CN106769838B - 一种可变环境温度的材料阻尼测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变环境温度的材料阻尼测试装置，包括：高低温控制柜、高低温试验箱、试件库、试件夹具装置、机械手臂装置、电气控制与数据采集系统、计算机控制与分析系统、非接触式激振器和电涡流传感器；高低温控制柜可控制高低温试验箱的温度，且与高低温试验箱分开安装；机械手臂装置置于高低温试验箱内，机械手臂装置通过螺栓固定；试件库通过滑块轨道系统置于高低温试验箱侧壁；电气控制与数据采集系统与非接触式激振器、电涡流传感器、机械手臂装置、试件夹具装置及滑块轨道系统电连接；计算机控制与分析系统与电气控制与数据采集系统相连，可方便的在温差变化较大的工作环境下测试材料阻尼。

Description

一种可变环境温度的材料阻尼测试装置

技术领域

本发明涉及材料特性测试技术领域，涉及一种材料特性测试设备，特别涉及一种可变环境温度的材料阻尼测试装置。

背景技术

材料的阻尼特性已经被人们熟知，利用传统的材料阻尼测试装置很容易测得材料的阻尼。但作为在温差变化较大的工作环境下，材料的阻尼并不是一成不变的，其阻尼特性受温度影响很大，特别是粘弹性复合材料。由于复合材料是一种新型的功能性结构材料，可实现设备结构较强阻尼减振性能，在航空航天、交通运输工程和国防工程等领域具有广泛的应用前景，而上述领域工作环境温差变化很大，所以研究温差变化很大的工作环境下的材料阻尼特性是非常必要的。而传统的材料阻尼测试装置并不能方便的在温差变化较大的工作环境下进行测试。故给材料阻尼特性的研究带来了不便。

为适应当下研究的需求，测试阻尼方便、快捷，测试精度满足要求，一种可变环境温度的材料阻尼测试装置是基于温度可调控技术、精密测试技术的材料阻尼测试装置。该装置适用于工作环境温度变化甚大的材料阻尼特性的测试，为研究人员在工程应用中提供可靠的研究依据。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可变环境温度的材料阻尼测试装置，解决现有材料阻尼测试装置不能方便的在温差变化较大的工作环境下进行测试的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可变环境温度的材料阻尼测试装置，其特征在于，包括：高低温控制柜、高低温试验箱、试件库、试件夹具装置、机械手臂装置、电气控制与数据采集系统、计算机控制与分析系统、非接触式激振器和电涡流传感器；其中，高低温控制柜可控制高低温试验箱的温度，且与高低温试验箱分开安装；机械手臂装置置于高低温试验箱内，机械手臂装置通过螺栓固定；试件库通过滑块轨道系统置于高低温试验箱侧壁；电气控制与数据采集系统与非接触式激振器、电涡流传感器、机械手臂装置、试件夹具装置及滑块轨道系统电连接；计算机控制与分析系统与电气控制与数据采集系统相连。

优选的，所述滑块轨道系统包括：箱体侧壁上的试件库双轨道、试件库单轨道、试件库滑块、试件库丝杠、试件库驱动滑块电机、试件库滑块挡板；其中，试件库单轨道横跨于试件库双轨道之上，试件库丝杠设置在试件库单轨道上，两端螺纹固定于试件库滑块挡板，一端的试件库滑块挡板上固定有与试件库丝杠一端连接的试件库驱动滑块电机，试件库丝杠穿过试件库滑块与其螺纹连接，所述试件库驱动滑块电机与电气控制与数据采集系统电连接。

优选的，高低温试验箱内还设置有阻尼测试装置底座，所述阻尼测试装置底座包括底座，所述底座上设置有支座，所述支座上设置有支架，试件夹具装置通过螺栓紧固连接在该支架上，所述底座上还设置有安装所述非接触式激振器和电涡流传感器的竖直支架，所述底座下方设置有测试装置的调平垫块；在所述底座上还设置有丝杠螺母式驱动方式的底座滑块轨道系统及夹具滑块轨道系统，所述底座滑块轨道系统驱动非接触式激振器和电涡流传感器在所述竖直支架上的远离与靠近，所述夹具滑块轨道系统驱动试件夹具装置在所述底座上上下移动。

优选的，调平垫块包括旋转螺栓、卡槽、活动件及调平垫块底座，所述螺栓设置在所述调平垫块底座上的所述卡槽中，所述旋转螺栓穿过所述调平垫块底座与所述活动件螺纹连接，并且所述调平垫块的活动件与所述调平垫块底座呈斜面接触，使活动件可上下微调。

