CN107167304A - 一种参数可调的铰间隙动力学特性研究试验台和试验方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种参数可调的铰间隙动力学特性研究试验台和试验方法，所述试验台包括含轴承孔的刚性梁、刚性梁固定组件、锁紧固定组件、试验台支承组件。通过更换部件进行试验，可获得不同间隙大小、不同锁紧刚度下试验台的动力学特性，为研究铰间隙对机械系统的非线性影响提供了理想的试验平台。该铰间隙非线性试验台的原理为：通过使用不同直径的螺纹销可实现间隙值大小的调节；通过更换锁紧固定装置可实现锁紧刚度大小的改变；进而研究铰间隙大小和锁紧刚度对于机械结构非线性的影响。本公开设计新颖，操作简单，结构合理，制造容易。

Description

一种参数可调的铰间隙动力学特性研究试验台和试验方法

技术领域

本公开属于铰接副机构领域，特别涉及一种参数可调的铰间隙动力学特性研究试验台和试验方法。

技术背景

对于在机械结构中大量使用的铰接副，由于正常转动的需要以及制造误差、安装误差、热效应等因素的影响，不可避免的存在间隙。由于铰间隙的存在，铰接结合面的相对位置会不断发生变化，这种不确定性必然导致机构的实际运动轨迹与期望运动轨迹之间发生偏离，从而导致机构运动精度和定位精度下降。另外，铰间隙的存在会使铰接部件之间产生剧烈的冲击碰撞，从而改变部件间的受力情况，导致部件间磨损加剧，严重影响机构可靠性。含铰间隙结构的非线性动力学特性研究有助于了解不同铰间隙非线性参数下系统的作用规律，为控制铰间隙的不良效应奠定基础。因此，研究参数可调的铰间隙非线性试验台具有重要的学术意义和工程价值。

发明内容

基于此，本发明公开了一种参数可调的铰间隙非线性动力学特性研究试验台，

所述试验台包括：含轴承孔的刚性梁、刚性梁固定组件、锁紧固定组件及试验台支承组件；

所述含轴承孔的刚性梁为试验台的受激励部件；

所述刚性梁固定组件和锁紧固定组件用于为所述试验台提供不同的铰间隙值和不同的锁紧刚度；

所述试验台支承组件用于紧固所述试验台的含轴承孔的刚性梁、刚性梁固定组件、锁紧固定组件，保证试验时试验台的稳定。

本发明还公开了一种参数可调的铰间隙非线性动力学特性研究试验方法，所述方法包含如下步骤：

S100、初始化实验参数；

S200、实验测量；

S201、通过所述锁紧固定装置的扭转弹簧的扭转刚度等效试验台的锁紧刚度，通过激振器给试验台施加水平激励，采集刚性梁的位移信号和加速度信号；

S202、通过更换锁紧固定装置改变试验台的刚度值，通过更换螺纹销改变含轴承孔的刚性梁与螺纹销之间的间隙值；

S203、重复步骤S301-S302三到五次；

S300、分析不同间隙值以及不同锁紧刚度对振动位移信号和加速度信号的影响，最终得到不同锁紧刚度和不同间隙值对动力学特性的影响规律。

本公开具有如下有益效果：

1)利用锁紧固定装置的扭转刚度等效试验台的锁紧刚度，并通过更换扭转刚度不同的锁紧固定装置实现对试验台锁紧刚度的调节，简单巧妙地解决了刚度因素变化的难题。

2)通过更换不同直径的螺纹销实现对铰间隙大小的调节，更换方便，可实现间隙值的准确调节，便于实验操作。

3)本公开能够研究机构铰间隙对非线性动力学特性的影响，包括不同铰间隙的非线性特性，不同铰间隙和不同锁紧刚度间的耦合关系，以及在这种耦合关系下系统的动态特性，对机构适用性强，应用范围广泛。

4)含轴承孔的刚性梁侧向放置，可以避免重力对于非线性的影响，而且便于激振器等实验仪器的安装。

5)本公开能够研究铰间隙和锁紧刚度对于机构动力学特性的影响，研究铰间隙和锁紧刚度对于机械系统的耦合影响。

6)本公开所述试验台结构紧凑，通用型强，加工装配容易；通过更换刚性梁固定组件和锁紧固定组件即可实现铰间隙和锁紧刚度的调节，操作简单，适合于铰间隙非线性试验的研究。

