CN105158055A - 二阶特征频率检测接触刚度的方法与技术 - Google Patents

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CN105158055A CN201510227587.4A CN201510227587A CN105158055A CN 105158055 A CN105158055 A CN 105158055A CN 201510227587 A CN201510227587 A CN 201510227587A CN 105158055 A CN105158055 A CN 105158055A
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傅惠南
石远豪
梅迎春
邓新汉
李训登
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Abstract

二阶特征频率检测接触刚度的方法与技术。针对目前接触刚度检测手段十分有限,本发明提供一种能够在模仿接触副实际工作使用状况下有效和方便的接触刚度检测方法和技术,具体发明内容包括非破坏性检测技术原理和方案;设计一种利用二自由度振动系统固有特征频率获得所要检测接触面接触刚度的方法与技术;根据被检测接触表面及接触刚度检测要求设计由两个相应单自由度子系统构成二自由度振动系统;根据二自由度振动系统响应求解接触副的接触刚度;设计参数可调整的表面接触刚度检测装置结构。

Description

二阶特征频率检测接触刚度的方法与技术
技术领域
[0001] 本发明涉及表面接触刚度的检测技术和方法,表面接触广泛存在于机械零件的连 接、安装、固定,以及各种各样相互运动和相互作用的部件。接触刚度影响到这些相互接触 或相互运动零件或部件的功效、性能和动态效应。涉及机械结构、运动分析、可靠性、噪声、 装备性能等领域。
背景技术
[0002] 接触刚度是零件或部件接触表面在外力作用下抵抗接触变形的能力。接触刚度对 产品结构的性能、使用效果、设计分析等方面有很大影响,而机器整体刚度在大多场合下很 大程度上取决于零件之间的接触刚度。接触刚度包括工程中零部件的相互连接或接触,如 导轨、螺栓、夹具、轴承滚动体与滚道、机械手关节、齿轮啮合面等等,其表面连接或接触性 能与表面实际接触状况有关,直接影响到零部件使用功能和可靠性。另外,机械结构中对表 面接触副接触特点和性质描述中,经常涉及到表面接触刚度,为了更好地了解接触刚度对 表面接触性能的影响,人们展开了大量的研究。结合面接触刚度对机械结构的静特性、动态 特性以及机械振动和相应控制有明显影响,并且人们还注意到结合面的微观变形与其所受 法向压力呈非线性关系,表面接触刚度与所施加载荷一般也呈非线性函数关系。因此,要了 解接触表面的工作性质,迫切需要检测表面接触刚度的技术和方法。
[0003] 但目前接触刚度的检测手段还十分有限,有效和方便的检测技术是迫切需要的。
发明内容
[0004] 本发明要解决的问题是提供一种能够在模仿接触副实际工作使用状况下接触刚 度的检测方法和技术,发明内容一是非破坏性检测技术原理和方案,具体是设计一种利用 二自由度振动系统固有特征频率获得所要检测接触面接触刚度的方法与技术;
发明内容 [0005] 二是针对具体被检测接触表面,构建相应的二自由度振动系统;
发明内容 [0006] 三是根据二自由度振动系统响应求解接触副的接触刚度;
发明内容 [0007] 四是设计参数可调整的表面接触刚度检测装置结构。
[0008] 所采用二阶特征频率检测接触刚度的方法与技术方案如下。如图1,所设计的检 测接触刚度的装置是由两个单自由度单元子系统耦合组成二自由度振动系统。其中之一单 元子系统由被检测接触体中接触副之一的质量ml、相应刚度kl构成;其中另一单元子系统 由另一接触副的质量m2、相应刚度k2组成。质量ml是包括接触块A及其固定座(1)、弹性 梁(2)在内的等效质量;弹性梁(2)可以是弹性梁,也可以是弹簧以及其它弹性元件;质量 m2是包括接触块B及其固定座(3)、弹簧(4)在内的等效质量;弹簧(4)可以是弹簧,也可 以是弹性梁以及其它弹性元件。构建的二自由度振动系统,在一定的扰动下产生振动响应, 检测振动响应信息,通过响应信息的特征频率可以获取接触表面接触刚度。两个单元子系 统其参数可以根据检测需要更换或调整,以改变二自由度振动系统的特征频率、以及适应 不同的检测要求。
[0009] 二自由度振动系统在一定扰动下产生振动响应的特征频率与表面接触表面接触 刚度关系如下:
[0010] 如图2是二自由度振动系统模型,忽略阻尼时振动微分方程为
[0011]
Figure CN105158055AD00041
[0012] 该方程具有非0解得条件是
[0013]
Figure CN105158055AD00042
[0014] 式中k是接触表面接触刚度,ω为系统特征频率,依据振动微分方程可以求得接 触刚度k与系统固有模态频率关系为
[0015]
Figure CN105158055AD00043
[0016] ωΜ、〇。2分别为两个单元子系统固有频率。因此,由传感器(6)检测二自由度振 动响应,获得模态频率后即可求出表面接触刚度大小。
附图说明
[0017] 图1接触刚度检测装置示意图
[0018] (1)接触块A⑵弹性梁(3)接触块B (4)弹簧(5)夹持器(6)传感器
[0019] 图2二自由度系统分析模型(二自由度系统振动响应与接触刚度)
具体实施方式
[0020] 如图1所示,设计两个单自由度单元子系统,分别是由被检测接触体之一的接触 块A包括其固定装置组成质量ml、设计相应刚度为kl的弹性梁(2),组成单元子系统,质 量ml是可以根据需要组合、调整和更换大小,弹性梁(2)可以设计成弹性梁形式,也可以 设计成弹簧或其它弹性元件结构形式,弹性常数kl是可以根据需要组合、调整和更换以满 足不同测量需要,然后测量该单元子系统的振动响应固有频率另一单元子系统和由 另一接触体包括其固定装置组成质量m2、相应刚度k2构成,同样,质量m2是可以根据需要 组合、调整和更换大小,弹簧(4)可以设计成弹性梁形式,也可以设计成弹簧或其它弹性元 件结构形式,弹性常数k2是可以根据需要组合、调整和更换以满足不同测量需要,然后测 量该单元子系统的振动响应固有频率《。 2;将设计的两单元子系统耦合成二自由度振动系 统,其中接触块A和接触块B在一定的作用条件下构成了被测量接触副,对其接触刚度实施 检测。检测过程如下:首先施加一定压力于接触块A和接触块B之间;其次给以二自由度振 动系统一定的扰动,获得振动响应;再次,采集振动响应信息;然后通过振动响应信息获取 二自由度振动系统一阶模态频率W 1,或二阶模态频率ω2;最后根据设计的系统参数计算 出在作用条件下的接触刚度大小。根据检测需要更换或调整质量或刚度大小,以改变二自 由度振动系统的特征频率、以及适应不同的检测要求。

