CN101315319B - 接触刚度测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接触刚度测试装置，该接触刚度测试装置包括有摩擦力测试组件、正压力加载组件、简支梁、右支撑、左支撑、基座；简支梁安装在右支撑、左支撑的U形槽内，摩擦力测试组件、正压力加载组件、右支撑、左支撑安装在基座上。当加载初始正压力、加载激振载荷后本发明的减振试验装置能够对不同的接触面形状、不同初始正压力、不同试验件材料特性等参数对接触面切向接触刚度进行测试，并利用试验结果分析接触面形状、初始正压力、试验件材料对接触刚度的影响规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于带干摩擦阻尼结构叶片接触面上接触刚度的测试装置。
背景技术
干摩擦阻尼技术是一种叶片间非常有效的减振方法，实践证明，采用阻尼结点增加结构阻尼是一种非常经济有效的方法，它不仅可以削弱叶片的振动应力，还可以增加叶片系统的气弹稳定性。在航空发动机中，叶片承受由于共振或颤振引起的振动应力的能力，几乎完全取决于界面干摩擦阻尼的效果。根据资料表明，一个组合结构中的阻尼有90％来源于它的结点，而结点的阻尼特性来源于结点间的干摩擦。由于干摩擦阻尼对温度变化不敏感、结构简单、减振效果明显使其在航空发动机中得以广泛应用，已经应用到涡轮发动机的缘板、凸肩和叶冠。
在进行干摩擦阻尼结构优化设计时阻尼结构接触面之间的切向接触刚度是一个直接影响三维接触运动转换条件的重要参数。带干摩擦阻尼结构叶片在实际工作中，若接触面切向接触刚度过大，则会增加接触面接触状态转换的难度，从而降低干摩擦阻尼结构的减振效果；若接触面切向接触刚度过小，则接触面易出现大面积滑动的接触状态，导致干摩擦阻尼结构接触面磨损严重，进而改变了接触面的接触状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种接触刚度测试装置，该接触刚度测试装置包括有摩擦力测试组件1、正压力加载组件5、简支梁2、右支撑3、左支撑4、基座6；简支梁2安装在右支撑3、左支撑4的U形槽内，摩擦力测试组件1、正压力加载组件5、右支撑3、左支撑4安装在基座6上。当加载初始正压力、加载激振载荷后本发明的减振试验装置能够对不同的接触面形状、不同初始正压力、不同试验件材料特性等参数对接触面切向接触刚度进行测试，并利用试验结果分析接触面形状、初始正压力、试验件材料对接触刚度的影响规律。
本发明设计的测试装置的优点在于：(1)摩擦块(A摩擦块103、B摩擦块104)间的相对运动由简支梁2的一阶弯曲振动所引起，充分利用了简支梁一阶弯曲振型中间截面不转动的特点，避免了振动过程中摩擦块接触面发生转动而造成的测量误差。(2)在正压力加载组件5和摩擦力测试组件1中，均采用球铰接的连接方式，避免了加载装置和测试装置连接部产生的力矩对测量误差的影响。(3)采用砝码一滑轮装置对摩擦块接触面(平摩擦面103a、球摩擦面104a)施加初始正压力，增大了正压力的加载范围。(4)摩擦块采用B螺钉105b连接(螺纹连接)，便于拆卸和更换，适用于对不同材料、不同接触面形状的摩擦块进行接触刚度的测量。
附图说明
图1是本发明接触刚度测试装置的结构图。
图1A是本发明凸滑道的剖视图。
图2是本发明摩擦力测试组件的结构图。
图2A是本发明摩擦力测试组件的另一视角结构图。
图2B是本发明鱼眼螺杆的结构图。
图2C是本发明螺栓帽的结构图。
图2D是本发明摩擦块组件的结构图。
图2E是本发明B摩擦块的结构图。
图2F是本发明B连接块的结构图。
图2G是本发明B连接块的另一视角结构图。
图3是本发明正压力加载组件的结构图。
