專利名稱：一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體公開(kāi)了一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置及方法。
背景技術(shù)：
制造業(yè)對(duì)設(shè)備加工水平的要求越來(lái)越高，如何提高機(jī)械裝備的性能是一個(gè)重要課題。導(dǎo)致機(jī)械裝備加工性能復(fù)雜的一個(gè)因素就是其結(jié)構(gòu)存在各種結(jié)合面，對(duì)機(jī)床而言，結(jié)合面阻尼占整個(gè)機(jī)床阻尼的90%左右，而結(jié)合面接觸剛度占機(jī)床總體剛度的60%-80%。所以，弄清結(jié)合面對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響規(guī)律彌足重要，研究結(jié)合面的法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)即法向接觸剛度和阻尼，是提高制造裝備性能的一個(gè)重要途徑?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)備分析多是采用有限元仿真分析，由于結(jié)合面的剛度、阻尼特性極其復(fù)雜，目前主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法識(shí)別，然后建立包含結(jié)合面擬合單元的有限元模型，再分析有限元模型在各種工況下的動(dòng)態(tài)特性，可大大提高分析效率。所以設(shè)計(jì)能有效識(shí)別結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試裝置是首要任務(wù)，是建立真實(shí)、準(zhǔn)確的有限元模型的基礎(chǔ)。同時(shí)需要在測(cè)試裝置上采集試件多個(gè)位置的位移、加速度等數(shù)據(jù)，作為實(shí)際參照，修正有限元模型，使之盡量準(zhǔn)確，方便后續(xù)分析。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置及方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:—種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置，包括預(yù)緊裝置、支撐鋼架、上墊塊、渦流傳感器、磁性薄吸板、加速度傳感器、力傳感器、激振器、工作臺(tái)、下墊塊、下試件、上試件、渦流位移傳感器支架裝配體，所述的上墊片和下墊片設(shè)于支撐鋼架內(nèi)，預(yù)緊裝置從頂部穿過(guò)支撐鋼架，與上墊片接觸；下墊片放置在支撐鋼架的底部，與上墊片對(duì)應(yīng)；所述的力傳感器穿過(guò)支撐鋼架的底部和下墊片，到達(dá)下墊片的頂部，且力傳感器的底部與激振器相連，激振器和支撐鋼架固定在工作臺(tái)上；所述的下試件、上試件置于上墊塊和下墊塊之間，在上試件、下試件上設(shè)置多個(gè)磁性薄吸板與多個(gè)加速度傳感器，所述的磁性薄吸板的上方或下方設(shè)有渦流傳感器；且渦流傳感器與磁性薄吸板有間隙，所述的渦流傳感器、加速度傳感器、力傳感器分別與信號(hào)處理裝置相連。所述的渦流傳感器由一個(gè)支架裝配體固定，且渦流傳感器通過(guò)螺栓與支架裝配體活動(dòng)連接，所述的支架裝配體固定于工作臺(tái)上。所述的渦流傳感器與位移信號(hào)放大器相連；所述的加速度傳感器與電荷放大器相連；所述的激振器與功率放大器相連，所述的位移信號(hào)放大器、加速度傳感器和功率放大器分別與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀相連，所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀與計(jì)算機(jī)相連。所述的工作臺(tái)為剛性工作臺(tái)，所述的預(yù)緊裝置為預(yù)緊螺栓。在所述的支撐鋼架、激振器、支架裝配體與工作臺(tái)的連接面處設(shè)有橡膠減震材料。所述的結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置的使用方法，包括以下步驟:
(1)首先制備不同材料、不同加工方式、不同表面粗糙度的上試件和下試件；(2)由下至上安裝測(cè)試裝置，先完成激振器在剛性工作臺(tái)上的安裝與固定，然后安裝支撐鋼架，在支撐鋼架內(nèi)由下至上地依次安放下墊塊、下試件、上試件及上墊塊；(3)在上試件、下試件多個(gè)位置布置多個(gè)磁性薄吸板與多個(gè)加速度傳感器，以測(cè)得上下試件多個(gè)位置處的位移、加速度信號(hào)。(4)將渦流傳感器安裝在支架裝配體上，且使渦流傳感器與磁性薄吸板的上方，調(diào)節(jié)渦流傳感器上的螺母以調(diào)整其與所測(cè)磁性薄吸板間距，以便更好測(cè)量；(5)通過(guò)激振器激勵(lì)，同時(shí)記錄各個(gè)傳感器的相應(yīng)信號(hào)；(6)對(duì)各傳感器信號(hào)進(jìn)行后處理，得到法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值。所述的傳感器信號(hào)后處理過(guò)程如下:(1)由信號(hào)系統(tǒng)輸出簡(jiǎn)諧信號(hào)，通過(guò)放大器進(jìn)行功率放大，然后由激振器對(duì)下試件施加簡(jiǎn)諧載荷f(t)；(2)建立測(cè)試裝置中試件及結(jié)合面的動(dòng)力學(xué)模型；將結(jié)合面等效為彈簧阻尼單元，其中Hix為下試件質(zhì)量，Kj為結(jié)合面的等效剛度，Cj為結(jié)合面等效阻尼，δ jU)為結(jié)合面處
位移(其中