优选的，所述试件库的箱体内开大、中、小三种槽若干个，对应装入不同试件。

优选的，所述试件夹具装置包括凸轮轴支架、凸轮轴、夹具下压块、夹具上压块、凸轮、曲柄、连杆及滑块，凸轮轴支架支持凸轮轴，并与夹具下压块固定连接，夹具下压块与柱销固定连接，夹具上压块穿过柱销，可上下移动，在夹具上、下压块之间柱销外圈放置弹簧；销穿过柱销上端；凸轮、曲柄、连杆、滑块通过凸轮轴、销轴依次连接，构成曲柄滑块机构；滑动滑块，使凸轮转动，从而压紧夹具上压块，继而夹紧试件。

优选的，分别通过一条导线及另一条导线实现电气控制与数据采集系统与非接触式激振器及电涡流传感器的连接。

优选的，机械手臂装置包括机械手支柱、底座套筒、机械手外环及机械手臂，所述机械手支柱与底座套筒旋转连接，所述机械手臂连接于所述机械手支柱顶端且外部套设所述机械手外环，所述机械手臂上还连接有机械手伸缩轴，可伸缩带动连杆伸缩动作，从而带动其前端设置的卡爪张合夹紧试件，所述机械手支柱的旋转动作和所述机械手伸缩轴的伸缩动作均采用电机驱动。

优选的，所述驱动滑块电机受电气控制与数据采集系统的控制，能实现电机的正转、反转和暂停，所述试件库、试件夹具装置、机械手臂装置选用不锈钢420制造。

优选的，所述计算机控制与分析系统可以设置参数，并将采集的数据进行分析，快速的显示分析结果。

优选的，所述连接非接触式激振器及电涡流传感器的导线采用高低温、高柔性阻燃电缆，所述电气控制与数据采集系统及计算机控制与分析系统连接电路中的弱电线路和强电线路分开布置，以降低对弱电信号的干扰。

本发明的上述技术方案的有益效果在于：

本发明采用主动控制的可变环境温度的材料阻尼测试装置，不需要多次开关高低温箱就可以达到实验目的，具有操作简便、定位准确、节约时间的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的测试装置示意图；

