CN101907557B - 一种摩擦阻尼精确测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摩擦阻尼精确测试系统，包括活塞、阻尼密封件、套筒、活塞杆、力传感器、卡套联轴节、位移传感器、驱动电机、测控台以及实验台体、套筒对中调整杆。活塞、阻尼密封件、套筒配合在一起模拟液体火箭阀门的运动部件结构，再与实验台体、套筒对中调整杆装配成摩擦测试系统的实验台；活塞经活塞杆及卡套联轴节与驱动电机刚性连接，套筒两端的力传感器和驱动电机的位移传感器与测控台连接，驱动电机与测控台连接构成摩擦测试系统的控制测试台。本发明提供模拟真实的阀门活塞摩擦结构，采取直接传动与宏微动结合的传动形式，具有自动控制、控制精度高、往复运动频率高、运动行程大、动态摩擦力测量精度高等优点。

Description

一种摩擦阻尼精确测试系统

技术领域

本发明涉及一种摩擦阻尼精确测试系统，特别是一种液体火箭阀门阀芯高频往复运动摩擦阻尼精确测试系统。 

背景技术

我国以往阀门的阀芯等运动部件的摩擦测试一般采用悬挂砝码法或螺杆配合弹簧等准静态等方法手动操作目视读表进行测量，主要包括以下几个主要部件组成：砝码、弹簧、螺杆、刻度尺和支座等组成。使用时慢转螺杆使弹簧产生变形，直至弹簧内力克服静摩擦力而导致运动副产生相对运动为止。根据运动前后悬挂的砝码质量或弹簧变形量，可以算出动摩擦力。其缺点主要有：用垂挂砝码法测量摩擦力，只能测静摩擦力，且有人为误差、效率低、精度差，无法实现阀门运动部件的往复运动模拟，无法进行高频的动摩擦精确测量功能。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种摩擦阻尼精确测试系统，解决以往阀门内阀芯等运动部件摩擦测试效率低、精度差、无法进行高频动摩擦力测试等问题。 

本发明的技术解决方案是：一种摩擦阻尼精确测试系统，包括：活塞、阻尼密封件、套筒、活塞杆、力传感器、卡套联轴节、位移传感器、驱动电机和测控台；活塞、阻尼密封件共同构成运动部件结构，运动部件结构通过套筒对中调整杆安装在实验台体上构成摩擦测试系统的实验台，阻尼密封件与活塞一起放置于套筒中，活塞运动过程中阻尼密封件摩擦套筒的内壁，在套筒两端安装力传感器，力传感器用于测量套筒的重力和阻尼密封件与套筒之间的摩擦力，力传感器的测量结果由测控台进行接收处理，活塞经活塞杆、卡套联轴节、位移传感器与驱动电机刚性连接，测控台对驱动电机进行控制进而带动活塞(1)与阻尼密封件相对套筒运动，位移传感器用于测量驱动电机的位移，测控台对该位移进行计算得到运动部件结构的速度和加速度，测控台根据阻尼密封件与套筒之间的摩擦力和运动部件结构的速度和加速度进行计算处理得到运动部件结构的摩擦阻尼。

本发明的工作原理是：套筒两端力传感器所受的力是套筒的重力及阻尼密封圈的摩擦力之和，减掉套筒重力就是活塞与套筒间经阻尼密封圈传递的摩擦力，活塞与电机刚性连接，活塞的位移等于电机的位移。 

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明提供模拟真实的阀门活塞摩擦结构，具备不同行程及运动频率的驱动装置，具备测试摩擦力及位移等参数能力等功能，采取直接传动与宏微动结合的传动形式，具有自动控制、控制精度高、往复运动频率高、运动行程大、动态摩擦力测量精度高等优点。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

