一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置及測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，包括試驗(yàn)臺(tái)架、加載設(shè)備、套筒式機(jī)構(gòu)與測(cè)試設(shè)備；套筒式機(jī)構(gòu)外筒通過(guò)轉(zhuǎn)接工裝固定于試驗(yàn)臺(tái)架上；機(jī)電式加載裝置通過(guò)鋼絲繩、拉力傳感器與套筒式機(jī)構(gòu)內(nèi)筒連接，向套筒式機(jī)構(gòu)施加軸向載荷。套筒式機(jī)構(gòu)內(nèi)筒前端通過(guò)節(jié)配重施加橫向載荷。拉力傳感器測(cè)量加載裝置施加的水平拉力；配重前端安裝低頻加速度傳感器，測(cè)量配重的擺動(dòng)加速度以及其引起的附加拉力；拉繩位移傳感器測(cè)量?jī)?nèi)筒水平滑動(dòng)位移，并在外筒不同位置處粘貼應(yīng)變片監(jiān)測(cè)內(nèi)筒滑動(dòng)過(guò)程中外筒的變形情況。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為：使用便捷、操作方便、性能穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高、適用范圍廣等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及靜態(tài)和滑動(dòng)摩擦力測(cè)量領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種套筒式機(jī)構(gòu)在橫向載荷作用下的靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置和測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靜態(tài)和滑動(dòng)摩擦力廣泛存在于汽車、航空、航天等工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械連接中，是在靜動(dòng)力學(xué)理論研究、數(shù)值仿真分析中獲得精確結(jié)果的重要因素，同時(shí)也是影響試驗(yàn)結(jié)果的重要因子。由于摩擦產(chǎn)生機(jī)理還未完全明確，較難從理論上分析獲得大型機(jī)構(gòu)的摩擦力，因此試驗(yàn)是獲得靜、動(dòng)摩擦力的常用方法之一。套筒式機(jī)構(gòu)是一種常用的作動(dòng)裝置，在使用過(guò)程中不可避免的存在橫向載荷作用，因此針對(duì)套筒式機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一種在橫向載荷作用下操作方便、性能穩(wěn)定可靠、適用范圍廣的摩擦力測(cè)試裝置具重要的工程價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。目前為止，摩擦力測(cè)試裝置有彈簧測(cè)力計(jì)-滑動(dòng)板式簡(jiǎn)易裝置、測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)氣/油缸活塞與缸壁之間摩擦力的復(fù)雜裝置等，然而國(guó)內(nèi)目前還未出現(xiàn)針對(duì)大型套筒式結(jié)構(gòu)在橫向載荷作用下靜態(tài)、動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，且對(duì)于套筒式機(jī)構(gòu)上述簡(jiǎn)易裝置和復(fù)雜裝置存在如下一些弊端:
[0003](I)簡(jiǎn)易測(cè)試裝置難以保證勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0004](2)簡(jiǎn)易測(cè)試裝置難以保證內(nèi)外筒之間不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，也難以保證拉力方向、內(nèi)外筒軸線處于同一水平線上
[0005](3)對(duì)于套筒式機(jī)構(gòu)，上述測(cè)試裝置難以測(cè)試其在橫向載荷作用下內(nèi)外筒之間的摩擦力；
[0006](4)對(duì)于套筒式機(jī)構(gòu)，上述測(cè)試裝置難以測(cè)試得到靜、動(dòng)摩擦力隨內(nèi)外筒相對(duì)位移的變化規(guī)律。
[0007]因此可以看出，這些方法均不適用于測(cè)試套筒式機(jī)構(gòu)在橫向載荷作用下的靜、動(dòng)摩擦力，開(kāi)發(fā)一種新型套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)、動(dòng)變摩擦力的測(cè)量系統(tǒng)是非常必要的
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置和測(cè)試方法，為理論分析和工程應(yīng)用提供可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。
