CN102721538B - 一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置 - Google Patents

一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置，包括两个配重块、弹性连接构件、固定连接构件、激振器、加速度传感器、力传感器、数字信号采集仪和计算机；弹性连接构件和固定连接构件之间通过螺栓固定连接且分别固定在两个配重块上，其中，弹性连接构件通过一个刚度较低的弹片结构与配重块连接，根据不同的工况，配重可更换。实验时，两个配重块先通过各自的质量中心用柔性绳悬挂起来，配重块的一端连接激振器，在使结合面部位产生相对错动的模态振型的那一阶模态频率之下进行单一频率的激振。在各连接构件上安装加速度传感器，在连接螺栓和连接激振器的配重块上安装力传感器，从而获得参数得出结合部的刚度与阻尼值。

Description

一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置
技术领域
本发明涉及一种机械动力学参数识别测试装置，特别是一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置，属于动力学仿真实验技术领域。
背景技术
在对多部件机械结构进行动力学分析的时候，采用计算机仿真往往忽略各部件结合部的影响，或者套用某些经验值来估计结合部的影响，但机械结构结合面刚度和阻尼的确定是对结构进行动态分析和优化设计的关键问题之一。实际上结合部有可能表现出既有弹性又有阻尼，既储存能量又消耗能量的“柔性结合”的本质及特征，所以一般的仿真处理方法都是没有充分考虑这些特征的，从而导致仿真结果精度不高。
为了提取结合部的动力学信息，可以先对单个连接进行建模，即用单个虚拟的弹簧和阻尼器来代替结合部的作用。然后，采用实验的方法识别刚度与阻尼，从而得到结合部的动力学上的信息，并带入到计算机仿真中去。目前普遍采用的都是模态识别法。对结合部进行模态实验，并进行分析，识别使结合部发生相对移动振型的那一阶模态的模态参数，得到相应的模态刚度与模态阻尼即作为结合部的连接刚度与阻尼。但是这样的方法有很大的缺陷，第一，模态参数的识别采用的算法误差较大；第二，它不能有效控制激励的振幅与激励频率，更不能使有限的激励力产生较大的结合部振幅以得到较好的结果；第三，无论是采用移动力锤法还是移动传感器的方法来进行模态测试，都需要较多个传感器和较多次的激励输入与数据采集，实验较为复杂，多次采集数据时的各工况条件也无法保持完全的稳定。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置，包括两个配重块、弹性连接构件、固定连接构件、激振器、加速度传感器、力传感器、数字信号采集仪和计算机；固定连接构件的外形为L型，弹性连接构件的一端为与固定连接构件水平部位配合的刚性结构，另一端为板簧形式的弹片结构，固定连接构件的垂直部分固定安装在一个配重块的端面上，弹性连接构件的弹片结构一端固定安装在另一个配重块的端面上，固定连接构件的水平部分与弹性连接构件的刚性结构水平贴合并由连接螺栓固定；激振器安装于与弹性连接构件连接的配重块外端面的形心处,激振器与配重块之间装有力传感器，一个加速度传感器安装于固定连接件垂直部分的表面上，另一个加速度传感器安装于弹性连接构件的弹片结构内侧，两个加速度传感器位于同一水平面上，预紧力传感器安装于连接螺栓上，两个加速度传感器、预紧力传感器、力传感器和激振器均连接数字信号采集仪，数字信号采集仪与计算机相连；；根据不同的工况，配重可更换。
进一步的，弹片结构的结构为矩形，属于板簧类型，刚度较低，两端固定，其中心部位可以在配重块轴线方向上振动。
进一步的，弹片结构的矩形结构的两端分别在配重块边缘并与其固定连接。
实验时，弹性连接构件、固定连接构件先通过各自的质量中心用柔性绳悬挂起来，激振器在使结合面部位产生相对错动的模态振型的那一阶模态频率之下进行单一频率的激振。数字信号采集仪实时采集预紧力传感器、力传感器、激振器和两个加速度传感器的数值，然后输入计算机，计算机根据以上参数得出结合部的刚度与阻尼值。结合部分的形式可以多种多样，根据实际需要可以设计不同的结合形式。
有益效果：
1、本装置成功实现了单个连接结合部不同振幅下非线性特性的识别能力，另外，其配重与弹片结构对实验结果的精确性与清晰度带来的优势；
2、装置中间连接构件连接主体部位用于模拟螺栓连接的机械结合面，弹片结构用于放大激振力的幅值，使得采集到的实验结果更为清晰和精确。由于某些时候观察结合部的相对振动需要较大的振动幅值才可以达到某种效果，或者得出的结果可以较为清晰和精确，而激振器的激励力并不能达到很大，所以在这个时候，弹片结构可以在所需的振动频率下大幅提高振动幅值；
3、配重块可以控制使结合部相对振动的模态频率。由于此装置要对应实际情况下的各种工况，需要的频率范围也各不相同，因此，不同的配重质量可以降低其激振频率到需要的范围内。配重块还可以尽量避开其他模态振型的影响。由于结合部的结构的某些模态振型会引起非结合部相对错动的振动，对实验效果造成干扰，所以需要尽量使这些干扰模态频率尽量远离所需的激振频率。而配重的存在，正好可以帮助这种条件的形成。