图3是本发明的轨道滑块装置结构示意图；

图4是本发明的传感器支架结构示意图；

图5是本发明的磁性表座结构示意图；

图6是本发明的调平垫块结构示意图；

图7是本发明的夹具结构示意图；

图8是本发明的机械手臂结构示意图；

图9是本发明的电机控制系统原理图；

附图标记说明

1、高低温控制柜；

2、高低温试验箱；

2-2、单轨道；

2-3、滑块；

2-3-1、销轴；

2-4、丝杠；

2-5、电机；

2-6、滑块挡板；

2-7、高低温箱接线孔；

3、传感器与非接触式激振器架；

3-1、支架错位器；

3-2、横向支架；

3-3、夹子；

3-4、竖直支架；

3-5、磁性表座；

4、阻尼测试装置底座；

4-1、夹具支架；

4-2、测试装置支座；

4-3、调平垫块；

4-4、底座双轨道；

4-5、底座；

4-6、底座单轨道；

4-7、单轨道滑块；

4-8、双轨道滑块；

5、试件库；

5-1、试件库箱体；

5-2、5-3、5-4、试件槽；

5-5、5-6、5-7、不同规格试件；

6、试件夹具装置；

6-1、凸轮轴支架；

6-2、夹具下压块；

6-3凸轮轴；

6-4、夹具上压块；

6-5、销轴；

6-6、凸轮；

6-7-1、6-7-2、曲柄；

6-8、柱销；

6-9、防脱销；

6-10、连接销；

6-11,、连杆；

6-12、连接销；

6-13、销孔；

6-14、夹具滑块；

7、机械手臂装置；

7-1、螺栓固定孔；

7-2、机械手臂底座；

7-3、底座套筒；

7-4、机械手支柱；

7-5、机械手臂；

7-6机械手外环；

7-7、机械手伸缩轴；

7-8、7-9-1、7-12-1、7-13-1、7-14-1连杆；

7-10-1、销轴；

8、电气控制与数据采集系统；

9、计算机控制与分析系统；

10-1、电涡流位移传感器；

10-2、电涡流位移传感器接线；

11-1非接触式激振器；11-2非接触式激振器接线。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

为了解决在温差变化较大的工作环境下进行材料阻尼测试的问题，如图1所示，本发明实施例提供的可变环境温度的材料阻尼测试装置，包括：高低温控制柜1、高低温试验箱2、试件库5、试件夹具装置6、机械手臂装置7、电气控制与数据采集系统8、计算机控制与分析系统9、非接触式激振器和电涡流传感器；其中，高低温控制柜1可控制高低温试验箱2的温度，按要求的程序升温，升温程序可调，并能实时控制；温度范围在-70℃到+150℃之间，温度波动度不大于1℃，二者分开安装，避免高低温控制柜1振动对阻尼测试产生影响，调整到合适温度后通过非接触式激振器和电涡流传感器进行测量；机械手臂装置7置于高低温试验箱2内，机械手臂装置7通过螺栓固定；试件库5通过滑块轨道系统置于高低温试验箱2侧壁，为测量提供试件；电气控制与数据采集系统8通过高低温试验箱连线孔2-7与非接触式激振器、电涡流传感器、机械手臂装置7、试件夹具装置6电连接；计算机控制与分析系统9与电气控制与数据采集系统8相连，并控制测试系统、进行数据的分析和测试结果的显示。

如图1和图3所示，所述滑块轨道系统包括：箱体侧壁上的试件库双轨道2-1、试件库单轨道2-2、试件库滑块2-3、试件库丝杠2-4、试件库驱动滑块电机2-5、试件库滑块挡板2-6；其中，试件库单轨道2-2横跨于试件库双轨道2-1之上，试件库丝杠2-4设置在试件库单轨道2-2上，两端螺纹固定于试件库滑块挡板2-6，一端的试件库滑块挡板2-6上固定有与试件库丝杠2-4一端连接的试件库驱动滑块电机2-5，试件库丝杠2-4穿过试件库滑块2-3与其螺纹连接，所述试件库驱动滑块电机2-5与电气控制与数据采集系统8电连接。其中，试件库单轨道2-2横跨于试件库双轨道2-1之上，在双轨道中，试件库丝杠2-4穿过试件库滑块2-3、试件库滑块挡板2-6与试件库驱动滑块电机2-5固定连接，与试件库滑块2-3通过螺纹连接，试件库滑块挡板2-6起支撑作用和阻挡滑块滑出轨道的作用，电气控制与数据采集系统8控制试件库驱动滑块电机2-5正转与反转，从而控制试件库丝杠2-4的正转与反转，继而控制试件库滑块2-3的直线运动，使得试件库可以置于高低温试验箱侧壁平面的给定范围内任意位置。

如图4所示，当调整好非接触式激振器和电涡流传感器距试件表面的距离，则固定错位器3-1和夹子3-2，同时，如图5所示，将旋钮3-5-2打到显示‘ON’的一侧，使得磁性表座3-5固定在滑块上，从而固定了非接触式激振器和电涡流传感器在竖直方向上的位置。

如图2所示，所述阻尼测试装置底座4包括：试件夹具装置6的支架4-1、测试装置支座4-2、测试装置的调平垫块4-3、底座双轨道4-4、底座4-5、底座单轨道4-6、单轨道滑块4-7、双轨道滑块4-8、底座丝杠、底座挡板、底座电机，夹具滑块轨道、夹具挡板、夹具电机。其中，支架4-1通过螺栓与试件夹具装置6紧固连接；底座滑块轨道系统、夹具滑块轨道系统与权利要求1所述的试件库滑块轨道系统原理、结构相似；底座双轨道4-4上一个底座丝杠穿过两个双轨道滑块4-8，其中一个滑块有螺纹，一个内孔相对较大，使得丝杠对其不产生作用，保证了两个传感器与非接触式激振器架3的距离可变。

如图6所示，旋转螺栓4-3-3，由于卡槽4-3-4的作用，螺栓4-3-3不发生轴向位移，而调平垫块的活动件4-3-2与调平垫块底座4-3-1呈斜面接触，与螺栓4-3-3通过螺纹连接，旋转螺栓4-3-3，可调节调平垫块的活动件4-3-2的高度，从而调节阻尼测试装置底座4的水平度。

如图2所示，试件库箱体5-1内开大、中、小三种槽5-2、5-3、5-4若干个，对应装入不同试件5-5、5-6、5-7，实现试件的快速更换。

如图7所示，所述试件夹具装置6通过凸轮轴支架6-1支持凸轮轴6-3，并与夹具下压块6-2固定连接，夹具下压块6-2与柱销6-8固定连接，夹具上压块6-4穿过柱销6-8，可上下移动，在上下压块之间柱销6-8外圈放置弹簧；销6-9穿过柱销6-8上端，防止夹具上压块6-4向上滑出；凸轮6-6、曲柄6-7-1、6-7-2、连杆6-11、滑块6-14通过凸轮轴6-3、销轴6-5、6-10、6-12依次连接，构成曲柄滑块机构；滑动滑块6-14，使凸轮6-6转动，从而压紧夹具上压块6-4，继而夹紧试件。