附图说明

图1为本公开一个实施例中参数可调的铰间隙非线性研究试验台的结构示意图；

图2为本公开一个实施例中参数可调的铰间隙非线性研究试验台的锁紧固定组件的结构示意图；

其中：1底座；2含轴承孔的刚性梁；3锁紧组件固定螺栓；4螺纹销；5止旋固定套环；6锁紧固定装置；7锁紧组件固定螺母；8支座；9支座紧固螺栓；10支座紧固螺母。

具体实施方式

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

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。

在一个实施例中，本公开揭示了一种参数可调的铰间隙非线性动力学特性研究试验台，所述试验台包括：含轴承孔的刚性梁、刚性梁固定组件、锁紧固定组件及试验台支承组件；

所述含轴承孔的刚性梁为试验台的受激励部件；

所述刚性梁固定组件和锁紧固定组件用于为所述试验台提供不同的铰间隙值和不同的锁紧刚度；

所述试验台支承组件用于紧固所述试验台的含轴承孔的刚性梁、刚性梁固定组件、锁紧固定组件，保证试验时试验台的稳定。

在本实施例中，所述含轴承孔的刚性梁用于消除重力对所述试验台刚性梁连接处间隙效应的影响，而且便于实验时激振器等外部设备的安装；试验台通过更换刚性梁固定组件和锁紧固定组件，能够获得不同的铰间隙值和不同的锁紧刚度，进而研究不同的铰间隙值和锁紧刚度对试验台非线性动力学特性的影响；所述试验台支承组件用于紧固所述试验台的各个组件，保证实验时试验台的稳定。

在一个实施例中，所述试验台支承组件包括：底座、支座、支座紧固螺栓和支座紧固螺母；

所述支座通过支座紧固螺栓固定在所述底座上；

所述支座紧固螺母用于和所述支座紧固螺栓相配合。

在一个实施例中，所述刚性梁固定组件包括：止旋固定套环和螺纹销；

所述螺纹销中间为光滑面，两侧有螺纹；

所述螺纹销的一端通过螺纹安装在所述支座上，中间的光滑面装有垫片和含轴承孔的刚性梁，另一端通过止旋固定套环固定所述含轴承孔的刚性梁。

在一个实施例中，所述锁紧固定组件包括：锁紧固定装置、锁紧组件固定螺栓和锁紧组件固定螺母；

所述锁紧固定装置包括扭转弹簧；

所述锁紧固定组件通过锁紧固定装置中的扭转弹簧实现对含轴承孔的刚性梁的限位，扭转弹簧的刚度使含轴承孔的刚性梁失去了水平转动的自由度，达到模仿铰间隙关节锁紧状态的效果，从而模拟真实工程环境；

所述锁紧固定组件通过锁紧组件固定螺栓固定在支座上；

所述锁紧组件固定螺母用于同锁紧组件固定螺栓相配合；

锁紧固定转置中的扭转弹簧焊接在钢板上，通过更换含有不同刚度的扭转弹簧的锁紧固定装置来实现对试验台锁紧刚度值的调节。

在本实施例中，利用锁紧固定装置6的扭转刚度等效试验台的锁紧刚度，并通过更换扭转刚度不同的锁紧固定装置6实现对试验台锁紧刚度的调节，简单巧妙地解决了刚度因素变化的难题。

