CN107643185A - 一种接触阻尼测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接触阻尼测量装置及方法，装置包括工作台、测量支架、摆臂组件、平板试件、球形试件、夹持组件、激光位移传感器和反射板，测量支架安装在工作台上，摆臂组件的上端部铰接在测量支架的上部，平板试件安装在摆臂组件的下端部，平板试件上安装有反射板；测量支架一侧的工作台上安装有夹持组件，球形试件固定在夹持组件上；测量支架另一侧的工作台上安装有激光位移传感器；摆臂组件带动平板试件在测量支架的两侧往复运动，球形试件设置在平板试件的运行路径上，用于碰撞平板试件。本发明尤其适用于轨道交通车辆门系统内接触对的接触阻尼测量，提高了仿真建模的精度，测量方便，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆部件测量技术领域，具体涉及一种接触阻尼测量装置及方法。
背景技术
轨道交通车辆门系统的虚拟样机模型是一个复杂的多体动力学仿真模型，其中，传动系统和导向系统中相对运动零部件间的接触对是影响建立虚拟样机模型精度的主要因素，而接触对本身的仿真精度，主要由接触刚度和接触阻尼决定。
目前，现有技术中对接触阻尼的测量方法，主要是采用间接测量法，就是测量某个物理量，然后通过该物理量和接触阻尼之间的关系，求得接触阻尼，例如对振动信号进行分析，提取谐振频率，通过谐振频率和阻尼间的对应关系得到接触阻尼值；又例如通过绘制“载荷-位移”曲线，即迟滞回线来表征接触阻尼特性。
但是，上述的间接测量方法，得到的接触阻尼值的精度取决于间接量的实验精度，后续数据推导过程中也会引入理想假设误差，最终得到的接触阻尼值的精度很难评估，而且，实验测得的接触阻尼值是用于仿真建模的，仿真中直接采用实验值，很难得到高精度的模型，如何解决上述的问题，是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有的间接测量接触阻尼的方法，得到的接触阻尼值的精度很难评估的问题。本发明的接触阻尼测量装置及方法，对接触阻尼值进行直接测量，不需要数据推导，通过实验和仿真相结合的方法得到接触阻尼值，在获取接触阻尼参数的同时也能够对接触阻尼值进行仿真验证，在仿真模型中不再需要对接触阻尼值进行修正，尤其适用于轨道交通车辆门系统内接触对的接触阻尼测量，提高了仿真建模的精度，测量方便，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种接触阻尼测量装置，包括工作台、测量支架、摆臂组件、平板试件、球形试件、夹持组件、激光位移传感器和反射板，
所述测量支架安装在工作台上，所述摆臂组件的上端部铰接在测量支架的上部，所述平板试件安装在摆臂组件的下端部，所述平板试件上安装有反射板；
所述测量支架一侧的工作台上安装有夹持组件，所述球形试件固定在夹持组件上；
所述测量支架另一侧的工作台上安装有激光位移传感器，所述激光位移传感器用于接收反射板的反射光信号；
所述摆臂组件带动平板试件在测量支架的两侧往复运动，所述球形试件设置在平板试件的运行路径上，用于碰撞平板试件。
前述的一种接触阻尼测量装置，所述摆臂组件包括摆臂、摆臂配重，所述摆臂的上端部铰接在测量支架的上部，所述摆臂配重固定在述摆臂的下端部，所述平板试件固定在摆臂配重上。
前述的一种接触阻尼测量装置，所述反射板安装在平板试件靠近激光位移传感器的一侧面，所述平板试件的另一侧面，用于碰撞球形试件。
前述的一种接触阻尼测量装置，所述夹持组件包括夹持基座、夹持板，所述夹持基座安装在工作台上，所述夹持板将球形试件固定在夹持基座靠近测量支架的一侧面，便于球形试件接受平板试件的碰撞。
前述的一种接触阻尼测量装置，所述测量支架底部的两侧面均设置有加固块，所述加固块的截面为直角三角形形状，所述加固块的一条直角面紧贴工作台，另一条直角面紧贴对应的述测量支架底部侧面。
前述的一种接触阻尼测量装置，所述加固块中部为镂空形状。
基于接触阻尼测量装置的接触阻尼测量方法，包括以下步骤，
