專利名稱：一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種測試結合面切向動態(tài)特性的裝置，屬于機械設計與制造領域。
背景技術：
機械結構是由許多零部件按一定功能要求結合起來的整體，零部件之間相互結合的表面稱為“結合面”。結合面的存在，使得機械結構變得不再連續(xù)，造成機械結構振動的復雜性。結合面不僅能儲存能量，也能消耗能量，即表現出接觸剛度和接觸阻尼。接觸剛度和接觸阻尼對結構動態(tài)性能影響很大，作用機理非常復雜。影響結合面動態(tài)特性的因素很多， 而且十分復雜，這些因素主要有(1)結合面上的比壓大?。?2)壓力分布的均勻性；(3)結合面的材料；(4)結合面的面積；(5)結合面的加工方法(常用方法車、銑、刨、磨、刮等)；(6)結合面的動載荷性質(切向力、扭矩、彎矩)和大?。?7)接觸表面的幾何形狀誤差和微觀不平度；(8)結合面間的潤滑油性質等。由于影響因素眾多，每個因素的影響程度和規(guī)律又無法以理論解析的方法直接確定，因此只能以實驗為基礎來確定它們的數值。為了系統(tǒng)地研究和探明結合面切向動態(tài)特性與其基本影響因素之間的關系，并掌握結合面動態(tài)基礎特性參數，需要一套完整的測試結合面切向動態(tài)特性的裝置與方法，而目前還沒有有關測試結合面切向動態(tài)特性的裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是設計一套通過力錘激振，使用測試系統(tǒng)獲得加速度信號，并進行模態(tài)分析，得到單位面積結合面動態(tài)特性的測試結合面切向動態(tài)特性的裝置與方法，利用該裝置可獲得各種結合條件(即各種不同的基本影響因素)下結合面切向的動態(tài)特性參數(切向剛度與阻尼)，獲取整體結構的固有特性(模態(tài)振型、固有頻率、阻尼比、頻響函數等)，利用頻響函數辨識出結合面的等效動力學參數。為了實現上述目的，本發(fā)明采取了如下技術方案一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置及方法，包括力錘、左試件2、右試件5、金屬薄片4、加速度傳感器1、動態(tài)應變儀、應變螺栓3、電橋、測試系統(tǒng)和PC機；其特征在于左試件2、右試件5軸線相對放置在同一直線上，一個金屬薄片4放置于左試件2、右試件5接觸處的前面，一個金屬薄片4放置于左試件2、右試件5接觸處的后面，左試件2、右試件5在接觸處附近徑向各開有一螺栓孔，金屬薄片4的左螺栓孔與左試件2的螺栓孔對齊，金屬薄片4的右螺栓孔與右試件5的螺栓孔對齊；兩個應變螺栓3將左試件2、右試件5、金屬薄片4栓接，左試件2、右試件5與金屬薄片4接觸部位形成兩對切向結合面；應變螺栓3是將電阻式應變片嵌入高強螺栓螺桿中的螺栓；應變螺栓3的應變片的外延長導線與電橋連接，電橋通過輸出插頭與動態(tài)應變儀的輸入接口相連接，將應變片的電阻值變化轉變?yōu)殡妷褐底兓?，動態(tài)應變儀的輸出端連接到測試系統(tǒng)的信號采集通道，測試系統(tǒng)通過網線與PC 連接，動態(tài)應變儀與PC相連；力錘、左試件2、右試件5呈直線配置；加速度傳感器1放置在左試件2、右試件5的端部；力錘測試系統(tǒng)的力信號采集通道連接；力錘垂直激勵左試件2 端部，獲取加速度信號和激勵力信號，將各信號通過信號線傳送給測試系統(tǒng)，經過測試系統(tǒng)的處理后傳送至PC機。所述左試件2為長方體。加速度傳感器1通過磁片固定在試件的左右兩端。所述左試件2、右試件5、金屬薄片4的材料采用Q235-Q235或HT250-HT250或 QT600-QT600。所述左試件2、右試件5、金屬薄片4的表面粗糙度為精銑-精銑或磨-磨。所述左試件2、右試件5、金屬薄片4間加30號機械油。所述力錘采用型號為PCB-086C03的模態(tài)力錘；所述加速度傳感器采用型號為 PCB-333B30的加速度傳感器；動態(tài)應變儀采用BZ^68動態(tài)應變儀。本發(fā)明可以取得如下有益效果從實驗裝置(圖1)可看出，測試出來的特性參數僅僅是左、右試件與金屬薄片之間的結合面部分特性，減少了測量的物理量的個數，而且采用的是直接測量法；為了便于對影響結合面動態(tài)特性的各基本影響因素進行研究，本實驗裝置保證試件易于更換、易于定位；由于僅僅是測試左、右試件與金屬薄片之間結合面的切向動態(tài)特性，所以能夠保證結合面動態(tài)特性從實驗裝置系統(tǒng)的動態(tài)特性中較容易分離出來。