[0009]本發(fā)明一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，包括試驗(yàn)臺(tái)架、加載設(shè)備、套筒式機(jī)構(gòu)與測(cè)試設(shè)備。
[0010]所述試驗(yàn)臺(tái)架前部設(shè)置有加載設(shè)備、中部安裝有身部支撐組件、后部安裝有末端連接組件。套筒式機(jī)構(gòu)為具有內(nèi)套筒與外套筒嵌套安裝的雙層結(jié)構(gòu)套筒；外套筒身部通過(guò)身部支撐組件支撐；外套筒末端與末端連接組件相連，通過(guò)末端連接組件支撐。
[0011]所述加載設(shè)備包括機(jī)電式加載裝置、鋼絲繩、配重與轉(zhuǎn)接頭。其中，機(jī)電式加載裝置包括低速電機(jī)、階梯軸、聯(lián)軸器、一對(duì)軸承及軸承座；低速電機(jī)通過(guò)電機(jī)支撐座固定在底板A上；一對(duì)軸承通過(guò)軸承座安裝在底板A上；階梯軸與一對(duì)軸承配合安裝，階梯軸一端通過(guò)聯(lián)軸器與低速電機(jī)的輸出軸同軸相連；鋼絲繩纏繞在階梯軸上，一端與階梯軸固定，另一端與測(cè)試設(shè)備中的拉力傳感器相連；拉力傳感器固定安裝在轉(zhuǎn)接頭的前端面上，轉(zhuǎn)接頭后端與套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒端面固連；同時(shí)轉(zhuǎn)接頭上還通過(guò)連桿吊裝有配重。
[0012]所述測(cè)試設(shè)備包括低拉力傳感器、頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器、應(yīng)變片、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集儀與測(cè)試計(jì)算機(jī)。拉力傳感器用來(lái)測(cè)量機(jī)電式加載裝置對(duì)套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒施加的水平拉力。低頻加速度傳感器用來(lái)測(cè)量配重?cái)[動(dòng)所引起的加速度信號(hào)；拉繩位移傳感器用來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)套筒水平滑動(dòng)的位移。套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒側(cè)壁上，位于外套筒的前端、中部、與末端處，各在上下位置粘貼一片應(yīng)變片，分別用于監(jiān)測(cè)當(dāng)套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒相對(duì)于外套筒滑動(dòng)時(shí)，外套筒上下表面的變形。數(shù)據(jù)采集儀與拉力傳感器、低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器相連，用來(lái)采集拉力傳感器、低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器測(cè)得的拉力信號(hào)、加速度信號(hào)與位移信號(hào)，并傳輸?shù)綔y(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理，即可獲得內(nèi)套筒與外套筒間的靜態(tài)和滑動(dòng)摩擦阻力值。同時(shí)各應(yīng)變片與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀將各應(yīng)變片的電壓信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集儀和測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒上下表面變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0013]基于一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn):
[0014]步驟一:在地基上設(shè)置試驗(yàn)臺(tái)架，并在試驗(yàn)臺(tái)架上安裝身部支撐組件與末端連接組件。
[0015]步驟二:將套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒左端通過(guò)身部支撐組件支撐固定；外套筒的末端通過(guò)末端連接組件連接支撐定位；使內(nèi)套筒與外套筒的軸線水平；并在內(nèi)套筒前端端部安裝轉(zhuǎn)接頭。
[0016]步驟三:在試驗(yàn)臺(tái)架上安裝機(jī)電式加載裝置，在轉(zhuǎn)接頭前端面安裝拉力傳感器，并通過(guò)鋼絲繩將機(jī)電式加載裝置與拉力傳感器連接；使鋼絲繩與套筒式機(jī)構(gòu)軸線同軸，且在同一水平面上垂直于加載裝置的軸線。
[0017]步驟四:在套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒側(cè)壁上，位于外套筒的前端、中部、與末端處，各在上下位置粘貼一個(gè)應(yīng)變片，上下表面均布粘貼六塊應(yīng)變片，并與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接；在轉(zhuǎn)接頭上吊裝配重；同時(shí)安裝低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器。