步骤（A），将测量支架上的夹持组件移开，拉动摆臂组件至激光位移传感器的一侧，将摆臂与竖直方向的角度为30度；
步骤（B），释放摆臂组件，让摆臂组件在测量支架上进行往复运动，平板试件与球形试件之间不发生碰撞，通过激光位移传感器接收反射板上的反射光信号，得到此过程中摆臂组件位移的摩擦衰减曲线A；
步骤（C），建立接触阻尼测量装置的仿真模型，在摆臂组件与测量支架之间建立旋转副，并在旋转副上添加摩擦力；
步骤（D），通过调整旋转副上摩擦系数的大小，得到与摩擦衰减曲线A相同的仿真曲线，得到此时对应的旋转副上的摩擦系数值，将接触阻尼测量装置仿真模型按照该摩擦系数值进行更新；
步骤（E），将夹持组件安装到测量支架上，再次拉动摆臂组件至激光位移传感器的一侧，将摆臂与竖直方向的角度为60度；
步骤（F），释放摆臂组件，让摆臂组件在测量支架上进行往复运动，此时，平板试件与球形试件之间发生碰撞，通过激光位移传感器接收反射板上的反射光信号，得到此过程中摆臂组件位移的摩擦衰减曲线B；
步骤（G），在更新后的接触阻尼测量装置仿真模型下，建立平板试件与球形试件之间的接触对，并计算该接触对的接触刚度，通过如公式（1）所述的赫兹接触理论计算，
K=4/[3×π×(Hi+Hj)]×R （1）
其中，K为接触刚度，Hi=(1-u12)/(π×E1)，Hj=(1-u22)/(π×E2)，E1为平板试件所用材料的杨氏模量，u1为平板试件所用材料的泊松比，E2为球形试件所用材料的杨氏模量，u2为球形试件所用材料的泊松比，R为球形试件的半径；
步骤（H），通过调整接触对的接触阻尼值，得到与摩擦衰减曲线B相同的仿真曲线，得到此时对应的接触对的接触阻尼值，该接触阻尼值作为最终的测量结果。
前述的接触阻尼测量方法，更换不同材料的平板试件和不同材料的球形试件，并通过添加和减少摆臂配重，确保摆臂组件的重量保持不变，重复步骤（E）到（H），得到不同材料组合的平板试件、球形试件之间的接触阻尼值。
本发明的有益效果是：本发明的接触阻尼测量装置及方法，对接触阻尼值进行直接测量，不需要数据推导，通过实验和仿真相结合的方法得到接触阻尼值，在获取接触阻尼参数的同时也能够对接触阻尼值进行仿真验证，在仿真模型中不再需要对接触阻尼值进行修正，尤其适用于轨道交通车辆门系统内接触对的接触阻尼测量，提高了仿真建模的精度，测量方便，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的接触阻尼测量装置的结构示意图;
图2是本发明的摆臂组件的结构示意图；
图3是本发明的夹持组件的结构示意图。
附图中标记的含义如下：
1：工作台；2：测量支架；201：加固块；3：摆臂组件；301：摆臂； 302：摆臂配重；4：平板试件；5：球形试件；6：夹持组件；601：夹持基座；602：夹持板；7：激光位移传感器；8：反射板。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的接触阻尼测量装置，包括工作台1、测量支架2、摆臂组件3、平板试件4、球形试件5、夹持组件6、激光位移传感器7和反射板8，
所述测量支架2安装在工作台1上，所述摆臂组件3的上端部铰接在测量支架2的上部，所述平板试件4安装在摆臂组件3的下端部，所述平板试件4上安装有反射板8；
所述测量支架2一侧的工作台1上安装有夹持组件6，所述球形试件5固定在夹持组件6上；
所述测量支架2另一侧的工作台1上安装有激光位移传感器7，所述激光位移传感器7用于接收反射板8的反射光信号；
所述摆臂组件3带动平板试件4在测量支架2的两侧往复运动，所述球形试件5设置在平板试件4的运行路径上，用于碰撞平板试件4，保证平板试件4在运动过程中，碰撞到球形试件5。
如图2所示，所述摆臂组件3包括摆臂301、摆臂配重302，所述摆臂301的上端部铰接在测量支架2的上部，所述摆臂配重302固定在述摆臂301的下端部，所述平板试件4固定在摆臂配重302上。
所述反射板8安装在平板试件4靠近激光位移传感器7的一侧面，所述平板试件4的另一侧面，用于碰撞球形试件5，保证激光位移传感器7能够接收到反射板8的反射光信号。
