CN103245474A - 弹性支承器刚度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性支承器测量装置及测量方法，该测量装置包括用于固定弹性支承器的试验平台，弹性支承器的一端固定在试验平台上，另一端为自由端，弹性支承器的自由端上固定有与弹性支承器一体振动的质量块;经敲击力锤对弹性质量体上靠近自由端的位置进行敲击引起弹性质量体振动;弹性质量体靠近自由端的位置上设有第一加速度传感器，敲击力锤上设有第二加速度传感器，第一加速度传感器经振动响应信号通道连接至信号分析仪;第二加速传感器经力信号通道连接至信号分析仪。本发明测量装置及测量方法不仅测试精度高、试验劳动强度低、试验效率高，而且适用于对不同结构类型的弹性支承器进行刚度测试。

Description

弹性支承器刚度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及航空发动机弹性支承器领域，特别地，涉及一种弹性支承器刚度测量装置。此外，本发明还涉及一种应用上述弹性支承器刚度测量装置的测量方法。

背景技术

用于航空发动机的弹性支承器的刚度测试涉及到发动机装置的安全性及可靠性。现有的刚度测试方法是通过在弹性支承器上直接加集中载荷(砝码)，测量加载处的变形来得到弹性支承器静刚度值。

为了模拟弹性支承器工作时的安装和受力状态，参照图1，用螺栓11将弹性支承器20的固定端固定在一个刚度很大的试验平台10上，在弹性支承器20的自由端套上加载环30，试验时，通过在加载环30的径向经加载杆40挂上砝码进行加载，并通过电涡流位移传感器50测量弹性支承器20自由端的变形。从刚度的定义出发，可以得到刚度的计算公式如下:

K=F/AS     (1)

在公式(1)中

K——弹性支承器的刚度;

F——弹性支承器受的外载荷;

As——弹性支承器加载处的位移。

通过位于弹性支承器20自由端的加载环30，分别对弹性支承器20在径向加载不同重量的外载荷以对弹性支承器20进行多次的刚度测试，同时通过电涡流位移传感器50测量每次刚度测试时加载处变形，记录每次加载变形的显示值，利用公式(1)计算出每次的刚度值，并对多次计算得到的刚度值取平均值作为试验件的刚度值。但是现有的刚度测试方法需要多次进行刚度测试试验，测试的精度低，劳动强度大，试验时间长，且该刚度测试方法只适合鼠笼式弹性支承器类结构的试验件刚度，适用范围小。

发明内容

本发明目的在于提供一种弹性支承器刚度测量装置及测量方法，以解决现有的弹性支承器刚度测试精度低、测试效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下∶

一种弹性支承器刚度测量装置，用于测量待测试的弹性支承器，包括用于固定弹性支承器的试验平台，弹性支承器的一端固定在试验平台上，另一端为自由端，弹性支承器的自由端上固定有与弹性支承器一体振动的质量块，质量块与弹性支承器构成弹性质量体;经敲击力锤对弹性质量体上靠近自由端的位置进行敲击引起弹性质量体振动;

弹性质量体靠近自由端的位置上设有第一加速度传感器，敲击力锤上设有第二加速度传感器，第一加速度传感器经振动响应信号通道连接至信号分析仪;第二加速传感器经力信号通道连接至信号分析仪。

进一步地，第一加速度传感器粘贴在质量块上。

进一步地，弹性支承器经夹具一端固定在试验平台上。

根据本发明的另一方面，还提供了一种弹性支承器刚度测量方法，应用上述的弹性支承器刚度测量装置，通过测量弹性支承器的固有频率f来计算弹性支承器的刚度值K，包括以下步骤:

S1、在弹性支承器的自由端上加载第一质量块，测量加载第一质量块后的弹性支承器的固有频率f₁;

S2、在弹性支承器的自由端上加载第二质量块，测量加载第二质量块后的弹性支承器的固有频率f₂;

S3、根据公式

计算得出弹性支承器的刚度值K，其中，m₁为第一质量块的质量，m₂为第二质量块的质量，f₁为加载第一质量块后的弹性支承器的固有频率，f₂为加载第二质量块后的弹性支承器的固有频率。

进一步地，步骤S1具体包括

将弹性支承器一端固定在试验平台上，另一端加载与弹性支承器一体振动的第一质量块;

敲击力锤敲击弹性支承器引起弹性支承器振动，信号分析仪经力道信号通道采集敲击力锤的激励信号，并经振动响应信号通道采集弹性支承器的振动响应信号;

信号分析仪根据接收到的激励信号及振动响应信号进行频谱分析，计算得出加载第一质量块后的弹性支承器的固有频率f₁。

进一步地，步骤S2具体包括:

将弹件支承器上自由端加载的第一质量块替换为质量不同的第二质量块;

敲击力锤敲击弹性支承器引起弹性支承器振动，信号分析仪经力道信号通道采集敲击力锤的激励信号，并经振动响应信号通道采集弹性支承器的振动响应信号;

信号分析仪根据接收到的激励信号及振动响应信号进行频谱分析，计算得出加载第二质量块后的弹性支承器的同有频率f₂。

本发明具有以下有益效果：

本发明弹性支承器刚度测量装置及测量方法，通过测量弹性支承器分别加载不同质量块的状态下的固有频率，由固有频率与弹性支承器刚度值之间的换算关系计算出弹性支承器的刚度值，木发明测量装置及测量方法不仅测试精度高、试验劳动强度低、试验效率高，而且适用于对不同结构类型的弹性支承器进行刚度测试。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是现有技术中弹性支承器刚度测试的结构示意图；以及

图2是本发明优选实施例弹性支承器刚度测试装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图2，本发明的优选实施例提供了一种弹性支承器刚度测量装置，用于测量待测试的弹性支承器20，包括用于固定弹性支承器20的试验平台10，弹性支承器20的一端固定在试验平台10上，另一端为自由端，弹性支承器20的自由端上固定有与弹性支承器20一体振动的质量块60，质量块60可通过螺栓夹紧固定在弹性支承器20的自由端上，以与弹性支承器20构成共同振动的弹性质量体；在试验时，经敲击力锤对弹性质量体上靠近自由端的位置进行敲击引起弹性质量体振动;

弹性质量体靠近自由端的位置上设有第一加速度传感器61，敲击力锤上设有第二加速度传感器，第一加速度传感器61经振动响应信号通道72连接至信号分析仪70；第二加速传感器经力信号通道71连接至信号分析仪70。这样，信号分析仪70就可以接收到敲击力锤作用的激励信号及弹性支承器20振动的振动响应信号。信号分析仪70自动对接收到的激励信号及振动响应信号进行频谱传递函数分析，从而得出频谱传递的相频输出曲线及幅频输出曲线。如果相频输出曲线上发出了180度相位突变，且对应的幅频输出曲线上有尖峰，则该位置点对应的频率为弹性支承器的固有频率。因此，信号分析仪70通过接收第一加速度传感器61感应的振动响应信号及第二加速度传感器感应的激励信号，可以计算得到弹性支承器20的固有频率。

由无阻尼系统的自由振动的微分方程可以推到出公式(1)

K二4π²f²m   (1)

在公式(1)中，m为弹性支承器20的质量;K为弹性支承器20的刚度值；f为试验测试的固有频率，公式(1)反映了弹性支承器20的固有频率f与弹性支承器20刚度值K的映射关系。

较佳地，第一加速度传感器61粘贴在质量块60上，由于质量块60与弹性支承器20的自由端固定在一起，构成一体振动的弹性质量体，故感应质量块60的振动即等同于感应弹性质量体的振动响应。

较佳地，弹性支承器20经夹具一端固定在试验平台10上，以满足弹性支承器20一端固定，一端自由的试验要求。

根据本发明的另一方面，还提供了一种弹性支承器刚度测量方法，应用本发明的弹性支承器刚度测量装置，参照图2，通过测量弹性支承器20的固有频率f来计算弹性支承器20的刚度值K，包括以下步骤:

步骤S1、在弹性支承器20的自由端上加载第一质量块，测量加载第一质量块后的弹性支承器20的固有频率f₁;

具体而言，步骤S1为：

将弹性支承器20一端固定在试验平台10上，另一端加载与弹性支承器20一体振动的第一质量块;

敲击力锤敲击弹性支承器20引起弹性支承器20振动，信号分析仪70经力道信号通道71采集敲击力锤的激励信号，并经振动响应信号通道72采集弹性支承器20的振动响应信号;

信号分析仪70根据接收到的激励信号及振动响应信号进行频谱分析，计算得出加载第一质量块后的弹性支承器的固有频率f₁。弹性支承器20的刚度值K满足公式(2):

K=4π²f₁ ²(m+m₁)   (2)

在公式(2)中，m为弹性支承器的质量，ml为第一质量块的质量，f1为弹性支承器加载第一质虽块后的固有频率，K为弹性支承器的刚度值。

步骤S2、在弹性支承器20的自由端上加载第二质量块，测量加载第二质量块后的弹性支承器20的固有频率f₂；

步骤S2具体包括：

将弹性支承器上自由端加载的第一质量块替换为质量不同的第二质量块;

敲击力锤敲击弹性支承器引起弹性支承器振动，信号分析仪经力道信号通道采集敲击力锤的激励信号，并经振动响应信号通道采集弹性支承器的振动响应信号;

