CN103792057B - 一种可调的间隙非线性研究试验台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调的间隙非线性研究试验台，包括悬臂梁、间隙大小调节组件、间隙刚度调节组件、间隙位置调节组件、悬臂梁支撑组件、底座。通过间隙调节装置，可获得不同位置、不同大小、不同刚度及不同数目的间隙，为研究不同间隙对悬臂梁振动的影响及含间隙系统辨识提供了良好的试验平台。该可调的间隙非线性试验台的原理为：通过间隙位置调节架沿导向槽的运动可实现间隙位置的调节；用间隙刚度梁的弯曲刚度来等效间隙刚度，通过更换间隙刚度梁的材料及改变其厚度来实现间隙刚度的调节；通过替换不同厚度的垫片以获得不同的间隙值；通过增加间隙调节装置的数目实现多间隙的研究。本发明结构新颖，功能多样，操作简单，制造容易，结构紧凑。

Description

一种可调的间隙非线性研究试验台及其使用方法

技术领域

本发明具体涉及一种间隙参数可调的用于研究间隙非线性影响及系统参数辨识的试验平台。

背景技术

为保证零件顺利装配和运动副的正常运动，间隙是不可避免的。由间隙引起的接触碰撞力将会严重影响系统的动态响应，使其偏离理想状态，进而降低机械系统的性能和寿命。因此研究间隙非线性的机理及其控制策略对于提高机械系统的稳定性及精度具有实际意义。国内外学者在间隙非线性方面开展了一系列科学研究，并在间隙试验台上进行了试验研究。比利时学者Kerschen设计了用于间隙研究的分段线性梁试验台，该试验台在梁的根部设置间隙，为间隙非线性研究提供良好的试验平台。国内学者邓伟设计了移动质量-悬臂梁试验台，其中移动质量和梁之间存在间隙，用来研究间隙对移动质量-悬臂梁系统振动的影响。

目前，用于间隙非线性研究的试验台较少，按照研究对象可分为：含间隙悬臂梁、含间隙移动质量-悬臂梁、含间隙多自由度试验台等。然而现有技术中，用于研究间隙非线性的试验台有以下不足：间隙参数难以调节，无法研究不同间隙对系统的影响；只存在一个间隙，无法模拟多间隙对悬臂梁的影响；难以排除其他非线性的干扰，如重力、摩擦力等；间隙参数精度无法精确控制等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种可调的间隙非线性研究试验台及使用方法。

本发明所采用的技术方案是：所述试验台包括悬臂梁4、间隙位置调节组件、间隙刚度调节组件、间隙大小调节组件、悬臂梁支撑组件、底座11；所述间隙位置调节组件由间隙位置调节架9、底座紧固螺栓12组成；所述间隙刚度调节组件由间隙刚度梁10、刚度梁紧固螺栓8组成；所述间隙大小调节组件由间隙头6、垫片7、间隙头紧固螺栓5组成；所述悬臂梁支撑组件由悬臂梁支撑架2、垫块3、悬臂梁紧固螺栓1组成。

优选地，所述间隙位置调节架9下部通过底座紧固螺栓12与底座11相连，上部通过刚度梁紧固螺栓8实现与间隙刚度梁10的连接；所述的间隙头6包括连接部和间隙形成部，所述连接部-通过间隙头紧固螺栓5与间隙刚度梁10连接，所述间隙形成部包括具有圆柱头且与所述悬臂梁4形成间隙的端部，所述垫片7设置在所述间隙头6与所述间隙刚度梁10之间；所述悬臂梁支撑架2下端通过所述底座紧固螺栓12与所述底座11相连，上端通过所述悬臂梁紧固螺栓1及所述垫块3将所述悬臂梁4固定；所述底座11上开有倒T型槽和导向槽，所述倒T型槽用以固定所述间隙位置调节架9及所述悬臂梁支撑架2，所述导向槽用于保证所述各部件之间的平行度要求和间隙精度要求。

优选地，利用间隙刚度梁10的弯曲刚度来等效间隙刚度，通过更换不同材料或不同厚度的间隙刚度梁10实现间隙刚度的调节。

优选地，所述垫片7分为不同的厚度，通过将不同厚度和数量的垫片7垫在间隙头6与间隙刚度梁10之间，可形成不同大小的间隙。

优选地，通过增加间隙大小调节组件、间隙位置调节组件及间隙刚度调节组件的数目，通过多组上述组件实现多间隙的研究。

优选地，所述悬臂梁4侧向放置，振动方向为水平方向，消除重力对悬臂梁间隙系统的影响，而且便于激振设备的安装。

本发明具有如下有益效果和显著地进步：

1)采用间隙位置调节架9沿底座11的导向槽运动来实现间隙位置的调节，操作简单灵活，而且能够保证间隙参数的精度要求。

2)利用间隙刚度梁10的弯曲刚度等效间隙刚度，并通过使用不同材料和厚度的间隙刚度梁10来实现间隙刚度的调节，相对接触碰撞模型大大降低了对数据采集和辨识算法的要求。