如图8所示，机械手臂装置7的底座7-2通过螺栓与高低温试验箱2固定连接，机械手支柱7-4与底座套筒7-3配合，并能旋转，机械手臂7-5与机械手外环7-6紧固连接，机械手伸缩轴7-7可沿着机械手臂7-5、机械手外环7-6伸缩带动连杆7-8、7-9-1、7-12-1、7-13-1、7-14-1做出一系列动作，使得连杆7-14-1、7-14-2上下张合，保证夹紧试件，并能将试件从试件库5移动到试件夹具装置6的上下压块中间。

其中，机械手支柱7-4上下两端装有电机，控制机械手支柱7-4的旋转和机械手伸缩轴7-7的平移。

其中，传感器与非接触式激振器架3支撑电涡流传感器10-1和非接触式激振器11-1，通过导线11-2控制非接触式激振器11-1，通过导线10-2采集信号输送给电气控制与数据采集系统8。夹具及机械手臂等测试机构选用不锈钢420(2Cr13)，它具有较高的硬度、韧性，较好的耐腐性、耐热强性和冷变形性能，可保证测试机构在高低温环境下不发生变形、从而保证其长期稳定的工作。各传感器信号线缆需选用高低温、高柔性阻燃电缆，以保证电缆的工作可靠性。将控制柜与测试的电器系统连接，弱电线路和强电线路分开布置，以降低对弱电信号的干扰。

如图9所示，驱动滑块电机2-5正转与反转的电气控制系统原理图显示，当合上QS，电路接通；当按下按钮SB1，电机正转，反转线路被锁；当按下按钮SB2，电机反转，正转线路被锁；当按下按钮SB3，电机正转、反转线路被锁；实现了滑块、转轴的实时启动、停止。该控制线路共9套，分别控制试件库上下移动和前后移动、非接触式激振器的前后移动和左右移动、电涡流传感器的前后移动和左右移动、夹具的张合、机械手臂的旋转与张合。

本发明的工作原理为：将各个系统连接完毕，电气控制系统8控制机械手臂7在数据库5中取所需试件移动到夹具位置，并由夹具6夹紧，机械手臂7离开夹具位置，以妨碍测量，控制系统8控制非接触式激振器和电涡流传感器移动到距试件合适的位置处，在计算机控制与分析系统9中设置需要的参数，开始测量，由高低温控制柜1调节温度到需要的值，保温一段时间，启动非接触式激振器，进行扫频，至少进行5次扫频，取测试结果的平均值，同时，电涡流传感器采集信号传输给电气控制与数据采集系统8，最后，由计算机控制与分析系统9进行分析处理，得出测试结果；调节由高低温控制柜1，进行下一个温度点的测试，如此循环，可完成一系列温度点的测试。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可变环境温度的材料阻尼测试装置，其特征在于，包括：高低温控制柜(1)、高低温试验箱(2)、试件库(5)、试件夹具装置(6)、机械手臂装置(7)、电气控制与数据采集系统(8)、计算机控制与分析系统(9)、非接触式激振器和电涡流传感器；其中，高低温控制柜(1)可控制高低温试验箱(2)的温度，且与高低温试验箱(2)分开安装；机械手臂装置(7)置于高低温试验箱(2)内，机械手臂装置(7)通过螺栓固定；试件库(5)通过滑块轨道系统置于高低温试验箱(2)侧壁；电气控制与数据采集系统(8)与非接触式激振器、电涡流传感器、机械手臂装置(7)、试件夹具装置(6)及滑块轨道系统电连接；计算机控制与分析系统(9)与电气控制与数据采集系统(8)相连；

所述滑块轨道系统包括：箱体侧壁上的试件库双轨道(2-1)、试件库单轨道(2-2)、试件库滑块(2-3)、试件库丝杠(2-4)、试件库驱动滑块电机(2-5)、试件库滑块挡板(2-6)；其中，试件库单轨道(2-2)横跨于试件库双轨道(2-1)之上，试件库丝杠(2-4)设置在试件库单轨道(2-2)上，两端螺纹固定于试件库滑块挡板(2-6)，一端的试件库滑块挡板(2-6)上固定有与试件库丝杠(2-4)一端连接的试件库驱动滑块电机(2-5)，试件库丝杠(2-4)穿过试件库滑块(2-3)与其螺纹连接，所述试件库驱动滑块电机(2-5)与电气控制与数据采集系统(8)电连接；