[0018]步驟五:將拉力傳感器、低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接于數(shù)據(jù)采集儀和測(cè)試計(jì)算機(jī)。
[0019]步驟六:開(kāi)啟套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，利用測(cè)試計(jì)算機(jī)記錄存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，包括拉力傳感器測(cè)得的套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒所受水平拉力信號(hào)；低頻加速度傳感器測(cè)得的配重?cái)[動(dòng)所引起的加速度信號(hào)；拉繩位移傳感器測(cè)得的套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒水平滑動(dòng)的位移信號(hào)。
[0020]步驟七:關(guān)閉套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得各傳感器的時(shí)間歷程曲線、靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力隨套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒位移的變化曲線。
[0021]步驟八:返回執(zhí)行步驟6與7，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0023]1、本發(fā)明測(cè)試裝置能測(cè)試得到套筒式機(jī)構(gòu)在橫向載荷作用下的靜態(tài)摩擦力和滑動(dòng)摩擦力隨內(nèi)外筒相對(duì)位移的變化規(guī)律，且易于調(diào)節(jié)橫向載荷作用、拉伸位移，拉伸速度等;
[0024]2、本發(fā)明測(cè)試裝置中外筒易于安裝固定，內(nèi)外筒之間不會(huì)發(fā)生繞軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0025]3、本發(fā)明測(cè)試裝置易于通過(guò)調(diào)整工裝，以保證拉力方向與內(nèi)外筒軸線同軸，且與加載裝置的軸線在同一水平面內(nèi)相互垂直；
[0026]4、本發(fā)明中機(jī)電式加載裝置易于實(shí)現(xiàn)水平緩慢勻速加載，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠；
[0027]5、本發(fā)明測(cè)試裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用便捷、測(cè)試誤差小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置中身部支撐組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置中末端連接組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為本發(fā)明套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置中機(jī)電式加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中:
[0033]1-試驗(yàn)臺(tái)架2-身部支撐組件3-末端連接組件
[0034]4-加載設(shè)備5-套筒式機(jī)構(gòu)6-測(cè)試設(shè)備
[0035]101-固定臺(tái)架102-安裝底板103-側(cè)向支撐座
[0036]201-斜支撐支座202-斜支撐件203-連接面
[0037]204-支撐面205-安裝面301-法蘭盤底座
[0038]302-連接法蘭盤303-連接板401-機(jī)電式加載裝置
[0039]402-鋼絲繩403-配重404-轉(zhuǎn)接頭
[0040]405-低速電機(jī)406-階梯軸407-聯(lián)軸器
[0041]408-軸承409-軸承座501-內(nèi)套筒
[0042]502-外套筒601-拉力傳感器602-低頻加速度傳感器
[0043]603-拉繩位移傳感器604-應(yīng)變片605-動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀
[0044]606-數(shù)據(jù)采集儀607-測(cè)試計(jì)算機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0046]—種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，包括試驗(yàn)臺(tái)架、身部支撐組件2、末端連接組件3、加載設(shè)備4、套筒式機(jī)構(gòu)5與測(cè)試設(shè)備6，如圖1所示。