Claims (5)

1. 一种采用二阶特征频率检测接触刚度的方法与技术,其特征在于对被检测接触副构 建二自由度振动系统,检测二自由度振动响应信息,通过二自由度振动响应信息的特征频 率获取接触表面接触刚度的方法和技术。
2. 根据权利要求1所述的构建二自由度振动系统,其特征在于分别设计两单元子系 统,即由被检测接触体中之一组成的质量ml、相应刚度kl的单元子系统和由另一接触体组 成的质量m2、相应刚度k2的单元子系统,耦合构成二自由度振动系统。
3. 根据权利要求1所述的通过二自由度振动系统特征频率,获得接触表面接触刚度的 方法和技术,其特征在于接触刚度由下式计算,式中ω为系统特征频率,
Figure CN105158055AC00021
4. 根据权利要求2所述的构建二自由度振动系统的两个单元子系统,其特征在于设计 的两个单元子系统其参数可以根据检测需要更换或调整,以改变二自由度振动系统的特征 频率、以及适应不同的检测要求。
5. 根据权利要求2所述的两个单元子系统,其特征在于质量ml是包括接触块A及其 固定座(1)、弹性梁(2)在内的等效质量;弹性梁(2)可以是弹性梁,也可以是弹簧以及其 它弹性元件;质量m2是包括接触块B及其固定座(3)、弹簧(4)在内的等效质量;弹簧(4) 可以是弹簧,也可以是弹性梁以及其它弹性元件。
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库才高: "弹性浮动研磨振动影响因素分析与仿真计算", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *

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