所述试件夹具装置(6)包括凸轮轴支架(6-1)、凸轮轴(6-3)、夹具下压块(6-2)、夹具上压块(6-4)、凸轮(6-6)、曲柄(6-7-1、6-7-2)、连杆(6-11)及滑块(6-14)，凸轮轴支架(6-1)支持凸轮轴(6-3)，并与夹具下压块(6-2)固定连接，夹具下压块(6-2)与柱销(6-8)固定连接，夹具上压块(6-4)穿过柱销(6-8)，可上下移动，在夹具上、下压块之间柱销(6-8)外圈放置弹簧；销(6-9)穿过柱销(6-8)上端；凸轮(6-6)、曲柄(6-7-1、6-7-2)、连杆(6-11)、滑块(6-14)通过凸轮轴(6-3)、销轴(6-5、6-10、6-12)依次连接，构成曲柄滑块机构；滑动滑块(6-14)，使凸轮(6-6)转动，从而压紧夹具上压块(6-4)，继而夹紧试件；

高低温试验箱(2)内还设置有阻尼测试装置底座(4)，所述阻尼测试装置底座(4)包括底座(4-5)，所述底座(4-5)上设置有支架(4-1)，试件夹具装置(6)的夹具下压块(6-2)通过螺栓紧固连接在该支架(4-1)上，所述底座(4-5)上还设置有底座双轨道(4-4)，并通过双轨道滑块固定连接磁性表座(3-5)，磁性表座(3-5)上设置有安装非接触式激振器(11-1)和电涡流位移传感器(10-1)的竖直支架(3-4)，所述底座(4-5)下方设置有测试装置的调平垫块(4-3)；在所述底座(4-5)上还设置有丝杠螺母式驱动方式的底座滑块轨道系统及夹具滑块轨道系统，所述底座滑块轨道系统驱动非接触式激振器和电涡流传感器在所述竖直支架(3-4)上的远离与靠近，所述夹具滑块轨道系统驱动试件夹具装置(6)在所述底座(4-5)上上下移动；

调平垫块(4-3)包括旋转螺栓(4-3-3)、卡槽(4-3-4)、活动件(4-3-2)及调平垫块底座(4-3-1)，旋转螺栓(4-3-3)设置在所述调平垫块底座(4-3-1)上的所述卡槽(4-3-4)中，所述旋转螺栓(4-3-3)穿过所述调平垫块底座(4-3-1)与所述活动件(4-3-2)螺纹驱动连接，并且所述调平垫块的活动件(4-3-2)与所述调平垫块底座(4-3-1)呈斜面接触。

2.根据权利要求1所述的可变环境温度的材料阻尼测试装置，其特征在于，所述试件库(5)的箱体(5-1)内开大、中、小三种槽(5-2、5-3、5-4)若干个，对应装入不同试件(5-5、5-6、5-7)。

3.根据权利要求1所述的可变环境温度的材料阻尼测试装置，其特征在于，分别通过一条导线(11-2)及另一条导线(10-2)实现电气控制与数据采集系统(8)与非接触式激振器(11-1)及电涡流传感器的连接。

4.根据权利要求1所述的可变环境温度的材料阻尼测试装置，其特征在于，机械手臂装置(7)包括机械手支柱(7-4)、底座套筒(7-3)、机械手外环(7-6)及机械手臂(7-5)，所述机械手支柱(7-4)与底座套筒(7-3)旋转连接，所述机械手臂(7-5)连接于所述机械手支柱(7-4)顶端且外部套设所述机械手外环(7-6)，所述机械手臂(7-5)上还连接有机械手伸缩轴(7-7)，可伸缩带动连杆(7-8、7-9-1、7-12-1、7-13-1、7-14-1)伸缩动作，从而带动其前端设置的卡爪张合夹紧试件，所述机械手支柱(7-4)的旋转动作和所述机械手伸缩轴(7-7)的伸缩动作均采用电机驱动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的可变环境温度的材料阻尼测试装置，其特征在于，所述驱动滑块电机(2-5)受电气控制与数据采集系统(8)的控制，能实现电机的正转、反转和暂停，所述试件库(5)、试件夹具装置(6)、机械手臂装置(7)选用不锈钢420制造。

6.根据权利要求5所述的可变环境温度的材料阻尼测试装置，其特征在于，所述计算机控制与分析系统(9)可以设置参数，并将采集的数据进行分析，快速的显示分析结果。

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