图3A是本发明滑轮支撑架的爆炸示图。
图4是本发明右支撑的结构图。
图5是本发明简支梁的结构图。
图中： 1.摩擦力测试组件 1a.摩擦块组件 1b.拉力加载组件
101.A连接块 101a.A螺纹孔 101b.B螺纹孔 102.B连接块 102a.球形头
102b.菱形槽 102c.C通孔 102d.D通孔 102e.A面 102f.C螺纹孔
102g.D螺纹孔 103.A摩擦块 131a.平摩擦面 104.B摩擦块 104a.球摩擦面
104b.I通孔 105a.A螺钉 105b.B螺钉 106.A锥形顶杆 107.A弧形件
108.A力传感器 109.回形架 110.B锥形顶杆 111.B弧形件 112.B力传感器
113.T形支架 113a.斜孔 121.鱼眼螺栓 121a.E通孔 121b.螺纹段
121c.鱼眼环 122.螺栓帽 122a.F通孔 123.A拉线 124.B拉线
131.A钉字螺杆 132.A螺母 133.B钉字螺杆 134.B螺母 2.简支梁
21.中心通孔 22.左通孔 23.右通孔 24.A面 25.B面
3.右支承 31.右底座 32.U形槽 33.光杆 34.立柱
35.C钉字螺杆 36.D钉字螺杆 37.C螺母 38.D螺母 4.左支承
41.左底座 42.U形槽 5.正压力加载组件 51.施力架
511.A连板 512.球面孔 513.B连板 514.G通孔 52.滑轮支撑架
521.磁力座 522.万向转接头 522a.A通孔 522b.B通孔 523.连杆
524.滑轮架 524a.连杆段 524b.U形叉 524c.H通孔 525.螺栓
53.滑轮 54.砝码 6.基座 61.安装面 62a.A横向凸滑道
62b.B横向凸滑道 63a.A纵向凸滑道
63b.B纵向凸滑道 63c.C纵向凸滑道 63d.D纵向凸滑道
63e.E纵向凸滑道 631.滑动段 632.卡合段7.C拉线
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明是一种适用于带干摩擦阻尼结构叶片接触面上接触刚度的测试装置，该接触刚度测试装置包括有摩擦力测试组件1、正压力加载组件5、简支梁2、右支撑3、左支撑4、基座6；简支梁2安装在右支撑3、左支撑4的U形槽内，摩擦力测试组件1、正压力加载组件5、右支撑3、左支撑4安装在基座6上。
参见图2、图2A、图2B、图2C、图2D所示，摩擦力测试组件1包括有摩擦块组件1a、拉力加载组件1b、横向力测试组件、纵向力测试组件、T形支架113、回形架109；B钉字螺杆133与B螺母134的配合使回形架109安装在T形支架113的一端；B钉字螺杆133与B螺母134的配合、A钉字螺杆131与A螺母132的配合方便调整摩擦力测试组件1与简支梁2中部的相对位置，从而保证球摩擦面104a与平摩擦面103b相切，确保试验过程中两摩擦面始终保持接触。
摩擦块组件1a由A连接块101、B连接块102、A螺钉105a、B螺钉105b、A摩擦块103、B摩擦块104构成；A摩擦块103与B摩擦块104为摩擦力测试件，A摩擦块103通过B螺钉05b与A连接块101连接，A摩擦块103的平摩擦面103a与B摩擦块104的球摩擦面104a接触，B摩擦块104上设有I通孔104b和球摩擦面104a，通过在I通孔104b、D通孔102d内放置螺钉使B摩擦块104与B连接块102连接；A连接块101的上顶面中心开有A螺纹孔101a，A连接块101的左面开有B螺纹孔101b，A螺纹孔101a内用于放置A螺钉105a，B螺纹孔101b内用于放置B螺钉105b；B连接块102的A面102e上设有球形头102a、D通孔102d，B连接块102的菱形槽102b上设有C通孔102c，球形头102a置于施力架51的A连板511的球面孔512内，C通孔102c用于B拉线124穿过。