具体实施方式

如图1所示，本发明包括活塞1、阻尼密封件2、套筒3、活塞杆4、力传感器5、卡套联轴节6、位移传感器7、驱动电机8、测控台11；还包括实验台体9、套筒对中调整杆10。活塞1、阻尼密封件2、套筒3配合在一起模拟阀门的运动部件结构，再与实验台体9、套筒对中调整杆10装配成摩擦测试系统的实验台；活塞1经活塞杆4及卡套联轴节6与驱动电机8刚性连接，套筒3两端的力传感器5和驱动电机8的位移传感器7与测控台11连接，驱动电机8与测控台11连接构成摩擦测试系统的控制测试台。测控台11主要完成控制指令发送、数据的采集、处理计算、保存、显示及报警，测试项目管理等。实验台9主要用于安装被测试件，模拟被阀门阀芯活塞摩擦副的运行环境等。 

套筒3两端力传感器5所受的力是套筒3的重力及阻尼密封件2的摩 擦力之和，减掉套筒3重力就是活塞1与套筒3间经阻尼密封件2传递的摩擦力；活塞1与驱动电机8刚性连接，活塞1的位移等于驱动电机8的位移。首先通过测控台11上的驱动控制程序设定驱动电机8的运动模式、行程、往复运动频率等参数，启动驱动电机8后，驱动电机8通过卡套联轴节6及活塞杆4带动活塞1在套筒3内做往复高频运动。套筒3两端的力传感器5和驱动电机8上的位移传感器7将摩擦力和活塞1位移信号传递到测控台11进行存储、显示、计算分析，得出活塞1与套筒3间经阻尼密封件2传递的摩擦力，然后按LuGre摩擦数学模型经拟合优化计算可得出摩擦副的阻尼系数，从而为阀门的设计提供有效支撑。 

LuGre摩擦数学模型如下： 

$F={\mathrm{\σ}}_{0}z+{\mathrm{\σ}}_1\stackrel{\·}{z}+{\mathrm{\σ}}_{2}v$

$\stackrel{\·}{z}=v-\frac{\left|v\right|}{g\left(v\right)}z$

${\mathrm{\σ}}_{0}g\left(v\right)=F_c+(F_s-F_c)e^{-{|v/v_s|}^2}$

上式中，σ₀是鬃毛的刚性系数，σ₁是阻尼系数即本发明所要计算的摩擦阻尼系数，σ₂是粘性系数，z表示鬃毛的弹性形变量，F_c为库仑摩擦力，在一定状态下为一常数，F_s是最大静摩擦力，在一定状态下为一常数，v_s是Stribeck速度。v为运动部件结构的速度，g(v)为一构造函数，可采用matlab进行计算。 

摩擦阻尼精确测试系统最大测试行程达到200毫米，最小行程达到1微米，解决了现有摩擦测试系统大行程/低精度和小行程/高精度很难兼顾的问题；摩擦测试系统的传动系统采用直接传动的设计方案，使摩擦副控制测试频率最高达到1KHz，解决了现有摩擦测试系统传动系统未能解决的高频往复运动问题。 

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。 

Claims (1)

1.一种摩擦阻尼精确测试系统，其特征在于包括：活塞(1)、阻尼密封件(2)、套筒(3)、活塞杆(4)、力传感器(5)、卡套联轴节(6)、位移传感器(7)、驱动电机(8)和测控台(11)；活塞(1)、阻尼密封件(2)共同构成运动部件结构，运动部件结构通过套筒对中调整杆(10)安装在实验台体(9)上构成摩擦测试系统的实验台，阻尼密封件(2)与活塞(1)一起放置于套筒(3)中，活塞(1)运动过程中阻尼密封件(2)摩擦套筒(3)的内壁，在套筒(3)两端安装力传感器(5)，力传感器(5)用于测量套筒(3)的重力和阻尼密封件(2)与套筒(3)之间的摩擦力，力传感器(5)的测量结果由测控台(11)进行接收处理，活塞(1)经活塞杆(4)、卡套联轴节(6)、位移传感器(7)与驱动电机(8)刚性连接，测控台(11)对驱动电机(8)进行控制进而带动活塞(1)与阻尼密封件(2)相对套筒(3)运动，位移传感器(7)用于测量驱动电机(8)的位移，测控台(11)对该位移进行计算得到运动部件结构的速度和加速度，测控台(11)根据阻尼密封件(2)与套筒(3)之间的摩擦力和运动部件结构的速度和加速度进行计算处理得到运动部件结构的摩擦阻尼。

Images