3)采用更换垫片7来实现间隙大小的调节，操作简单，能够实现间隙大小的准确调节，而且采用圆柱间隙头6能够减小摩擦力的影响。

4)可以用来研究多间隙对悬臂梁系统的影响，通过增加间隙大小调节组件、间隙位置调节组件及间隙刚度调节组件的数目，可实现多间隙非线性的研究。

5)悬臂梁4侧向放置，可以避免由于悬臂梁4水平放置而使得重力对非线性的影响，而且结构更加紧凑，便于激振器等试验仪器的安装。

6)结构紧凑、通用性强，而且加工装配容易、间隙调节操作简单，适合于间隙非线性试验研究。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1为本发明可调的间隙非线性研究试验台的等轴测图：

图2为本发明可调的间隙非线性研究试验台的间隙大小调节组件的等轴测图：

附图标记对应的部件名称：1悬臂梁紧固螺栓；2悬臂梁支撑架；3垫块；4悬臂梁；5间隙头紧固螺栓；6间隙头；7垫片；8刚度梁紧固螺栓；9间隙位置调节架；10间隙刚度梁；11底座；12底座紧固螺栓。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步详细说明：

实施例一：

参照图1及图2所示，一种可调的间隙非线性研究试验台，包括悬臂梁4、间隙大小调节组件、间隙刚度调节组件、间隙位置调节组件、悬臂梁支撑组件、底座11等。通过间隙参数调节装置，获得不同位置、不同大小、不同刚度及不同数目的间隙，研究不同间隙条件下悬臂梁的振动特征及含间隙系统的参数辨识。

其中间隙位置调节组件由间隙位置调节架9及底座紧固螺栓12组成，间隙位置调节架9通过底座紧固螺栓12固定在底座11上，间隙位置调节架9通过沿底座11的导向槽滑动来实现间隙位置的调节；间隙刚度调节组件由间隙刚度梁10及刚度梁紧固螺栓8组成，间隙刚度梁10通过刚度梁紧固螺栓8连接到间隙位置调节架9上，不同材料和不同厚度的间隙刚度梁10可提供不同的间隙刚度。

间隙大小调节组件包括垫片7、间隙头6及间隙头紧固螺栓5，间隙头6通过间隙头紧固螺栓5固定在间隙刚度梁10上，在间隙刚度梁10与间隙头6之间更换不同的垫片7实现间隙大小的调节。间隙头6采用圆柱形外廓能够大大减小摩擦力对于间隙的影响。不排除所述领域技术人员根据本发明所能够预料的那样，采用半圆柱或者由圆柱体两条母线形成切面切割圆柱体界面所形成的优弧、劣弧对应的柱体都可以选择作为间隙头形成间隙的端部。

悬臂梁支撑组件包括悬臂梁支撑架2、垫块3及悬臂梁紧固螺栓1，悬臂梁支撑架2通过底座紧固螺栓12固定在底座11上，通过调节垫块3及悬臂梁紧固螺栓1实现悬臂梁4的固定；底座11用来固定间隙位置调节架9和悬臂梁支撑架2，其上开有导向槽，用来保证间隙各参数的精度要求；悬臂梁4一端通过垫块3固定在悬臂梁支撑架2上，另一端为自由状态，中间某处与间隙头6形成间隙。

实施例二：

一种使用可调的间隙非线性研究试验台进行可调间隙测量实验的方法，包括：

步骤一、实验参数初始化步骤：包括设定悬臂梁支撑架2、间隙位置调节架9的初始位置、设定垫片7的可选择厚度、设定外部激励源；

步骤二、实验台组装步骤：根据步骤一所确定的初始化参数在所述底座11上设置并固定所述悬臂梁支撑架2和间隙位置调节架9；通过垫块3和悬臂梁紧固螺栓1将悬臂梁4固定在所述悬臂梁支撑架2上，并且所述悬臂梁4穿过所述间隙位置调节架9上的通孔，并与固定在所述间隙位置调节架9上的间隙刚度梁10处于基本平行的位置；通过间隙头紧固螺栓5将所述间隙头6固定在所述间隙刚度梁10上，在所述间隙头6与所述间隙刚度梁10之间还设置有垫片7；通过调节垫片7的厚度确定间隙的大小；

步骤三、实验测量步骤：通过所述间隙刚度梁10的弯曲刚度来等效间隙刚度，通过更换不同材料或不同厚度的所述间隙刚度梁10来实现间隙刚度的调节；通过激励设备给侧向放置的所述悬臂梁4施加激励，以使悬臂梁4在水平方向振动；通过将不同厚度和数量的垫片7垫在间隙头6与间隙刚度梁10之间，以形成不同大小的间隙，并重复步骤三；

