冲击试验机原理详解

冲击试验机原理详解

冲击试验机的摆锤主要由摆杆和锤头组成，锤头上装有冲击刀，对摆锤要求如下：

1 冲击能量

根据要求，摆锤应具有足够的冲击能量。方法标准中规定，冲击试验机的标准打击能量为300J(±10J)和150J(±10J)。通常使用的试验机，通过更换摆锤改变打击能量。每套摆锤一般在最大打击能量的10% -80%使用，超过上限，试验机刚度不足，低于下限，误差较大，都会影响试验结果。

摆锤势能与标称能量的允许最大相对误差应在±1%之内。对于通常使用的测量摆锤角度的试验机用如下方法进行检测：用测力仪器支承摆杆，测出摆轴轴线到支点的距离L2：，使摆锤重心与摆轴轴线连接的直线水平度在15 /'1000内。测量摆锤的力矩M，用于计算M的力F和长度L2：应测量准确至±0. 2%，摆锤的实际初始势能Ap为：

Ap=M（1-cosa）

为保证冲击能量的指示准确性，应在0%、10%、20%、30%、50%或60%、80%各值检查试验机标度盘标记的分度值，在各位置抬起摆锤测量各升角口，吸收能量.v按如下公式计算：

Av=M（cosp- COSa）

指示能量As与测量值计算出的吸收能量Av的最大允差应在±l%Av或±0.5%Ap，另外，在标称能量Ax的80%～50%范围应满足：

{（As-Av）/Av}X100%<=1%

在标称能量An的50%范围应满足：

{（As-Av）/Av}X100%<=0.5%

2 冲击速度

方法标准中规定，打击瞬间摆锤的冲击速度应在(5. 0～5. 5)m/s范围内。

通常，摆锤冲击速度上述范围内对试样结果影响很小，高于此范围则会产生不同程度影响。冲击速度过高时会使材料增加变脆倾向，导致韧脆转变温度上升，尤其中低强度钢较为敏感。

冲击速度由下式确定：

V=根号下2gl(1-cosa)

式中：l——摆锤轴线至试样中心的距离；

g——自由落体加速度，一般取9.81m/s/；

a——落角。

试验机设计时，通过摆杆长度和落角大小的关系，以达到一定的冲击速度。例如.JB-30B冲击试验机的摆长设计为750 mm，摆锤落角为150。，计算出的冲击速度为j．2m s：摆杆的加长可以提高冲击速度，但降低了刚度，因此在冲击试验机的检验标准中规定-考虑到试验机的能量范围，允许取3 m/s～6m／s范围内的值，但要在报告中注明。

3摩擦吸收的能量

冲击试验机在冲击过程中由摩擦造成的能量损失来自空气阻力、摆轴轴承的摩擦和指针摩擦。在方法标准中规定为被动指针的回零差，其值不超过表盘最小分度值的四分之一。以JB-30B冲击试验机为例，对于300J的能量，分度值为2J/格，则指针回零差不应超过0. 5J。在冲击试验机的检验标准中，规定摩擦引起的全部能量损失(p+p 7)不应超过标称能量A。的0. 5%。

由指针摩擦产生的能量损失p是用在试验机两次空打时测量的角度差或能量差得到的：

j以角度单位读数时：p=M(cosp，- cOsp-)… ．(2-8)

以角度单位读数时：p=Ei-E。…一 ．（?-9）

卢，、p、E，、E!是4次测量的平均值。

空气阻力和轴承摩擦在半周期内引起的能量损失测定如下：

测出p2或E：后将摆锤放置于初始位置释放摆锤，摆动10次半个周期．第11次开始时，把从动针调到标度满量程5%处，记录屈或E。，则空气阻力和轴承摩擦在半周期内引起的能量损失可计算出来。

当度盘以角度标注时

p 7一去M（cosp,/ - cosp!）一 ……一(2—10)

当度盘以能量单位标度时： P一而(E—E：)……． ……一(2-11)