在一个实施例中，所述试验台通过两个锁紧固定装置将含轴承孔的刚性梁进行锁紧，为含轴承孔的刚性梁添加锁紧刚度。

在一个实施例中，通过改变所述螺纹销中间光滑部分的直径实现铰间隙大小的调节。

在本实施例中，通过更换不同直径的螺纹销实现对铰间隙大小的调节，更换方便，可实现间隙值的准确调节，便于实验操作。

在一个实施例中，所述含轴承孔的刚性梁通过刚性梁固定组件固定竖直方向自由度，并与试验台支承组件连接；

所述锁紧固定组件、含轴承孔的刚性梁分别和试验台支承组件相连接，保证所述含轴承孔的刚性梁水平方向的自由度。

在一个实施例中，本公开揭示了一种参数可调的铰间隙非线性动力学特性研究试验方法，所述方法包含如下步骤：

S100、初始化实验参数；

S200、实验测量；

S201、通过所述锁紧固定装置的扭转弹簧的扭转刚度等效试验台的锁紧刚度，通过激振器给试验台施加水平激励，采集刚性梁的位移信号和加速度信号；

S202、通过更换锁紧固定装置改变试验台的刚度值，通过更换螺纹销改变含轴承孔的刚性梁与螺纹销之间的间隙值；

S203、重复步骤S301-S302三到五次；

S300、分析不同间隙值以及不同锁紧刚度对振动位移信号和加速度信号的影响，最终得到不同锁紧刚度和不同间隙值对动力学特性的影响规律。

在一个实施例中，步骤S100具体为：准备光滑面具有不同直径的螺纹销、不同扭转刚度的锁紧固定装置，设定外部激振器，准备位移、加速度传感器和数据采集仪。

在一个实施例中，

所述方法还包括在实验测量之前组装试验台，具体包括以下步骤：

S21、在所述底座上设置并固定所述支座；

S22、通过止旋固定套环固定含轴承孔的刚性梁，调节含轴承孔的刚性梁固定组件的初始位置，使含轴承孔的刚性梁与试验台底座平行；

S23、安装两套锁紧固定组件，保持锁紧固定装置的扭转弹簧和含轴承孔的刚性梁接触；

S24、调整外部激振器和试验台的相对位置，将激振器对准含轴承孔的刚性梁根部，保证激励能够稳定的输出。

在一个实施例中，参照图1及图2所示，一种参数可调的铰间隙非线性研究试验台，包括含轴承孔的刚性梁2、刚性梁固定组件、锁紧固定组件、试验台支承组件等。通过刚性梁固定组件和锁紧固定组件，获得不同铰间隙值和不同锁紧刚度，研究铰间隙值和锁紧刚度对机构动力学特性的影响。

其中刚性梁固定组件由止旋固定套环5和螺纹销4组成，该组件通过螺纹销4固定在试验台的支座8上。螺纹销4与含轴承孔的刚性梁2的接触部分为光滑面，能够减小摩擦力对于间隙的影响。止旋固定套环5通过螺纹将含轴承孔的刚性梁2固定住，避免含轴承孔的刚性梁2另一端下坠，同时止旋固定套环6不能将含轴承孔的刚性梁2固定太紧，避免影响间隙效应的作用。

锁紧固定组件由锁紧固定装置6、锁紧组件固定螺栓3和锁紧组件固定螺母7组成，该组件通过扭转弹簧实现对含轴承孔的刚性梁2的限位，添加锁紧刚度，锁紧固定组件通过锁紧组件固定螺栓3固定在支座8上。锁紧固定转置4中的扭转弹簧焊接在钢板上，通过更换含有不同刚度的扭转弹簧的锁紧固定装置6来实现试验台锁紧刚度值的调节。

试验台支承组件由底座1、支座8、支座紧固螺栓9和支座紧固螺母10组成。所述底座1上开有倒T型槽，支座8通过支座紧固螺栓9固定在底座1的T型槽内，使整个铰间隙非线性试验台稳定工作。

在一个实施例中，本公开揭示了一种使用铰间隙非线性试验台进行可调铰间隙和可调锁紧刚度的实验方法，包括以下步骤：

步骤一、初始化实验参数：包括准备不同光滑面直径的螺纹销4、不同扭转刚度的锁紧固定装置6，设定外部激振器、位移、加速度传感器和数据采集仪等。

步骤二、组装试验台：根据步骤一设定的初始化参数，在所述底座1上设置并固定所述支座8；通过止旋固定套环5安装固定含轴承孔的刚性梁2，调节刚性梁固定组件的初始位置，使含轴承孔的刚性梁2与试验台底座1平行；安装两套锁紧固定组件，保持锁紧固定装置6的扭转弹簧和含轴承孔的刚性梁2刚好接触；调整外部激振器和试验台的相对位置，将激振器对准含轴承孔的刚性梁2根部，保证激励能够稳定地输出。