如图3所示，所述夹持组件6包括夹持基座601、夹持板602，所述夹持基座601安装在工作台1上，所述夹持板602将球形试件5固定在夹持基座601靠近测量支架2的一侧面，便于球形试件5接受平板试件4的碰撞。
优选的，所述测量支架2底部的两侧面均设置有加固块201，所述加固块201的截面为直角三角形形状，所述加固块201的一条直角面紧贴工作台1，另一条直角面紧贴对应的述测量支架2底部侧面。
所述加固块201中部为镂空形状，减少测量支架2的用料，降低成本。
根据上述的接触阻尼测量装置的接触阻尼测量方法，包括以下步骤，
步骤（A），将测量支架2上的夹持组件6移开，拉动摆臂组件3至激光位移传感器7的一侧，将摆臂301与竖直方向的角度为30度；
步骤（B），释放摆臂组件3，让摆臂组件3在测量支架2上进行往复运动，平板试件4与球形试件5之间不发生碰撞，通过激光位移传感器7接收反射板8上的反射光信号，得到此过程中摆臂组件3位移的摩擦衰减曲线A；
步骤（C），建立接触阻尼测量装置的仿真模型，在摆臂组件3与测量支架2之间建立旋转副，并在旋转副上添加摩擦力，本发明的仿真模型可在在多体动力学仿真软件RecurDyn内建立；
步骤（D），通过调整旋转副上摩擦系数的大小，得到与摩擦衰减曲线A相同的仿真曲线，得到此时对应的旋转副上的摩擦系数值，将接触阻尼测量装置仿真模型按照该摩擦系数值进行更新；
步骤（E），将夹持组件6安装到测量支架2上，再次拉动摆臂组件3至激光位移传感器7的一侧，将摆臂301与竖直方向的角度为60度；
步骤（F），释放摆臂组件3，让摆臂组件3在测量支架2上进行往复运动，此时，平板试件4与球形试件5之间发生碰撞，通过激光位移传感器7接收反射板8上的反射光信号，得到此过程中摆臂组件3位移的摩擦衰减曲线B；
步骤（G），在更新后的接触阻尼测量装置仿真模型下，建立平板试件4与球形试件5之间的接触对，，并计算该接触对的接触刚度，通过如公式1所述的赫兹接触理论计算，
K=4/[3×π×Hi+Hj]×R （1）
其中，K为接触刚度，Hi=1-u12/π×E1，Hj=1-u22/π×E2，E1为平板试件4所用材料的杨氏模量，u1为平板试件4所用材料的泊松比，E2为球形试件5所用材料的杨氏模量，u2为球形试件5所用材料的泊松比，R为球形试件5的半径；
步骤（H），通过调整接触对的接触阻尼值，得到与摩擦衰减曲线B相同的仿真曲线，得到此时对应的接触对的接触阻尼值，该接触阻尼值作为最终的测量结果。
本发明接触阻尼测量方法，可更换不同材料的平板试件4和不同材料的球形试件5，并通过添加和减少摆臂配重302，确保摆臂组件3的重量保持不变，重复步骤E到H，得到不同材料组合的平板试件4、球形试件5之间的接触阻尼值，可适用于轨道交通车辆门系统内接触对的接触阻尼测量，还可以适用于其他领域的接触对的接触阻尼测量。
综上所述，本发明的接触阻尼测量装置及方法，对接触阻尼值进行直接测量，不需要数据推导，通过实验和仿真相结合的方法得到接触阻尼值，在获取接触阻尼参数的同时也能够对接触阻尼值进行仿真验证，在仿真模型中不再需要对接触阻尼值进行修正，尤其适用于轨道交通车辆门系统内接触对的接触阻尼测量，提高了仿真建模的精度，测量方便，具有良好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种接触阻尼测量装置，其特征在于：包括工作台（1）、测量支架（2）、摆臂组件（3）、平板试件（4）、球形试件（5）、夹持组件（6）、激光位移传感器（7）和反射板（8），
所述测量支架（2）安装在工作台（1）上，所述摆臂组件（3）的上端部铰接在测量支架（2）的上部，所述平板试件（4）安装在摆臂组件（3）的下端部，所述平板试件（4）上安装有反射板（8）；
所述测量支架（2）一侧的工作台（1）上安装有夹持组件（6），所述球形试件（5）固定在夹持组件（6）上；
所述测量支架（2）另一侧的工作台（1）上安装有激光位移传感器（7），所述激光位移传感器（7）用于接收反射板（8）的反射光信号；
所述摆臂组件（3）带动平板试件（4）在测量支架（2）的两侧往复运动，所述球形试件（5）设置在平板试件（4）的运行路径上，用于碰撞平板试件（4）。