信号分析仪根据接收到的激励信号及振动响应信号进行频谱分析，计算得出加载第二质量块后的弹性支承器的固有频率f₂。

弹性支承器20的刚度值K满足公式(3):

K＝4π²f₂ ²（m+m₂)   (3)

在公式(3)中，m为弹性支承器的质量，m2为第二质量块的质量，f2为加载第二质量块后的弹性支承器加载第二质量块后的固有频率，K为弹性支承器的刚度值。

步骤S3、根据公式(2)及公式(3)，消去参数m，即可得到公式(4)：

$K=\frac{4{\mathrm{\π}}^2{f_1}^2{f_2}^2(m_2-m_1)}{{f_1}^2-{f_2}^2}---\left(4\right)$

从而，计算得出弹性支承器20的刚度值K。

本发明通过在弹性支承器20的自由端上分别加载质量不同的第一质量块和第二质量块，经信号分析仪70检测加载第一质量块后的弹性支承器20的固有频率f1、加载第二质量块后的弹性弹性支承器20的固有频率f2,经公式(4)即可计算获得弹性支承器20的刚度值K。本发明测量方法不仅测试精度高、试验劳动强度低、试验效率高，而且适用于对不同结构类型的弹性支承器20进行刚度测试，刚度试验范围大。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神利原则之内，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 (6)

1.一种弹性支承器刚度测量装置，用于测量待测试的弹性支承器(20)，包括用于固定所述弹性支承器(20)的试验平台(10)，所述弹性支承器(20)的一端固定在所述试验平台(10)上，另一端为自由端，其特征在于:

所述弹性支承器(20)的所述自由端上固定有与所述弹性支承器(20)一体振动的质量块(60)，所述质量块(60)与所述弹性支承器(20)构成弹性质量体;经敲击力锤对所述弹性质量体上靠近所述自由端的位置进行敲击引起所述弹性质量体振动;

所述弹性质量体靠近所述自由端的位置上设有第一加速度传感器(61)，所述敲击力锤上设有第二加速度传感器，所述第一加速度传感器(61)经振动响应信号通道(72)连接至信号分析仪(70);所述第二加速传感器经力信号通道(71)连接至所述信号分析仪(70)。

2.根据权利要求1所述的弹性支承器刚度测量装置，其特征在于：

所述第一加速度传感器(61)粘贴在所述质量块(60)上。

3.根据权利要求1所述的弹性支承器刚度测量装置，其特征在于：

所述弹性支承器(20)经夹具一端固定在所述试验平台(10)上。

4.一种弹性支承器刚度测量方法，应用权利要求1至3任一项所述的弹性支承器刚度测量装置，其特征在于，通过测量弹性支承器的固有频率f来计算弹性支承器的刚度值K，包括以下步骤:

S1、在弹性支承器的自由端上加载第一质量块，测量加载第一质量块后的弹性支承器的固有频率f₁;

S2、在弹性支承器的自由端上加载第二质量块，测量加载第二质量块后的弹性支承器的固有频率f₂;

S3、根据公式 $\frac{4{\mathrm{\π}}^2{f_1}^2{f_2}^2(m_2-m_1)}{{f_1}^2-{f_2}^2},$

计算得出所述弹性支承器的刚度值K，其中，m₁为第一质量块的质量，m₂为第二质量块的质量，f₁为加载第一质量块后的弹性支承器的固有频率，f₂为加载第二质量块后的弹性支承器的固有频率。

5.根据权利要求4所述的弹性支承器刚度测量方法，其特征在于：

所述步骤S1具体包括：

将所述弹性支承器一端固定在试验平台上，另一端加载与所述弹性支承器一体振动的第一质量块;

敲击力锤敲击所述弹性支承器引起所述弹性支承器振动，信号分析仪经力道信号通道采集敲击力锤的激励信号，并经振动响应信号通道采集弹性支承器的振动响应信号;

信号分析仪根据接收到的所述激励信号及所述振动响应信号进行频谱分析，计算得出加载第一质量块后的所述弹性支承器的固有频率f₁。

6.根据权利要求4所述的弹性支承器刚度测量方法，其特征在于：

所述步骤S2具体包括：

将所述弹性支承器上自由端加载的所述第一质量块替换为质量不同的第二质量块；

敲击力锤敲击所述弹性支承器引起所述弹性支承器振动，信号分析仪经力道信号通道采集敲击力锤的激励信号，并经振动响应信号通道采集弹性支承器的振动响应信号；

信号分析仪根据接收到的所述激励信号及所述振动响应信号进行频谱分析，计算得出加载第二质量块后的所述弹性支承器的固有频率f₂。

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