[0047]所述試驗(yàn)臺(tái)架包括固定臺(tái)架101與安裝底板102。其中，固定臺(tái)架101為3個(gè)，采用立式剛性固定臺(tái)架101。令3個(gè)固定臺(tái)架101分別為前固定臺(tái)架101、中固定臺(tái)架101與后固定臺(tái)架101，則3個(gè)固定臺(tái)架101由前至后并排剛性固定于地基之上。前固定臺(tái)架101、中固定臺(tái)架101與后固定臺(tái)架101上表面分別各安裝有一塊安裝底板102，令分別為安裝底板102A、安裝底板102B與安裝底板102C，并保證安裝底板102A、安裝底板102B與安裝底板102C上表面呈水平設(shè)置。安裝底板102A上采用剛性連接方式安裝加載設(shè)備4中的機(jī)電式加載裝置401 ;安裝底板102A與前固定臺(tái)間還通過(guò)側(cè)向支撐座103相連,通過(guò)側(cè)向支撐座103來(lái)加強(qiáng)安裝底板102A的彎曲剛度，以保證機(jī)電式加載裝置401的固支邊界條件。安裝底板102B與安裝底板102C上分別安裝有身部支撐組件2與末端連接組件3，分別用來(lái)對(duì)套筒是機(jī)構(gòu)中外套筒502身部與外套筒502末端進(jìn)行定位及支撐，實(shí)現(xiàn)套筒式機(jī)構(gòu)5的安裝。所述的套筒式機(jī)構(gòu)5為具有內(nèi)套筒501與外套筒502嵌套安裝的雙層結(jié)構(gòu)套筒，如:飛機(jī)起落架的緩沖器、液壓阻尼器等。
[0048]本發(fā)明中身部支撐組件2采用兩套斜支撐結(jié)構(gòu)，左右對(duì)稱安裝在安裝底板102B上，如圖2所示。其中，每套斜支撐結(jié)構(gòu)分別由斜支撐支座201與斜支撐件202構(gòu)成。斜支撐支座201底面固定于安裝底板102B上，斜支撐支座201的內(nèi)側(cè)面作為連接斜支撐件202的連接面203，為向后傾斜的斜面。斜支撐件202具有一個(gè)支撐面204與一個(gè)安裝面205 ；且支撐面204為弧面，安裝面205為向前傾斜的斜面。上述結(jié)構(gòu)斜支撐件202通過(guò)自身的安裝面205與斜支撐支座201的內(nèi)側(cè)面貼合固定；固定后保證兩套斜支撐結(jié)構(gòu)中斜支撐件202中支撐面204相對(duì)，且兩套斜支撐結(jié)構(gòu)中支撐面204的弧度所對(duì)應(yīng)圓的軸線與水平面平行，直徑等于套筒式機(jī)構(gòu)5中外套筒502的外徑，通過(guò)將套筒式機(jī)構(gòu)5中外套筒502身部配合設(shè)置在兩套斜支撐組件中斜支撐件202的支撐面204間，通過(guò)螺栓固定，實(shí)現(xiàn)套筒式機(jī)構(gòu)5中外套筒502身部的支撐與定位。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)斜支撐結(jié)構(gòu)可保證身部支撐組件2的剛度；斜支撐支座201與斜支撐件202間采用斜面相接的方式，實(shí)現(xiàn)采用一套工裝即可抵消水平力和垂直力的作用。上述兩套斜支撐結(jié)構(gòu)在安裝底板102B上的間距可調(diào)，以此適應(yīng)不同外徑外套筒502的套筒式機(jī)構(gòu)5安裝。
[0049]所述末端連接組件3采用法蘭連接結(jié)構(gòu)，包括法蘭盤底座301與連接法蘭盤302，如圖3所示。其中，連接法蘭盤302向后傾斜設(shè)置，底面與法蘭盤底座301頂部設(shè)計(jì)斜面配合固定。連接法蘭盤302內(nèi)側(cè)面上安裝有兩塊相互平行垂直于水平面的連接板303由此通過(guò)在套筒式機(jī)構(gòu)5中外套筒502末端端面上設(shè)計(jì)安裝板，將安裝板插入兩塊連接板303間，通過(guò)螺栓固定，實(shí)現(xiàn)套筒式機(jī)構(gòu)5中外套筒502末端的支撐與定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)套筒式機(jī)構(gòu)5的整體支撐與定位。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)末端連接組件3，可確保試驗(yàn)對(duì)象不會(huì)發(fā)生繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿軸向上的滑動(dòng)；連接法蘭盤302傾斜設(shè)置，與連接法蘭盤302間采用斜面相接的方式，同樣實(shí)現(xiàn)了采用一套工裝即可抵消水平力和垂直力的作用，且上述結(jié)構(gòu)中，需通過(guò)調(diào)整工裝，以保證套筒式機(jī)構(gòu)5的內(nèi)套筒501與外套套筒的軸線與水平面平行。