拉力加载组件1b由鱼眼螺栓121、螺栓帽122、A拉线123、B拉线124构成；(参见图2B所示)鱼眼螺栓121上有螺纹段121b、鱼眼环121c，螺纹段121b设在鱼眼环121c的外环体上，鱼眼环121c上开有E通孔121a，E通孔121a用于A拉线123穿过，螺纹段121b用于与螺栓帽122连接；(参见图2C所示)螺栓帽122上开有F通孔122a，F通孔122a用于B拉线124穿过，螺栓帽122的栓体上设有内螺纹，该内螺纹与鱼眼螺栓121的螺纹段121b相配合，实现拉力的加载；A拉线123的一端打结，A拉线123的另一端顺次穿过T形支架113上的斜孔113a、鱼眼螺栓121上的E通孔121a后再打结；B拉线124的一端打结，B拉线124的另一端顺次穿过B连接块102的C通孔102c、螺栓帽122上的F通孔122a后再打结；螺栓帽122的螺纹段安装在鱼眼螺栓121的螺纹孔内。在本发明中，拉力加载组件1b的加载方向为45°。对于加载方向角度是通过A拉线123、B拉线124与斜孔113a、C通孔102c相对于基座6的安装面61形成的夹角，选取拉力加载组件1b的加载方向为45°可以保证B连接块102稳定。横向力测试组件包括有B锥形顶杆110、B弧形件111、B力传感器112，B锥形顶杆110的一端为螺纹段，该螺纹段与B连接块102的C螺纹孔102f连接，B锥形顶杆110的另一端为球形面，该球形面置于B弧形件111的球窝内，B锥形顶杆110的端部的球形面与球窝的配合避免了由于测试结构连接部产生的力矩对测量误差的影响。B弧形件111的一端为球窝，B弧形件111的另一端中心为螺纹孔，该螺纹孔与B力传感器112的阳螺纹相连接；B力传感器112的一端为阳螺纹，B力传感器112的另一端为阴螺纹，B力传感器112的阴螺纹通过螺栓安装在T形支架113上。
纵向力测试组件包括有A锥形顶杆106、A弧形件107、A力传感器108，A锥形顶杆106的一端为螺纹段，该螺纹段与B连接块102的D螺纹孔102g连接，A锥形顶杆106的另一端为球形面，该球形面置于A弧形件107的球窝内，A锥形顶杆106的端部球形面与球窝的配合避免了由于测试结构连接部产生的力矩对测量误差的影响。A弧形件107的一端为球窝，A弧形件107的另一端中心为螺纹孔，该螺纹孔与A力传感器108的阳螺纹相连接；A力传感器108的一端为阳螺纹，A力传感器108的另一端为阴螺纹，A力传感器108的阴螺纹通过螺栓安装在回形架109上方。
参见图3、图3A所示，正压力加载组件5包括有施力架51、滑轮支撑架52、滑轮53、法码54、C拉线7；C拉线7的一端与法码54连接，C拉线7的另一端顺次经滑轮53、左支撑4的U形槽42、施力架51的B连板513的G通孔514后，并在C拉线7另一端打结使C拉线7将施力架51拉紧。
施力架51为一体成型件，在A连板511中心开有球面孔512，在B连板513的中心开有G通孔514；球面孔512用于放置B连接块102上的球形头102a，使球形头102a在球面孔512内作圆周运动；G通孔514用于C拉线7的一端穿过，并在C拉线7的穿过端上打结。
