概述
在此研究领域，国外已研制出第三代摆臂式跌落试验机，它能在一台缓冲器上产生多种力脉冲波形，并辅以高度自动化的控制以及数据采集和分析设备。
摆臂式跌落试验机的原理是通过快速旋转托架以达到释放样品并使其自由下落的目的；自由跌落式试验机是使托架产生一个大于自由落体加速度的运动达到产品自由下落或者通过吊钩的释放达到产品自由下落。
试验机由冲击板、提升机构、控制箱、跌落执行机构和试件固定夹具等部分组成。摆臂式跌落试验机结构比自由跌落式跌落试验机复杂，能够准确提升产品高度，冲击瞬间不会产生干扰，能在一台缓冲器上产生多种力脉冲波形且能实现数据采集和分析。
国内已研制完成第二代自由跌落式试验机和摆臂式试验机，后者是国内外设备精细化发展的趋势，我国第三代摆臂式跌落机处于研制阶段。本项目基于摆臂式基本原理实现扩展功能设计，能满足目前对较小产品进行跌落试验任务要求、弥补当前设备功能不足、提高试验精度，同时为数据采集和分析奠定基础。
跌落试验机扩展功能总体结构设计
根据任务需求，获得试验产品相关参数，并以此确定跌落试验机扩展功能机构的适用范围；同时通过文献及实体调研，确定了跌落试验机扩展功能的总体结构设计；根据具体情况，确保跌落试验机扩展功能机构更安全、更方便。一套跌落试验机扩展功能机构主题结构由托板和释放两大部分组成。
托板结构设计
托板分成左右两部分对称结构，长360 mm、宽170 mm、厚20 mm，材料6061，能满足产品尺寸（250 mm×250 mm×250 mm）、重15 kg的需求。为满足圆球类产品平稳放置，托板对称轴心中间设计有深5 mm，直径30 mm半圆球形凹槽；托板两端通过轴座固定在旋转轴上，托板每端使用8个M10的螺钉与轴座进行紧固连接；托板在工作时左右两部分通过旋转轴从中间同时向下翻转。为防止托板在跌落试验时出现左右两部分向下旋转不同步的问题，托板中间设计成齿条形交叉结构。托板右侧部分设计图纸
旋转轴结构设计及强度校核
轴用来固定托板、齿轮、轴承，同时实现托板旋转。根据现有跌落试验机托叉结构尺寸，设计轴长450 mm、粗端直径36 mm、细端直径30 mm，材料45。轴的一端通过B型键安装齿轮，另一端安装托板和轴套；固定托板的轴座布置在轴套两端，轴与轴套间通过轴承连接以实现轴旋转；轴承位于轴套的两端，轴承与轴和轴套间采用过盈配合，轴的结构设计图
旋转轴强度校核
根据使用状态，轴在使用时既产生弯曲变形又产生扭转变形，应使用弯扭组合变形强度校核，校核时按轴的细端直径d=30 mm校核，轴的材料45钢，屈服极限[σ]≥255 Mpa。
轴的质量m1=9.92 kg；
托板质量m2=1.65 kg；
产品最大质量m3=10 kg；
弯矩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
圆截面轴扭转W=πd3/16=5.3×10-6
满足使用要求。
释放机构设计
托板旋转轴另一端设计类似于棘轮机构装置，具有自锁功能。棘轮挡销与电磁铁相连接，释放产品时，电磁铁通电快速吸开棘轮挡销；挡销与棘轮接触的面设计成圆弧面，使挡销与棘轮成线接触，减少摩擦力；齿轮下方设有拉紧弹簧，释放瞬间在弹簧的拉力作用下，托板获得初始加速度，使托板快速向下旋转130 °，使产品不受干涉自由下落，完成跌落试验。
扩展机构与现有托架结合方式
托板安装在原有跌落机托架上。为保证试验过程中，跌落时产品和托板不与现有托架发生碰撞，将扩展功能机构安装于托架下方。跌落试验时，托板向下旋转与现有跌落试验机不发生任何干涉。
紧固方式：扩张装置机构通过U型吊环与现有托架进行吊装连接，吊装点设置在轴套上，轴套上均布3个吊装孔，使用螺钉紧固。