2.根据权利要求1所述的一种接触阻尼测量装置，其特征在于：所述摆臂组件（3）包括摆臂（301）、摆臂配重（302），所述摆臂（301）的上端部铰接在测量支架（2）的上部，所述摆臂配重（302）固定在述摆臂（301）的下端部，所述平板试件（4）固定在摆臂配重（302）上。
3.根据权利要求1所述的一种接触阻尼测量装置，其特征在于：所述反射板（8）安装在平板试件（4）靠近激光位移传感器（7）的一侧面，所述平板试件（4）的另一侧面，用于碰撞球形试件（5）。
4.根据权利要求1所述的一种接触阻尼测量装置，其特征在于：所述夹持组件（6）包括夹持基座（601）、夹持板（602），所述夹持基座（601）安装在工作台（1）上，所述夹持板（602）将球形试件（5）固定在夹持基座（601）靠近测量支架（2）的一侧面，便于球形试件（5）接受平板试件（4）的碰撞。
5.根据权利要求1所述的一种接触阻尼测量装置，其特征在于：所述测量支架（2）底部的两侧面均设置有加固块（201），所述加固块（201）的截面为直角三角形形状，所述加固块（201）的一条直角面紧贴工作台（1），另一条直角面紧贴对应的述测量支架（2）底部侧面。
6.根据权利要求5所述的一种接触阻尼测量装置，其特征在于：所述加固块（201）中部为镂空形状。
7.根据权利要求1-5任一项所述接触阻尼测量装置的接触阻尼测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），将测量支架（2）上的夹持组件（6）移开，拉动摆臂组件（3）至激光位移传感器（7）的一侧，将摆臂（301）与竖直方向的角度为30度；
步骤（B），释放摆臂组件（3），让摆臂组件（3）在测量支架（2）上进行往复运动，平板试件（4）与球形试件（5）之间不发生碰撞，通过激光位移传感器（7）接收反射板（8）上的反射光信号，得到此过程中摆臂组件（3）位移的摩擦衰减曲线A；
步骤（C），建立接触阻尼测量装置的仿真模型，在摆臂组件（3）与测量支架（2）之间建立旋转副，并在旋转副上添加摩擦力；
步骤（D），通过调整旋转副上摩擦系数的大小，得到与摩擦衰减曲线A相同的仿真曲线，得到此时对应的旋转副上的摩擦系数值，将接触阻尼测量装置仿真模型按照该摩擦系数值进行更新；
步骤（E），将夹持组件（6）安装到测量支架（2）上，再次拉动摆臂组件（3）至激光位移传感器（7）的一侧，将摆臂（301）与竖直方向的角度为60度；
步骤（F），释放摆臂组件（3），让摆臂组件（3）在测量支架（2）上进行往复运动，此时，平板试件（4）与球形试件（5）之间发生碰撞，通过激光位移传感器（7）接收反射板（8）上的反射光信号，得到此过程中摆臂组件（3）位移的摩擦衰减曲线B；
步骤（G），在更新后的接触阻尼测量装置仿真模型下，建立平板试件（4）与球形试件（5）之间的接触对，并计算该接触对的接触刚度，通过如公式（1）所述的赫兹接触理论计算，
K=4/[3×π×(Hi+Hj)]×R （1）
其中，K为接触刚度，Hi=(1-u12)/(π×E1)，Hj=(1-u22)/(π×E2)，E1为平板试件（4）所用材料的杨氏模量，u1为平板试件（4）所用材料的泊松比，E2为球形试件（5）所用材料的杨氏模量，u2为球形试件（5）所用材料的泊松比，R为球形试件（5）的半径；
步骤（H），通过调整接触对的接触阻尼值，得到与摩擦衰减曲线B相同的仿真曲线，得到此时对应的接触对的接触阻尼值，该接触阻尼值作为最终的测量结果。
8.根据权利要求7所述的接触阻尼测量方法，其特征在于：更换不同材料的平板试件（4）和不同材料的球形试件（5），并通过添加和减少摆臂配重（302），确保摆臂组件（3）的重量保持不变，重复步骤（E）到（H），得到不同材料组合的平板试件（4）、球形试件（5）之间的接触阻尼值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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