滑轮支撑架52由磁力座521、万向转接头522、连杆523、滑轮架524构成；万向转接头522上设有A通孔522a、B通孔522b，A通孔522a用于套接连杆523，B通孔522b用于套接滑轮架524的连杆段524a；滑轮架524的一端为连杆段524a，滑轮架524的另一端为U形叉524b，U形叉524b的端部开有H通孔524c，U形叉524b用于放置滑轮53，H通孔524c用于螺栓525穿过且使滑轮53以该螺栓525为轴转动；连杆523的一端安装在磁力座521上，连杆523的另一端穿过万向转接头522的A通孔522a；万向转接头522的B通孔522b内套接有滑轮架524的连杆段524a，滑轮架524的U形叉524b内通过螺栓525连接有滑轮53。
参见图5所示，简支梁2的A面24上开有中心通孔21，简支梁2的B面25上开有左通孔22、右通孔23；中心通孔21用于A螺钉105a穿过，通过A螺钉105a将A连接块101安装在简支梁2的下表面上；左通孔22用于左支撑4上的光杆穿过，使简支梁2的左端安装在左支撑4的U形槽42内；右通孔23用于右支撑3上的光杆33穿过，使简支梁2的右端安装在右支撑3的U形槽32内。
参见图4所示，右支撑3由立柱34和右底座31构成；立柱34的上端设有U形槽32，U形槽32的两侧臂上分别开有通孔，通孔内放置有光杆33，光杆33的两端设有螺纹，立柱34的下端安装在右底座31上；右底座31的两端端部开有通孔，该通孔分别用于C钉字螺杆35、D钉字螺杆36的螺纹段通过，且套接螺母后使右支撑3安装在基座6的安装面61上。
在本发明中，A钉字螺杆131、B钉字螺杆133、C钉字螺杆35、D钉字螺杆36结构相同，螺杆的上端设有螺纹段。不失一般性，在装配时，A钉字螺杆131的一端先滑入基座6的安装面61上的凸滑道内，然后分别在A钉字螺杆131的螺纹段上套接A螺母132，从而实现将T形支架113与基座6的安装面61的固定连接。
左支撑4与右支撑3结构相同。左支撑4与右支撑3对称放置于摩擦力测试组件1的两边。
参见图1所示，基座6的安装面61上纵向、横向设有多条结构相同的凸滑道，如A横向凸滑道62a、B横向凸滑道62b、A纵向凸滑道63a、B纵向凸滑道63b、C纵向凸滑道63c、D纵向凸滑道63d、E纵向凸滑道63e；在本发明中，通过在凸滑道中放置钉字螺杆，然后在钉字螺杆的螺纹连接一螺栓，便可实现将底座安装在基座6的安装面61上。安装面61上的横向凸滑道与纵向凸滑道不但可以实现将底座安装在安装面61上，同时能够作为被装配在基座6的安装面61上器件的位置定位。
参见图1A所示，A纵向凸滑道63a由滑动段631、卡合段632组成，滑动段631的宽度d1＝15～20mm，滑动段631的高度h1＝15～20mm，卡合段632的宽度d2＝22～30mm，卡合段632的高度h2＝15～20mm。
采用本发明接触刚度测试装置进行接触刚度的测量时，包括下列试验步骤：
1)根据A摩擦块103在简支梁2上的位置，调整T形支架113在基座6的安装面61上的位置，使球摩擦面104a与平摩擦面103b相切。
2)根据初始正压力载荷添加砝码，待砝码稳定后，将T形支架113固定在基座6的安装面61上；调整滑轮架524的高度，使C拉线7水平。
3)通过鱼眼螺栓121和螺栓帽122给B连接块102施加45°拉力，观察B力传感器112和A力传感器108输出的参数是否归零。
4)应用顶杆式激振器在简支梁2中部加载激振载荷，并调节信号发生器，使激振频率位于简支梁2一阶弯曲振动频率附近。
5)应用单点激光传感器测量A连接块101在一个振动周期内n个时间点的振动位移，同时通过读取对应时间点的A力传感108输出的载荷值，记录试验结果，绘制迟滞曲线，从而获得接触面的接触刚度。
Claims (3)
1.一种接触刚度测试装置，其特征在于：包括有摩擦力测试组件(1)、正压力加载组件(5)、简支梁(2)、右支撑(3)、左支撑(4)、基座(6)；简支梁(2)安装在右支撑(3)、左支撑(4)的U形槽内，摩擦力测试组件(1)、正压力加载组件(5)、右支撑(3)、左支撑(4)安装在基座(6)上；