附图说明
图1为机械连接结合面动力学参数识别测试装置示意图
图2为机械连接结合面动力学参数识别测试装置立体结构示意图。
其中：1-第一配重块、2-结合面、3-弹性连接构件、4-第二配重块、5-第一圆盘底座、6-固定连接构件、7-第二圆盘底座、8-连接螺栓、9-预紧力传感器、10-第一加速度传感器、11-第二加速度传感器、12-力传感器、13-激振器、14-数字信号采集仪、15-计算机
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1和2所示，本发明的测试装置包括第一配重块1、弹性连接构件3、第二配重块4、第一圆盘底座5、固定连接构件6、第二圆盘底座7、连接螺栓8、预紧力传感器9、力传感器12、激振器13、第一加速度传感器10、第二加速度传感器11、数字信号采集仪14和计算机15，其中第一配重块1和第二配重块4为相同直径的圆柱体结构，其质心处的圆周面上设有吊环，固定连接构件6的外形为L型，弹性连接构件3的一端为与固定连接构件6水平部位配合的刚性结构，另一端在第二配重块4短轴方向为板簧形式的弹片结构；
其连接关系为：固定连接构件6的垂直部分通过第一圆盘底座5固定安装在第一配重块1的端面上，弹性连接构件3的弹片结构一端通过第二圆盘底座7安装在第二配重块4的端面上，固定连接构件6的水平部分与弹性连接构件3的刚性结构水平贴合并由连接螺栓8固定；激振器13安装于第二配重块4外端面的形心处,激振器13与第二配重块4之间装有力传感器12，第一加速度传感器10安装于固定连接件垂直部分的表面上，第二加速度传感器11安装于弹性连接构件3的弹片结构内侧，第一加速度传感器10和第二加速度传感器11位于同一水平面上，预紧力传感器9安装于连接螺栓8上，第一加速度传感器10、第二加速度传感器11、预紧力传感器9、力传感器12和激振器13均连接数字信号采集仪14，数字信号采集仪14与计算机15相连；根据不同的工况，配重可更换。
工作原理：第一配重块1和第二配重块4通过各自的质量中心用柔性绳连接在吊环上并悬挂起来，激振器在使弹性连接构件3和固定连接构件6的结合面2部位产生相对错动的模态振型的那一阶模态频率之下进行单一频率的激振，数字信号采集仪14实时采集预紧力传感器9、力传感器12、激振器13和两个加速度传感器的数值，然后输入计算机15，计算机15根据以上参数得出结合部的刚度与阻尼值。结合部分的形式可以多种多样，根据实际需要可以设计不同的结合形式。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置，包括第一配重块(1)、第二配重块(4)、固定连接构件(6)、力传感器(12)、激振器(13)、第一加速度传感器(10)、第二加速度传感器(11)、数字信号采集仪(14)和计算机(15)，其中第一配重块(1)和第二配重块(4)为相同直径的圆柱体结构，固定连接构件(6)固定安装在第一配重块(1)的端面上，激振器(13)安装于第二配重块(4)外端面，激振器(13)与第二配重块(4)之间装有力传感器(12)，第一加速度传感器(10)、第二加速度传感器(11)、力传感器(12)和激振器(13)均连接数字信号采集仪(14)，数字信号采集仪(14)与计算机(15)相连，其特征在于所述装置还包括弹性连接构件(3)、第一圆盘底座(5)、第二圆盘底座(7)、连接螺栓(8)及预紧力传感器(9)；其中，固定连接构件(6)的外形为L型，弹性连接构件(3)的一端为与固定连接构件(6)水平部位配合的刚性结构，另一端在第二配重块(4)短轴方向为弹片结构；
其连接关系为：固定连接构件(6)的垂直部分通过第一圆盘底座(5)固定安装在第一配重块(1)的端面上，弹性连接构件(3)的弹片结构一端通过第二圆盘底座(7)安装在第二配重块(4)的端面上，固定连接构件(6)的水平部分与弹性连接构件(3)的刚性结构水平贴合并由连接螺栓(8)固定；激振器(13)安装于第二配重块(4)外端面的形心处，第一加速度传感器(10)安装于固定连接件垂直部分的表面上，第二加速度传感器(11)安装于弹性连接构件(3)的弹片结构内侧，预紧力传感器(9)安装于连接螺栓(8)上，预紧力传感器(9)连接数字信号采集仪(14)。
2.如权利要求1所述的一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置，其特征在于所述弹性连接构件(3)的弹片结构为矩形的板簧形式，其中心部位在第二配重块(4)轴线方向上振动。
3.如权利要求1所述的一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置，其特征在于所述第一配重块(1)和第二配重块(4)质心处的圆周面上设有吊环。
4.如权利要求1所述的一种机械连接结合面动力学参数识别测试装置，其特征在于所述第一加速度传感器(10)和第二加速度传感器(11)位于同一水平面上。
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