CN107101935B - 一种测量法向接触刚度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量法向接触刚度的方法，通过测量施加设定法向载荷后校正套筒的变形量δ3、n个轮盘的变形量δ4、“用最小二乘法对校正套筒的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与校正套筒的上下接触面之间的变形量之和δ1”和“用最小二乘法对n个轮盘的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与n个轮盘的上下接触面的变形量之和δ2”，从而得到n个轮盘之间结合面的变形量δn＝δ4‑δ3，则一个结合面的变形量为δ＝δn/(n‑1)，最终得到法向接触刚度kn＝F/δ。该方法测量精度高，可操作性和稳定性强。

Description

一种测量法向接触刚度的方法
技术领域
本发明涉及精密测量技术领域，尤其涉及基础科学研究中的一种测量法向接触刚度的方法。
背景技术
随着科技的不断进步，制造技术越来越先进，产品质量越来越稳定，对基础科学的研究提出了新的要求，其中对接触刚度的测量是一个重要的方面。在航空领域的燃气轮机及重型燃气轮机中，复杂的温度场、接触刚度特性对燃气轮机转子的动力学特性有重要的影响，甚至关系这燃气轮机运行过程中的稳定性、安全可靠性，机器整体的刚度在很大程度上取决于各零件之间的接触刚度，现有接触刚度特性的研究大多局限于理论和计算机仿真研究。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提出一种测量法向接触刚度的方法，其测量精度高，可操作性和稳定性强。
本发明所采用的技术方案是：
一种测量法向接触刚度的方法，包括以下步骤：
S1，将n个轮盘竖直摆放在万能试验机的下压头上，万能试验机的上压头压在n个轮盘上，千分表安装在上压头上，表头与下压头接触，其中n≥2；
S2，万能试验机对n个轮盘施加设定的法向载荷，千分表上显示的读数为δ01，δ01为上下压头与n个轮盘之间的相对位移，包括上下压头自身的变形量、n个轮盘的变形量和接触面的变形量；
S3，记录施加在n个轮盘的不同法向载荷和千分表的读数，绘制法向载荷与变形量对应关系图；
S4，将n个轮盘换成校正套筒，重复以上操作步骤，记录设定的法向载荷和对应的千分表读数δ02，并绘制法向载荷与变形量对应关系图，δ02为上下压头与校正套筒之间的相对位移，包括上下压头自身的变形量、校正套筒的变形量和接触面的变形量；
S5，计算n个轮盘的其中一个结合面的变形量δ；
S6，计算法向接触刚度kn，其关系式为kn＝F/δ，F为施加在被压试样的法向载荷。
进一步地，步骤S5包括：
S51，计算施加设定法向载荷后校正套筒的变形量δ3，其关系式为δ3＝δ02-δ1，式中，δ1是用最小二乘法对步骤S4中绘制的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与校正套筒的上下接触面之间的变形量之和；
S52，计算n个轮盘的变形量δ4，其关系式为δ4＝δ01-δ2，式中，δ2是用最小二乘法对步骤S3中绘制的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与n个轮盘的上下接触面的变形量之和；
S53，计算n个轮盘之间结合面的变形量δn，其关系式为δn＝δ4-δ3，则其中一个结合面的变形量δ＝δn/(n-1)。
进一步地，步骤S3包括：对多组轮盘的进行实验，每组轮盘的粗糙度不同，并绘制不同组轮盘的法向载荷与变形量对应关系图。
进一步地，轮盘中间设有止口，通过止口将n个轮盘组合在一起。
进一步地，校正套筒为n个轮盘叠加的圆筒式一体成型结构。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
由于使用万能试验机，使得力的施加更加精准；
采用以数字方式显示的千分表，可以任意位置设置、任意起始值设置，准确读数；
采用的测试轮盘的结构简单，能方便测量出法向接触刚度，并且采用的校正套筒，使测试数据更加精确；
可以采用多个角度和多组试样，使得测量数据更加可靠，可操作性和稳定性比较高。
附图说明
图1为本发明的装置示意图；
图2为本发明的轮盘的左视图和主视图；
图3为本发明的一组轮盘多次测试的法向载荷与变形量对应关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。
参照图1，本发明的装置包括万能试验机1、n个轮盘3、校正套筒和千分表5。测量时，n个轮盘3竖直摆放在万能试验机1的下压头2上，将万能试验机1的上压头4压在n个轮盘3上；千分表5通过机架固定在上压头4上，且表头与下压头2始终接触，用以测量上下压头之间的相对位移，其中n≥2。