摩擦力测试组件(1)包括有摩擦块组件(1a)、拉力加载组件(1b)、横向力测试组件、纵向力测试组件、T形支架(113)、回形架(109)；B钉字螺杆(133)与B螺母(134)的配合使回形架(109)安装在T形支架(113)的一端；B钉字螺杆(133)与B螺母(134)的配合、A钉字螺杆(131)与A螺母(132)的配合方便调整摩擦力测试组件(1)与简支梁(2)中部的相对位置，从而保证球摩擦面(104a)与平摩擦面(103b)相切，确保试验过程中两摩擦面始终保持接触；
摩擦块组件(1a)由A连接块(101)、B连接块(102)、A螺钉(105a)、B螺钉(105b)、A摩擦块(103)、B摩擦块(104)构成；A摩擦块(103)与B摩擦块(104)为摩擦力测试件，A摩擦块(103)通过B螺钉(105b)与A连接块(101)连接，A摩擦块(103)的平摩擦面(103a)与B摩擦块(104)的球摩擦面(104a)接触，B摩擦块(104)上设有I通孔(104b)和球摩擦面(104a)，通过在I通孔(104b)、D通孔(102d)内放置螺钉使B摩擦块(104)与B连接块(102)连接；A连接块(101)的上顶面中心开有A螺纹孔(101a)，A连接块(101)的左面开有B螺纹孔(101b)，A螺纹孔(101a)内用于放置A螺钉(105a)，B螺纹孔(101b)内用于放置B螺钉(105b)；B连接块(102)的A面(102e)上设有球形头(102a)、D通孔(102d)，B连接块(102)的菱形槽(102b)上设有C通孔(102c)，球形头(102a)置于施力架(51)的A连板(511)的球面孔(512)内，C通孔(102c)用于B拉线(124)穿过；
拉力加载组件(1b)由鱼眼螺栓(121)、螺栓帽(122)、A拉线(123)、B拉线(124)构成；鱼眼螺栓(121)上有螺纹段(121b)、鱼眼环(121c)，螺纹段(121b)设在鱼眼环(121c)的外环体上，鱼眼环(121c)上开有E通孔(121a)，E通孔(121a)用于A拉线(123)穿过，螺纹段(121b)甩于与螺栓帽(122)连接；螺栓帽(122)上开有F通孔(122a)，F通孔(122a)用于B拉线(124)穿过，螺栓帽(122)的栓体上设有内螺纹，该内螺纹与鱼眼螺栓(121)的螺纹段(121b)相配合，实现拉力的加载；横向力测试组件包括有B锥形顶杆(110)、B弧形件(111)、B力传感器(112)，B锥形顶杆(110)的一端为螺纹段，该螺纹段与B连接块(102)的C螺纹孔(102f)连接，B锥形顶杆(110)的另一端为球形面，该球形面置于B弧形件(111)的球窝内，B锥形顶杆(110)的端部的球形面与球窝的配合避免了由于测试结构连接部产生的力矩对测量误差的影响；B弧形件(111)的一端为球窝，B弧形件(111)的另一端中心为螺纹孔，该螺纹孔与B力传感器(112)的阳螺纹相连接；B力传感器(112)的一端为阳螺纹，B力传感器(112)的另一端为阴螺纹，B力传感器(112)的阴螺纹通过螺栓安装在T形支架(113)上；纵向力测试组件包括有A锥形顶杆(106)、A弧形件(107)、A力传感器(108)，A锥形顶杆(106)的一端为螺纹段，该螺纹段与B连接块(102)的D螺纹孔(102g)连接，A锥形顶杆(106)的另一端为球形面，该球形面置于A弧形件(107)的球窝内，A锥形顶杆(106)的端部球形面与球窝的配合避免了由于测试结构连接部产生的力矩对测量误差的影响；A弧形件(107)的一端为球窝，A弧形件(107)的另一端中心为螺纹孔，该螺纹孔与A力传感器(108)的阳螺纹相连接；A力传感器(108)的一端为阳螺纹，A力传感器(108)的另一端为阴螺纹，A力传感器(108)的阴螺纹通过螺栓安装在回形架(109)上方；