步骤三、实验测量：通过所述锁紧固定装置6的弹簧的扭转刚度等效试验台的锁紧刚度，通过激振器给试验台施加水平激励，使含轴承孔的刚性梁2在水平方向上发生振动；更换锁紧固定装置6改变试验台的锁紧刚度值，更换螺纹销4来改变铰间隙值，并重复步骤三。

步骤四、通过数据采集器对测量结果进行采集，并将采集到的数据进行分析处理。

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

Claims (9)

1.一种参数可调的铰间隙动力学特性研究试验台，其特征在于，所述试验台包括：含轴承孔的刚性梁、刚性梁固定组件、锁紧固定组件及试验台支承组件；

所述含轴承孔的刚性梁为试验台的受激励部件；

所述刚性梁固定组件和锁紧固定组件用于为所述试验台提供不同的铰间隙值和不同的锁紧刚度；

所述试验台支承组件用于紧固所述含轴承孔的刚性梁、刚性梁固定组件、锁紧固定组件。

2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，优选的，所述试验台支承组件包括：底座、支座、支座紧固螺栓和支座紧固螺母；

所述支座通过支座紧固螺栓固定在所述底座上；

所述支座紧固螺母用于和所述支座紧固螺栓相配合。

3.根据权利要求2所述的试验台，其特征在于，所述刚性梁固定组件包括：止旋固定套环和螺纹销；

所述螺纹销中间为光滑面，两侧具有螺纹；

所述螺纹销的一端通过螺纹安装在所述支座上，中间的光滑面装有垫片和含轴承孔的刚性梁，另一端通过止旋固定套环固定所述含轴承孔的刚性梁。

4.根据权利要求3所述的试验台，其特征在于：所述锁紧固定组件包括：锁紧固定装置、锁紧组件固定螺栓和锁紧组件固定螺母；

所述锁紧固定装置包括扭转弹簧；

所述锁紧固定组件通过扭转弹簧实现对含轴承孔的刚性梁的限位；

所述锁紧固定组件通过锁紧组件固定螺栓固定在支座上；

所述锁紧组件固定螺母用于同锁紧组件固定螺栓相配合；

所述扭转弹簧焊接在支座上，通过更换不同刚度的扭转弹簧的锁紧固定装置来实现对试验台锁紧刚度值的调节。

5.根据权利要求4所述的试验台，其特征在于：所述试验台通过两个锁紧固定装置将含轴承孔的刚性梁进行锁紧，为含轴承孔的刚性梁添加转动刚度。

6.根据权利要求3所述的试验台，其特征在于：所述试验台通过改变所述螺纹销中间光滑部分的直径来实现铰间隙大小的调节。

7.一种基于权利要求1-6所述的参数可调的铰间隙非线性动力学特性研究试验方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：

S100、初始化实验参数；

S200、实验测量；

S201、通过所述锁紧固定装置的扭转弹簧的扭转刚度等效试验台的锁紧刚度，通过激振器给试验台施加水平激励，采集刚性梁的位移信号和加速度信号；

S202、通过更换锁紧固定装置改变试验台的刚度值，通过更换螺纹销改变含轴承孔的刚性梁与螺纹销之间的间隙值；

S203、重复步骤S301-S302三到五次；

S300、分析不同间隙值以及不同锁紧刚度对振动位移信号和加速度信号的影响，最终得到不同锁紧刚度和不同间隙值对动力学特性的影响规律。

8.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于：步骤S100具体为：准备多个光滑面具有不同直径的螺纹销、多个具有不同扭转刚度的锁紧固定装置，设定外部激振器，准备位移、加速度传感器和数据采集仪。

9.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，所述方法还包括在实验测量之前组装试验台，具体包括以下步骤：

S21、在所述底座上设置并固定所述支座；

S22、通过止旋固定套环固定含轴承孔的刚性梁，调节含轴承孔的刚性梁固定组件的初始位置，使含轴承孔的刚性梁与试验台底座平行；

S23、安装两套锁紧固定组件，保持锁紧固定装置的扭转弹簧和含轴承孔的刚性梁接触；

S24、调整外部激振器和试验台的相对位置，将激振器对准含轴承孔的刚性梁根部，保证激励能够稳定的输出。