2次以后的各次冲击称为次冲击。次冲击的次数、各次冲击的加速度幅值及相邻两脉冲的时间间隔长短取决于试件设定的下落高度H和测试台的恢复系数。试件的各次反弹高度可分别记为：
h2?e2H,h3?e4H...hi?e2(i?1)H （3-6）
因此由式(3-4)可求得出各次冲击加速度幅值为：
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跌落式冲击试验台工作原理分析