正压力加载组件(5)包括有施力架(51)、滑轮支撑架(52)、滑轮(53)、法码(54)、C拉线(7)；C拉线(7)的一端与法码(54)连接，C拉线(7)的另一端顺次经滑轮(53)、左支撑(4)的U形槽(42)、施力架(51)的B连板(513)的G通孔(514)后，并在C拉线(7)另一端打结使C拉线(7)将施力架(51)拉紧；施力架(51)为一体成型件，在A连板(511)中心开有球面孔(512)，在B连板(513)的中心开有G通孔(514)；球面孔(512)用于放置B连接块(102)上的球形头(102a)，使球形头(102a)在球面孔(512)内作圆周运动；G通孔(514)用于C拉线(7)的一端穿过，并在C拉线(7)的穿过端上打结；滑轮支撑架(52)由磁力座(521)、万向转接头(522)、连杆(523)、滑轮架(524)构成；万向转接头(522)上设有A通孔(522a)、B通孔(522b)，A通孔(522a)用于套接连杆(523)，B通孔(522b)用于套接滑轮架(524)的连杆段(524a)；滑轮架(524)的一端为连杆段(524a)，滑轮架(524)的另一端为U形叉(524b)，U形叉(524b)的端部开有H通孔(524c)，U形叉(524b)用于放置滑轮(53)，H通孔(524c)用于螺栓(525)穿过且使滑轮(53)以该螺栓(525)为轴转动；连杆(523)的一端安装在磁力座(521)上，连杆(523)的另一端穿过万向转接头(522)的A通孔(522a)；万向转接头(522)的B通孔(522b)内套接有滑轮架(524)的连杆段(524a)，滑轮架(524)的U形叉(524b)内通过螺栓(525)连接有滑轮(53)；
简支梁(2)的A面(24)上开有中心通孔(21)，简支梁(2)的B面(25)上开有左通孔(22)、右通孔(23)；中心通孔(21)用于A螺钉(105a)穿过，通过A螺钉(105a)将A连接块(101)安装在简支梁(2)的下表面上；左通孔(22)用于左支撑(4)上的光杆穿过，使简支梁(2)的左端安装在左支撑(4)的U形槽(42)内；右通孔(23)用于右支撑(3)上的光杆(33)穿过，使简支梁(2)的右端安装在右支撑(3)的U形槽(32)内；
右支撑(3)由立柱(34)和右底座(31)构成；立柱(34)的上端设有U形槽(32)，U形槽(32)的两侧臂上分别开有通孔，通孔内放置有光杆(33)，光杆(33)的两端设有螺纹，立柱(34)的下端安装在右底座(31)上；右底座(31)的两端端部开有通孔，该通孔分别用于C钉字螺杆(35)、D钉字螺杆(36)的螺纹段通过，且套接螺母后使右支撑(3)安装在基座(6)的安装面(61)上；左支撑(4)与右支撑(3)结构相同；
基座(6)的安装面(61)设有A横向凸滑道(62a)、B横向凸滑道(62b)、A纵向凸滑道(63a)、B纵向凸滑道(63b)、C纵向凸滑道(63c)、D纵向凸滑道(63d)、E纵向凸滑道(63e)。
2.根据权利要求1所述的接触刚度测试装置，其特征在于：拉力加载组件(1b)的加载方向为45°。
3.根据权利要求1所述的接触刚度测试装置，其特征在于：A纵向凸滑道(63a)由滑动段(631)、卡合段(632)组成，滑动段(631)的宽度d1＝15～20mm，滑动段(631)的高度h1＝15～20mm，卡合段(632)的宽度d2＝22～30mm，卡合段(632)的高度h2＝15～20mm。
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