[0050]所述加載設(shè)備4包括機(jī)電式加載裝置401、鋼絲繩402、配重403與轉(zhuǎn)接頭404。其中，機(jī)電式加載裝置401包括低速電機(jī)405、階梯軸406、聯(lián)軸器407、一對(duì)軸承408及軸承座409，如圖4所示。低速電機(jī)405通過(guò)電機(jī)支撐座固定在安裝底板102A上；一對(duì)軸承408通過(guò)軸承座409安裝在安裝底板102A上。階梯軸406與一對(duì)軸承408配合安裝，階梯軸406一端通過(guò)聯(lián)軸器407與低速電機(jī)405的輸出軸同軸相連。鋼絲繩402纏繞在階梯軸406上，一端與階梯軸406固定,另一端與測(cè)試設(shè)備6中的拉力傳感器601相連；拉力傳感器601固定安裝在轉(zhuǎn)接頭404的前端面上，轉(zhuǎn)接頭404后端與套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501端面固連；同時(shí)轉(zhuǎn)接頭404上還通過(guò)連桿吊裝有配重403。上述結(jié)構(gòu)中，通過(guò)調(diào)整工裝，需確保當(dāng)使用機(jī)電式加載裝置401拉動(dòng)鋼絲繩402時(shí)，拉力方向沿套筒式機(jī)構(gòu)5的軸線方向，且使拉力方向與機(jī)電式加載裝置401的軸線方向在同一水平面內(nèi)相互垂直。由此，通過(guò)低速電機(jī)405驅(qū)動(dòng)階梯軸406轉(zhuǎn)動(dòng),使鋼絲繩402在階梯軸406上纏繞,進(jìn)而通過(guò)鋼絲繩402帶動(dòng)拉力傳感器601拉動(dòng)套筒式機(jī)構(gòu)5，對(duì)套筒式機(jī)構(gòu)5施加水平拉力，進(jìn)而通過(guò)低速電機(jī)405的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得套筒式機(jī)構(gòu)5的內(nèi)套筒501由鋼絲繩402牽拉緩慢勻速水平前移。所述拉力傳感器601測(cè)量水平拉力信號(hào)。同時(shí)，通過(guò)配重403對(duì)套筒式機(jī)構(gòu)5施加橫向載荷。
[0051]所述測(cè)試設(shè)備6包括低拉力傳感器601、頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器603、應(yīng)變片604、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀605、數(shù)據(jù)采集儀606與測(cè)試計(jì)算機(jī)607。拉力傳感器601用來(lái)測(cè)量機(jī)電式加載裝置401對(duì)套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501施加的水平拉力。低頻加速度傳感器602安裝于配重403上，位于配重403質(zhì)心所在水平面前端，用來(lái)測(cè)量配重403擺動(dòng)所引起的加速度信號(hào)。拉繩位移傳感器603剛性安裝于安裝底板102B上，位于鋼絲繩402與套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501前端連接位置處，位移傳感器的測(cè)量端與加載設(shè)備4中吊裝配重403的連桿或轉(zhuǎn)接頭404相連，用來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)套筒501水平滑動(dòng)的位移。套筒式機(jī)構(gòu)5的外套筒502側(cè)壁上，位于外套筒502的前端、中部、與末端處，各在上下位置粘貼一片應(yīng)變片604，分別用于監(jiān)測(cè)當(dāng)套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501相對(duì)于外套筒502滑動(dòng)時(shí)，外套筒502上下表面的變形，以確保套筒式機(jī)構(gòu)5不致破壞以及試驗(yàn)的安全性。數(shù)據(jù)采集儀606與拉力傳感器601、低頻加速度傳感器602、拉繩位移傳感器603相連，用來(lái)采集拉力傳感器601、低頻加速度傳感器602、拉繩位移傳感器603測(cè)得的拉力信號(hào)、加速度信號(hào)與位移信號(hào)，并傳輸?shù)綔y(cè)試計(jì)算機(jī)607進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)607進(jìn)行計(jì)算處理，即可獲得內(nèi)套筒501與外套筒502間的靜態(tài)和滑動(dòng)摩擦阻力值。同時(shí)各應(yīng)變片604與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀605連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀605將各應(yīng)變片604的電壓信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集儀606和測(cè)試計(jì)算機(jī)607進(jìn)行采集存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中套筒式機(jī)構(gòu)5的外套筒502上下表面變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)測(cè)量配重403的加速度和測(cè)量動(dòng)態(tài)拉伸位移，通過(guò)調(diào)節(jié)配重403的大小，以及內(nèi)套筒501的拉伸位移，可獲得不同橫向載荷工況下內(nèi)套筒501與外套筒502間的靜態(tài)摩擦力和滑動(dòng)摩擦力隨拉伸位移的變化趨勢(shì)，為套筒式機(jī)構(gòu)5的靜動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)分析、工程應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。