圖1是本發(fā)明測試結合面切向動態(tài)特性的結構圖。圖2是圖2所示實施例中左試件的主視圖。(左、右試件相同)圖3是圖2所示實施例中前金屬薄片的主視圖。(前、后金屬薄片相同)圖中1、加速度傳感器，2、左試件，3、應變螺栓，4、金屬薄片，5、右試件。
具體實施例方式以下結合工作原理和結構附圖對測試切向合面動態(tài)特性裝置作進一步的詳細說明。如圖1-4所示，左試件2、右試件5與前后兩個金屬薄片4通過應變螺栓3栓接，應變螺栓3的預緊力轉變?yōu)槁菟▋戎脩兤娮柚档淖兓瑧兟菟?通過外延長導線連接到電橋，電橋通過傳輸線與動態(tài)應變儀相連接，將應變片的電阻值變化轉變?yōu)殡妷褐底兓?動態(tài)應變儀的輸出端通過輸出信號線連接到測試系統(tǒng)的信號采集通道。左試件2、右試件5 與金屬薄片4以平面接觸，應保證左、右試件與金屬薄片螺栓孔的同軸度，同時保證左試件 2與右試件5的端面不發(fā)生接觸。試件安裝好以后用吊繩自由懸掛在人字梯上。
加速度傳感器1分別用磁片吸附在左、右試件的端部，力錘在左試件2的端部做垂直激勵。力錘激勵信號、加速度傳感器的輸出信號通過信號線傳輸到測試系統(tǒng)，數據經過測試系統(tǒng)的處理后輸出送至PC機。使用時，通過動態(tài)應變儀來測量結合面上應變螺栓3預緊力的大小。在用力錘激勵左試件2端部時，應使力錘垂直激勵端部表面，通過力錘中的力傳感器來獲取激勵力的大小，通過試件端部吸附的加速度傳感器1來獲取測試件的加速度信號。獲取不同激勵信號下的響應后，運用頻響函數辨識法即可獲取結合面動態(tài)特性參數。調整試件結合面上應變螺栓3的預緊力大小可多次改變結合面的面壓值，即通過不同面壓來研究結合面切向剛度受面壓的影響。利用本裝置可以做以下幾類實驗(1)在一定的結合條件下(即結合面的面積、粗糙度、加工方式、結合面的材料、結合面之間的介質等一定的情況下)，改變結合面的面壓(即通過改變螺栓預緊力來改變結合面的面壓)，力錘的激勵力的幅值保持穩(wěn)定，來探究結合面面壓的改變對結合面切向剛度的影響。(2)在一定的結合條件下(即結合面的面積、粗糙度、加工方式、結合面之間的介質等不變的情況下)，保持結合面的面壓不變(即對結合面上的應變螺栓施加恒定的預緊力)，改變力錘的激勵力的幅值，來探究不同激振力對結合面切向剛度的影響。(3)保持結合面的面壓不變(即對結合面上的應變螺栓施加恒定的預緊力)，改變結合條件(例如改變結合面的粗糙度，而結合面的面積、加工方式、結合面的材料、結合面之間的介質等不變)，保持力錘的激振力幅值不變，來探究不同結合條件對結合面切向剛度的影響。實驗時，左試件2、右試件5和金屬薄片4可以更換不同類型，可以是如 Q235-Q235、HT250-HT250、QT600-QT600等不同材料，可以是精銑-精銑、磨-磨等不同表面粗糙度。還可以在左試件2、右試件5和金屬薄片4之間加介質，如30號機械油。對結合面切向的動態(tài)特性參數進行識別。將試件中切向結合面部分分別簡化為一組彈簧、阻尼系統(tǒng)，共四組彈簧、阻尼系統(tǒng)。對試件及結合面部分進行動力學建模，由于本發(fā)明中參數識別僅用到試件軸向一階固有頻率與阻尼比，在此固有頻率下，試件做軸向對稱拉壓振動，且中間點為節(jié)點。因此，根據此對稱特性，僅對整體試件左半部分進行動力學建模，建模過程將左試件2簡化為均質彈性桿a，右試件5簡化為均質彈性桿b，彈性桿的長度L、橫截面積A、彈性模量E、單位長度質量μ與桿件相符；將前后薄片及應變螺栓簡化為集中質量塊，集中質量塊質量m為這兩部分質量之和；將左部分前后兩組并聯(lián)彈簧、阻尼系統(tǒng)簡化為一組彈簧、阻尼系統(tǒng)，彈簧系數K、阻尼系數C為上下兩組彈簧系數、阻尼系數之和；將試件中間節(jié)點部分簡化為固支聯(lián)接。于是，對栓接結合部動態(tài)特性參數的識別轉化為對彈簧剛度K，阻尼系數C的識別。識別過程如下對于均勻拉壓桿a，桿b的軸向自由運動牛頓方程分別為EA‘ =μ~
dxdt⑴其中U(x，t)為桿a上坐標χ位置在t時刻的振動位移，μ為桿件單位長度質量。EA為桿件的拉壓剛度，其中E為彈性模量，A為桿件橫截面積。我們將桿振動位移U (X，t)進行位移量與時間量的變量分離得U(x, t) = U(x)eAt (2)將方程⑵代入方程(1)得到
權利要求