参照图2，轮盘3中间设有止口，通过止口将n个轮盘3组合在一起。可以设置多组轮盘3进行测试，并且每组轮盘3的粗糙度不同。
利用万能试验机1作为压力源，对n个轮盘3施加设定的法向载荷，千分表5上显示的读数为δ01，该读数δ01的含义为上下压头与n个轮盘3之间的相对位移，包括上下压头自身的变形量、n个轮盘3的变形量和接触面的变形量。
为了提高测量精度，对n个轮盘3进行多次施压。记录施加在n个轮盘3上的不同法向载荷和对应的千分表5的读数，绘制法向载荷与变形量对应关系图。
参照图3，为保证测量精度，对一组轮盘3进行多次测量，取三次测量值画在图上。对不同组的轮盘3依次施压，重复上述步骤。
为了排除上下压头自身的变形量和上下压头与校正套筒的接触面的变形量，将n个轮盘3替换成校正套筒，重复以上操作步骤，记录设定的法向载荷和对应的千分表5读数δ02，并绘制法向载荷与变形量对应关系图。千分表5读数δ02为上下压头与校正套筒之间的相对位移，包括上下压头自身的变形量、校正套筒的变形量和接触面的变形量。
在计算得到n个轮盘3的其中一个结合面的变形量δ时，先计算得到施加设定法向载荷后校正套筒的变形量δ3和n个轮盘3的变形量δ4，其关系式如下：
δ3＝δ02-δ1 (1)
(1)式中，δ1是用最小二乘法对步骤S4中绘制的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与校正套筒的上下接触面之间的变形量之和。
δ4＝δ01-δ2 (2)
(2)式中，δ2是用最小二乘法对步骤S3中绘制的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与n个轮盘3的上下接触面的变形量之和。
再计算n个轮盘3之间n-1个结合面的变形量δn，其关系式为：
δn＝δ4-δ3 (3)
从而得到n个轮盘3的其中一个结合面的变形量，关系式为：
δ＝δn/(n-1) (4)
定义法向接触刚度为kn，其关系式为：
kn＝F/δ (5)
(5)式中，F为施加在被压试样的法向载荷。为了减小误差，多次测量求法向接触刚度，然后取平均值。
为了实现上述方法，本发明采用专用试样和校正套筒，专用试样包括n个轮盘3，n个轮盘3为一组，法向接触刚度测量时，n个轮盘3依次通过止口依次叠加组合在一起。专用试样还可以包括多组轮盘3，每组轮盘3的粗糙度不同，故可以测量不同粗糙度轮盘3的法向接触刚度。
本实施例中，校正套筒为n个轮盘3叠加的圆筒式一体成型结构。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种测量法向接触刚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将n个轮盘竖直摆放在万能试验机的下压头上，万能试验机的上压头压在n个轮盘上，千分表安装在上压头上，表头与下压头接触，其中n≥2；
S2，万能试验机对n个轮盘施加设定的法向载荷，千分表上显示的读数为δ01，δ01为上下压头与n个轮盘之间的相对位移，包括上下压头自身的变形量、n个轮盘的变形量和接触面的变形量；
S3，记录施加在n个轮盘的不同法向载荷和千分表的读数，绘制法向载荷与变形量对应关系图；步骤S3包括：对多组轮盘的进行实验，每组轮盘的粗糙度不同，并绘制不同组轮盘的法向载荷与变形量对应关系图；
S4，将n个轮盘换成校正套筒，重复以上操作步骤，记录设定的法向载荷和对应的千分表读数δ02，并绘制法向载荷与变形量对应关系图，δ02为上下压头与校正套筒之间的相对位移，包括上下压头自身的变形量、校正套筒的变形量和接触面的变形量；
S5，计算n个轮盘的其中一个结合面的变形量δ：
S51，计算施加设定法向载荷后校正套筒的变形量δ3，其关系式为δ3＝δ02-δ1，式中，δ1是用最小二乘法对步骤S4中绘制的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与校正套筒的上下接触面之间的变形量之和；
S52，计算n个轮盘的变形量δ4，其关系式为δ4＝δ01-δ2，式中，δ2是用最小二乘法对步骤S3中绘制的法向载荷与变形量对应关系图进行拟合，得到当法向载荷为零时，上下压头自身的变形量和上下压头与n个轮盘的上下接触面的变形量之和；
S53，计算n个轮盘之间结合面的变形量δn，其关系式为δn＝δ4-δ3，则其中一个结合面的变形量δ＝δn/(n-1)；
S6，计算法向接触刚度kn，其关系式为kn＝F/δ，F为施加在被压试样的法向载荷。
2.如权利要求1所述的一种测量法向接触刚度的方法，其特征在于，轮盘中间设有止口，通过止口将n个轮盘组合在一起。
3.如权利要求1所述的一种测量法向接触刚度的方法，其特征在于，校正套筒为n个轮盘叠加的圆筒式一体成型结构。
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