[0052]基于上述套筒式機(jī)構(gòu)5靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn):
[0053]步驟一:在地基上由前至后安裝三個(gè)固定臺(tái)架101，各固定臺(tái)架101頂端分別安裝一個(gè)安裝底板102，保證三個(gè)安裝底板102上表面水平；并在中部固定臺(tái)架101與后部固定臺(tái)架101頂端安裝底板102上安裝身部支撐組件與末端連接組件。
[0054]步驟二:將套筒式機(jī)構(gòu)5的外套筒502左端通過(guò)身部支撐組件2安裝在中部固定臺(tái)架101的安裝底板102上；外套筒502的末端通過(guò)末端連接組件3安裝在后部固定臺(tái)架101的安裝底板102上；在內(nèi)套筒501前端端部安裝轉(zhuǎn)接頭404。調(diào)整工裝，使內(nèi)套筒501與外套筒502的軸線水平。
[0055]步驟三:在前部固定臺(tái)架101頂端安裝底板102上安裝機(jī)電式加載裝置401，在轉(zhuǎn)接頭404前端面安裝拉力傳感器601，并通過(guò)鋼絲繩402將機(jī)電式加載裝置401與拉力傳感器601連接；調(diào)整工裝使鋼絲繩402與套筒式機(jī)構(gòu)5軸線同軸，且在同一水平面上垂直于加載裝置的軸線。
[0056]步驟四:在套筒式機(jī)構(gòu)5的外套筒502側(cè)壁上，位于外套筒502的前端、中部、與末端處，各在上下位置粘貼一個(gè)應(yīng)變片604，上下表面均布粘貼六塊應(yīng)變片604，并與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀605連接；在轉(zhuǎn)接頭404上吊裝配重403，并在配重403質(zhì)心所在水平面前端安裝低頻加速度傳感器602 ;中部固定臺(tái)架101的安裝底板102上，位于鋼絲繩402與套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501前端連接位置處，安裝拉繩位移傳感器603。
[0057]步驟五:將拉力傳感器601、低頻加速度傳感器602、拉繩位移傳感器603和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀605連接于數(shù)據(jù)采集儀606和測(cè)試計(jì)算機(jī)607，調(diào)試設(shè)備使得信號(hào)有效可靠；
[0058]步驟六:開(kāi)啟測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試，利用測(cè)試計(jì)算機(jī)607記錄存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，包括拉力傳感器601測(cè)得的套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501所受水平拉力信號(hào)；低頻加速度傳感器602測(cè)得的配重403擺動(dòng)所引起的加速度信號(hào)；拉繩位移傳感器603測(cè)得的套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501水平滑動(dòng)的位移信號(hào)。
[0059]步驟七:關(guān)閉測(cè)試裝置，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)607對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得各傳感器的時(shí)間歷程曲線、靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力隨套筒式機(jī)構(gòu)5中內(nèi)套筒501位移的變化曲線；
[0060]步驟八:返回重復(fù)執(zhí)行步驟6與7，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性。
【權(quán)利要求】
1.一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:包括試驗(yàn)臺(tái)架、加載設(shè)備、套筒式機(jī)構(gòu)與測(cè)試設(shè)備； 所述試驗(yàn)臺(tái)架前部設(shè)置有加載設(shè)備、中部安裝有身部支撐組件、后部安裝有末端連接組件；套筒式機(jī)構(gòu)為具有內(nèi)套筒與外套筒嵌套安裝的雙層結(jié)構(gòu)套筒；外套筒身部通過(guò)身部支撐組件支撐；外套筒末端與末端連接組件相連，通過(guò)末端連接組件支撐； 所述加載設(shè)備包括機(jī)電式加載裝置、鋼絲繩、配重與轉(zhuǎn)接頭；其中，機(jī)電式加載裝置包括低速電機(jī)、階梯軸、聯(lián)軸器、一對(duì)軸承及軸承座；低速電機(jī)通過(guò)電機(jī)支撐座固定在底板A上；一對(duì)軸承通過(guò)軸承座安裝在底板A上；階梯軸與一對(duì)軸承配合安裝，階梯軸一端通過(guò)聯(lián)軸器與低速電機(jī)的輸出軸同軸相連；鋼絲繩纏繞在階梯軸上，一端與階梯軸固定，另一端與測(cè)試設(shè)備中的拉力傳感器相連；拉力傳感器固定安裝在轉(zhuǎn)接頭的前端面上，轉(zhuǎn)接頭后端與套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒端面固連；同時(shí)轉(zhuǎn)接頭上還通過(guò)連桿吊裝有配重； 