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置，包括預(yù)緊裝置、支撐鋼架、上墊塊、渦流傳感器、磁性薄吸板、加速度傳感器、力傳感器、激振器、工作臺(tái)、下墊塊、下試件、上試件、渦流位移傳感器支架裝配體，其特征在于:所述的上墊片和下墊片設(shè)于支撐鋼架內(nèi)，預(yù)緊裝置從頂部穿過(guò)支撐鋼架，與上墊片接觸；下墊片放置在支撐鋼架的底部，與上墊片對(duì)應(yīng)；所述的力傳感器穿過(guò)支撐鋼架的底部和下墊片，到達(dá)下墊片的頂部，且力傳感器的底部與激振器相連，激振器和支撐鋼架固定在工作臺(tái)上；所述的下試件、上試件置于上墊塊和下墊塊之間，在上試件、下試件上設(shè)置多個(gè)磁性薄吸板與多個(gè)加速度傳感器，所述的磁性薄吸板的上方或下方設(shè)有渦流傳感器；且渦流傳感器與磁性薄吸板有間隙，所述的渦流傳感器、加速度傳感器、力傳感器分別與信號(hào)處理裝置相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述的渦流傳感器由一個(gè)支架裝配體固定，且渦流傳感器通過(guò)螺栓與支架裝配體活動(dòng)連接，所述的支架裝配體固定于工作臺(tái)上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述的渦流傳感器與位移信號(hào)放大器相連；所述的加速度傳感器與電荷放大器相連；所述的激振器與功率放大器相連，所述的位移信號(hào)放大器、加速度傳感器和功率放大器分別與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀相連，所述的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀與計(jì)算機(jī)相連。
4.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:所述的工作臺(tái)為剛性工作臺(tái)，所述的預(yù)緊裝置為預(yù)緊螺栓。
5.如權(quán)利要求1所述的一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于:在所述的支撐鋼架、激振器、支架裝配體與工作臺(tái)的連接面處設(shè)有橡膠減震材料層。
6.如權(quán)利要求1所述的結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置的使用方法，其特征在于:包括以下步驟: (O首先制備不同材料、不同加工方式、不同表面粗糙度的上試件和下試件； (2)由下至上安裝測(cè)試裝置，先完成激振器在剛性工作臺(tái)上的安裝與固定，然后安裝支撐鋼架，在支撐鋼架內(nèi)由下至上地依次安放下墊塊、下試件、上試件及上墊塊； (3)在上試件、下試件多個(gè)位置布置多個(gè)磁性薄吸板與多個(gè)加速度傳感器，以測(cè)得上下試件多個(gè)位置處的位移、加速度信號(hào)； (4)將渦流傳感器安裝在支架裝配體上，且使渦流傳感器與磁性薄吸板的上方，調(diào)節(jié)渦流傳感器上的螺母以調(diào)整其與所測(cè)磁性薄吸板間距，以便更好測(cè)量； (5)通過(guò)激振器激勵(lì)，同時(shí)記錄各個(gè)傳感器的相應(yīng)信號(hào)； (6)對(duì)各傳感器信號(hào)進(jìn)行后處理，得到法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值。
7.如權(quán)利要求6所述的結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置的使用方法，其特征在于:所述的傳感器信號(hào)后處理過(guò)程如下: (1)由信號(hào)系統(tǒng)輸出簡(jiǎn)諧信號(hào)，通過(guò)放大器進(jìn)行功率放大，然后由激振器對(duì)下試件施加簡(jiǎn)諧載荷f(t)； (2)建立測(cè)試裝置中試件及結(jié)合面的動(dòng)力學(xué)模型；將結(jié)合面等效為彈簧阻尼單元，其中mx為下試件質(zhì)量，Kj為結(jié)合面的等效剛度，Cj為結(jié)合面等效阻尼，δ j(t)為結(jié)合面處位移，其中4(0 = ^^^,即取兩個(gè)結(jié)合面處所測(cè)位移值的平均值，(t)為吸附在下試件表征結(jié)合面位移的磁性吸板位移量；δ (t)為吸附在下試件表征結(jié)合面位移的磁性吸板位移量；f(t)為激振器所施加在下試件上的簡(jiǎn)諧激振力，f」(t)為等效到結(jié)合面處的簡(jiǎn)諧力，下試件與結(jié)合面共同組成了二階線性有阻尼質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)； 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為:
全文摘要
本發(fā)明具體公開(kāi)了一種結(jié)合面法向動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試裝置及方法，上墊片和下墊片設(shè)于支撐鋼架內(nèi)，預(yù)緊裝置從頂部穿過(guò)支撐鋼架，與上墊片接觸；下墊片放置在支撐鋼架的底部，與上墊片對(duì)應(yīng)；所述的力傳感器穿過(guò)支撐鋼架的底部和下墊片，到達(dá)下墊片的頂部，且力傳感器的底部與激振器相連，激振器和支撐鋼架固定在工作臺(tái)上；所述的下試件、上試件置于上墊塊和下墊塊之間，在上墊塊、上試件、下試件、下墊塊彼此的接觸面處連接有磁性薄吸板，所述的磁性薄吸板的上方或下方設(shè)有渦流傳感器；且渦流傳感器與磁性薄吸板有間隙，在上試件、下試件的外表面還設(shè)有加速度傳感器，所述的渦流傳感器、加速度傳感器、力傳感器分別與信號(hào)處理裝置相連。
文檔編號(hào)G01M7/02GK103149002SQ20131004571
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者張松, 趙濱, 張慶, 趙斌, 趙國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:山東大學(xué)