1.一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置及方法，包括力錘、左試件O)、右試件(5)、金屬薄片(4)、加速度傳感器(1)、動態(tài)應變儀、應變螺栓C3)、電橋、測試系統(tǒng)和PC機；其特征在于左試件O)、右試件(5)軸線相對放置在同一直線上，一個金屬薄片(4)放置于左試件 O)、右試件( 接觸處的前面，一個金屬薄片(4)放置于左試件O)、右試件( 接觸處的后面，左試件O)、右試件( 在接觸處附近徑向各開有一螺栓孔，金屬薄片(4)的左螺栓孔與左試件( 的螺栓孔對齊，金屬薄片(4)的右螺栓孔與右試件( 的螺栓孔對齊；兩個應變螺栓⑶將左試件⑵、右試件(5)、金屬薄片⑷栓接，左試件(2)、右試件(5)與金屬薄片(4)接觸部位形成兩對切向結合面；應變螺栓C3)是將電阻式應變片嵌入高強螺栓螺桿中的螺栓；應變螺栓(3)的應變片的外延長導線與電橋連接，電橋通過輸出插頭與動態(tài)應變儀的輸入接口相連接，將應變片的電阻值變化轉變?yōu)殡妷褐底兓?，動態(tài)應變儀的輸出端連接到測試系統(tǒng)的信號采集通道，測試系統(tǒng)通過網線與PC連接，動態(tài)應變儀與PC相連 ’力錘、左試件O)、右試件( 呈直線配置；加速度傳感器(1)放置在左試件O)、右試件(5) 的端部；力錘測試系統(tǒng)的力信號采集通道連接；力錘垂直激勵左試件( 端部，獲取加速度信號和激勵力信號，將各信號通過信號線傳送給測試系統(tǒng)，經過測試系統(tǒng)的處理后傳送至 PC機。
2.根據權利要求1所述的一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置，其特征在于所述左試件⑵為長方體。
3.根據權利要求1或2所述的一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置，其特征在于加速度傳感器(1)通過磁片固定在試件的左右兩端。
4.根據權利要求1或2所述的一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置，其特征在于 所述左試件O)、右試件(5)、金屬薄片(4)的材料采用Q235-Q235或HT250-HT250或 QT600-QT600。
5.根據權利要求1或2所述的一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置及方法，其特征在于 所述左試件O)、右試件(5)、金屬薄片的表面粗糙度為精銑-精銑或磨-磨。
6.根據權利要求1或2所述的一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置，其特征在于所述左試件(2)、右試件(5)、金屬薄片(4)間加30號機械油。
7.根據權利要求1或2所述的一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置，其特征在于所述力錘采用型號為PCB-086C03的模態(tài)力錘；所述加速度傳感器采用型號為PCB-333B30的加速度傳感器；動態(tài)應變儀采用BZ^68動態(tài)應變儀。(權利要求之間不要有重復的內容。)
全文摘要
一種測試結合面切向動態(tài)特性裝置，屬于機械設計與制造領域。將力錘通過信號線與測試系統(tǒng)相連接，結合面試件由左試件、右試件及上下金屬薄片組成。桿試件通過兩應變螺栓栓接在上下薄片上，金屬桿試件與金屬薄片接觸部位形成兩對切向結合面。應變螺栓通過電橋連接到動態(tài)應變儀，動態(tài)應變儀與測試系統(tǒng)相連接，另外連接到PC上。在左右試件的兩端對稱布置加速度傳感器，傳感器與測試系統(tǒng)相連接，測試系統(tǒng)將處理后的數據至PC，計算機根據加速度與力信號獲取被測試件的頻響函數，根據頻響函數辨識出左、右試件之間結合面切向動態(tài)特性參數。本發(fā)明解決了結合面處動態(tài)特性難以測試的問題，將結合面切向動態(tài)特性從實驗裝置系統(tǒng)的動態(tài)特性中分離出來。
文檔編號G01M13/00GK102323047SQ20111014302
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權日2011年5月30日
發(fā)明者劉志峰, 李玲, 蔡力鋼, 郭鐵能, 陳中青 申請人:北京工業(yè)大學