步骤四、通过数据采集设备对测量结果进行采集，并对采集得到的结果进行处理。

以上所述仅为本发明专利的优选实施例，并不用于限制发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调的间隙非线性研究试验台，所述试验台包括悬臂梁(4)、间隙位置调节组件、间隙刚度调节组件、间隙大小调节组件、悬臂梁支撑组件、底座(11)；所述间隙位置调节组件由间隙位置调节架(9)、底座紧固螺栓(12)组成；所述间隙刚度调节组件由间隙刚度梁(10)、刚度梁紧固螺栓(8)组成；所述间隙大小调节组件由间隙头(6)、垫片(7)、间隙头紧固螺栓(5)组成；所述悬臂梁支撑组件由悬臂梁支撑架(2)、垫块(3)、悬臂梁紧固螺栓(1)组成,其特征在于：

所述间隙位置调节架(9)下部通过底座紧固螺栓(12)与底座(11)相连，上部通过刚度梁紧固螺栓(8)实现与间隙刚度梁(10)的连接；所述的间隙头(6)包括连接部和间隙形成部，所述连接部-通过间隙头紧固螺栓(5)与间隙刚度梁(10)连接，所述间隙形成部具有半圆柱外廓形状且与所述悬臂梁(4)形成间隙，所述垫片(7)放置在所述间隙头(6)与所述间隙刚度梁(10)之间；所述悬臂梁支撑架(2)下端通过所述底座紧固螺栓(12)与所述底座(11)相连，上端通过所述悬臂梁紧固螺栓(1)及所述垫块(3)将所述悬臂梁(4)固定；所述底座(11)上开有倒T型槽和导向槽，所述倒T型槽用以固定所述间隙位置调节架(9)及所述悬臂梁支撑架(2)，所述导向槽用于保证各部件之间的平行度要求和间隙精度要求。

2.根据权利要求1所述的可调的间隙非线性研究试验台，其特征在于：所述间隙位置调节架(9)可沿所述底座(11)上的导向槽滑动，用于高精度地调节间隙位置。

3.根据权利要求1所述的可调的间隙非线性研究试验台，其特征在于：通过所述间隙刚度梁(10)的弯曲刚度来等效间隙刚度，通过更换不同材料或不同厚度的所述间隙刚度梁(10)来实现间隙刚度的调节。

4.根据权利要求1所述的可调的间隙非线性研究试验台，其特征在于：所述垫片(7)分为不同的厚度，通过将不同厚度和数量的垫片(7)放置在所述间隙头(6)与所述间隙刚度梁(10)之间，以形成不同大小的间隙。

5.根据权利要求1所述的可调的间隙非线性研究试验台，其特征在于：通过增加间隙大小调节组件、间隙位置调节组件及间隙刚度调节组件的数目，以实现多间隙的研究。

6.根据权利要求1所述可调的间隙非线性研究试验台，其特征在于：所述悬臂梁(4)侧向放置，振动方向为水平方向。

7.一种使用可调的间隙非线性研究试验台进行可调间隙测量实验的方法，其特征在于所述方法包含如下步骤：

步骤一、实验参数初始化步骤：包括设定悬臂梁支撑架(2)、间隙位置调节架(9)的初始位置、设定垫片(7)的可选择厚度、设定外部激励源；

步骤二、实验台组装步骤：根据步骤一所确定的初始化参数在底座(11)上设置并固定所述悬臂梁支撑架(2)和间隙位置调节架(9)；通过垫块(3)和悬臂梁紧固螺栓(1)将悬臂梁(4)固定在所述悬臂梁支撑架(2)上，并且所述悬臂梁(4)穿过所述间隙位置调节架(9)上的通孔，并与固定在所述间隙位置调节架(9)上的间隙刚度梁(10)处于基本平行的位置；通过间隙头紧固螺栓(5)将所述间隙头(6)固定在所述间隙刚度梁(10)上，在所述间隙头(6)与所述间隙刚度梁(10)之间还放置有垫片(7)；通过调节垫片(7)的厚度确定间隙的大小；

步骤三、实验测量步骤：通过所述间隙刚度梁(10)的弯曲刚度来等效间隙刚度，通过更换不同材料或不同厚度的所述间隙刚度梁(10)来实现间隙刚度的调节；通过激励设备给侧向放置的所述悬臂梁(4)施加激励，以使悬臂梁(4)在水平方向振动；通过将不同厚度和数量的垫片(7)垫在间隙头(6)与间隙刚度梁(10)之间，以形成不同大小的间隙，并重复步骤三；

步骤四、通过数据采集设备对测量结果进行采集，并对采集得到的结果进行处理。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述间隙头具有半圆柱形的端部，以减小摩擦对于间隙的影响。