所述測(cè)試設(shè)備包括低拉力傳感器、頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器、應(yīng)變片、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集儀與測(cè)試計(jì)算機(jī)；拉力傳感器用來(lái)測(cè)量機(jī)電式加載裝置對(duì)套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒施加的水平拉力；低頻加速度傳感器用來(lái)測(cè)量配重?cái)[動(dòng)所引起的加速度信號(hào)；拉繩位移傳感器用來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)套筒水平滑動(dòng)的位移；套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒側(cè)壁上粘貼應(yīng)變片，用于監(jiān)測(cè)當(dāng)套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒相對(duì)于外套筒滑動(dòng)時(shí)，外套筒上下表面的變形；數(shù)據(jù)采集儀與拉力傳感器、低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器相連，用來(lái)采集拉力傳感器、低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器測(cè)得的拉力信號(hào)、加速度信號(hào)與位移信號(hào)，并傳輸?shù)綔y(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理，即可獲得內(nèi)套筒與外套筒間的靜態(tài)和滑動(dòng)摩擦阻力值；同時(shí)各應(yīng)變片與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀將各應(yīng)變片的電壓信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集儀和測(cè)試計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒上下表面變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述試驗(yàn)臺(tái)架包括3個(gè)固定臺(tái)架與3塊安裝底板；其中，3個(gè)固定臺(tái)架由前至后并排設(shè)置；3個(gè)固定臺(tái)架頂面分別水平安裝一塊安裝底板；加載設(shè)備、身部支撐組件與末端連接組件分別安裝在立式剛性結(jié)構(gòu)的前部固定臺(tái)架、中部固定臺(tái)架與后部固定臺(tái)架頂端設(shè)置的安裝底板上。
3.如權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述套筒式機(jī)構(gòu)的內(nèi)套筒與外套筒的軸線與水平面平行。
4.如權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述機(jī)電式加載裝置拉動(dòng)鋼絲繩時(shí)，拉力方向沿套筒式機(jī)構(gòu)的軸線方向，且使拉力方向與機(jī)電式加載裝置的軸線方向在同一水平面內(nèi)相互垂直。
5.如權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述低頻加速度傳感器安裝于配重上，位于配重質(zhì)心所在水平面前端。
6.如權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述應(yīng)變片位于外套筒的前端、中部、與末端上下位置處。
7.如權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述身部支撐組件采用兩套斜支撐結(jié)構(gòu)，左右對(duì)稱設(shè)置；其中，每套斜支撐結(jié)構(gòu)分別由斜支撐支座與斜支撐件構(gòu)成；斜支撐支座底面固定于試驗(yàn)臺(tái)架上，斜支撐支座的內(nèi)側(cè)面作為連接斜支撐件的連接面，為向后傾斜的斜面；斜支撐件具有一個(gè)支撐面與一個(gè)安裝面；且支撐面為弧面，安裝面為向前傾斜的斜面；上述結(jié)構(gòu)斜支撐件通過(guò)自身的安裝面與斜支撐支座的內(nèi)側(cè)面貼合固定；固定后保證兩套斜支撐結(jié)構(gòu)中斜支撐件中支撐面相對(duì)，且兩套斜支撐結(jié)構(gòu)中支撐面的弧度所對(duì)應(yīng)圓的軸線與水平面平行，直徑等于套筒式機(jī)構(gòu)中外套筒的外徑，通過(guò)將套筒式機(jī)構(gòu)中外套筒身部配合設(shè)置在兩套斜支撐組件中斜支撐件的支撐面間，通過(guò)螺栓固定，實(shí)現(xiàn)套筒式機(jī)構(gòu)中外套筒身部的支撐與定位。