4打击中心至摆轴轴线距离

为了保证打击中心与试样宽度方向上的中心吻合，也就是摆轴轴线至打击中心的距离L，与摆轴轴线至标准试样的中心距离Z一致，在GB/T 3808-2002标准中规定：Z．一0. 995/±0.005/。

当摆锤摆动时，它的全部质量集中于一个点上，此点在锤刃的位置即认为是打击中心。假如打击中心距离Z，与摆轴中心至试样中心距离Z相差较大时，摆杆在打击瞬间就会受到较大弯应力，摆轴则受到较大振动，此时会造成较大能量损失，这个偏差可能由于摆杆长度与钳口位置配合不当或试样宽度与标准试样尺寸不同时引起，

德国标准在DIN 51222中t对打击中心至摆轴轴线距离这一规定进行了详细分析，指出打击中心与摆轴至试样中心距离不一致时会产生较大弯曲，使冲击吸收功不准确。如果打击点正好处于打击中心，当摆锤的摆杆为刚性体时，摆轴一般则不会受到较大的震动。但实际上摆杆不是全刚性体，因此在冲击时摆锤会产生振动，为使摆杆的振动引起的能量减至最小，则应使冲击刀刃的打击点与打击中心吻合，当然对不同结构的摆锤情况是不同的。德国标准说明中介绍了通过改变摆长L而改变冲击刀刃打击点的方法测定产

生弯曲震动的研究工作，冲击瞬间摆锤产生弯曲应力的情况见图2 1 6。

图2 16 摆杆在冲击时的弯曲应力

在图2-16a）中：

1号摆长770 mm；

2号摆长774.5 mm；

3号摆长781: ~-mm;

4号摆长792 mm。

在图2-16b）中：

1号摆长770 mm;

2号摆长767.5 mm;

3号摆长760.j mm;

4号摆长747 mm。

摆轴轴线至打击中心距离均为764.3 mm。在摆杆上部a点、中部b点和下部c点测量打击试样前后摆杆的两个振幅：第一个振幅是摆锤冲击瞬间产生的；第二个振幅是摆锤冲击后产生的。显然，分析打击试样瞬间的振幅最有意义，从图中可以看出，此时摆杆上部和中部向前弯曲，下部向后弯曲，在a和b点产生的弯曲应力方向相同；c点相反。图2-17中表明，在c点处，振幅与摆长关系最大，摆杆越长，c处弯曲愈越小，当摆-长小于摆轴轴线距打击中心距离时，弯曲程度最大。因此认为，锤体实际打击点距打击中心越近，弯曲应力越小。理想的打击点位置显然处于锤体打击中心上方。

图2-17打击中心距离l1恒定时弯曲应力与摆长关系图

打击中心距离Z，与摆轴至试样中心距离Z可通过摆锤摆动周期计算出．使摆锤以不超过5。的角度摆动，测量一个完整周期的时间t(s)，用下式计算出

式中：g-重力加速度，9.81m/s：5

丌2 -取9.87。

测量Z的准确度应在0.1%之内。对于周期约等于2s的摆锤，测量完整摆动100次的时间丁，重复测量3次取平均值，当（t。。一L，）不大于0. 2s时，测量Z的准确度即可满足要求。

5 冲击刀刃与试样水平轴线夹角

为保证冲击时刀刃打击在试样缺口对称面上，标准规定冲击刀刃与试样水平轴线夹角应为90。±2。。检查时，把用薄纸紧包的试样(55 mm×10 mm×10 mm)放在支座上，用包有复写纸的冲击刀刃与试样一次性接触．检查接触线的与试样水平轴线夹角。

更多关于试验机资料，请登录济南凯德仪器有限公司查阅，或联系销售部门索取产品样本或更为详细的技术方案。

    因为专业，所以出众，凯德仪器真诚为您服务！

相关技术文章: 冲击试验机

标签：万能试验机，液压万能试验机，液压式万能试验机，电液伺服万能试验机，电子万能试验机，电子式万能试验机，拉力试验机，弹簧试验机，冲击试验机，疲劳试验机，扭转试验机，弯曲试验机，硬度计, 显微镜，试验机夹具