8.如權(quán)利要求4所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述兩套斜支撐結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)臺(tái)架上的間距可調(diào)。
9.如權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，其特征在于:所述末端連接組件采用法蘭連接結(jié)構(gòu)，包括法蘭盤底座與連接法蘭盤；其中，連接法蘭盤向后傾斜設(shè)置，底面與法蘭盤底座頂部設(shè)計(jì)斜面配合固定；連接法蘭盤內(nèi)側(cè)面上安裝有兩塊相互平行垂直于水平面的連接板由此通過(guò)在套筒式機(jī)構(gòu)中外套筒末端端面上設(shè)計(jì)安裝板，將安裝板插入兩塊連接板間，通過(guò)螺栓固定，實(shí)現(xiàn)套筒式機(jī)構(gòu)中外套筒末端的支撐與定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)套筒式機(jī)構(gòu)的整體支撐與定位。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)末端連接組件，可確保試驗(yàn)對(duì)象不會(huì)發(fā)生繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿軸向上的滑動(dòng)。
10.基于權(quán)利要求1所述一種套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于:通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一:在地基上設(shè)置試驗(yàn)臺(tái)架，并在試驗(yàn)臺(tái)架上安裝身部支撐組件與末端連接組件； 步驟二:將套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒左端通過(guò)身部支撐組件支撐固定；外套筒的末端通過(guò)末端連接組件連接支撐定位；使內(nèi)套筒與外套筒的軸線水平；并在內(nèi)套筒前端端部安裝轉(zhuǎn)接頭; 步驟三:在試驗(yàn)臺(tái)架上安裝機(jī)電式加載裝置，在轉(zhuǎn)接頭前端面安裝拉力傳感器，并通過(guò)鋼絲繩將機(jī)電式加載裝置與拉力傳感器連接；使鋼絲繩與套筒式機(jī)構(gòu)軸線同軸，且在同一水平面上垂直于加載裝置的軸線； 步驟四:在套筒式機(jī)構(gòu)的外套筒側(cè)壁上，位于外套筒的前端、中部、與末端處，各在上下位置粘貼一個(gè)應(yīng)變片，上下表面均布粘貼六塊應(yīng)變片，并與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接；在轉(zhuǎn)接頭上吊裝配重；同時(shí)安裝低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器； 步驟五:將拉力傳感器、低頻加速度傳感器、拉繩位移傳感器和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接于數(shù)據(jù)采集儀和測(cè)試計(jì)算機(jī)； 步驟六:開(kāi)啟套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，利用測(cè)試計(jì)算機(jī)記錄存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)，包括拉力傳感器測(cè)得的套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒所受水平拉力信號(hào)；低頻加速度傳感器測(cè)得的配重?cái)[動(dòng)所引起的加速度信號(hào)；拉繩位移傳感器測(cè)得的套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒水平滑動(dòng)的位移信號(hào)； 步驟七:關(guān)閉套筒式機(jī)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)變摩擦力的測(cè)試裝置，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得各傳感器的時(shí)間歷程曲線、靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力隨套筒式機(jī)構(gòu)中內(nèi)套筒位移的變化曲線； 步驟八:返回執(zhí)行步驟6與7，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104390772SQ201410724947
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】趙壽根, 尹念杰, 覃康, 王杰, 吳爽, 吳大方 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)