CN108593270B - 一种单自由度减振装置测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单自由度减振装置测试平台，包括框架、导向机构、移动平台、刚度构件、中心轴和数据处理系统，框架包括上平板、下平板和立柱，上平板和下平板分别固定在立柱的两端，导向机构固定于下平板上，移动平台与导向机构滑动连接，移动平台上设置有升降机构；刚度构件与立柱固定连接，刚度构件中心设置有通孔，中心轴一端贯穿通孔与待测装置固定连接，中心轴另一端用于接收力锤的振动冲击，中心轴上设置有加速度传感器，力锤上设置有力传感器，力传感器和加速度传感器分别将力和加速度信号传输给数据处理系统分析计算。本发明使用锤击法测试减振装置的刚度和阻尼系数，使实验人员通过观察、对比、分析对减振装置的减振性能有全面的了解。

Description

一种单自由度减振装置测试平台

技术领域

本发明涉及一种减振装置测试平台，特别是涉及一种单自由度减振装置测试平台。

背景技术

振动在机械设备中是非常常见并且难以避免的现象，振动量如果超过一定范围，设备将产生较大噪声，对周围环境产生不良影响，并且将严重影响设备的工作性能，缩短其使用寿命，使得相关零部件提前失效。因此，在现有的机械设备安装中，为了消除安装固定面振动对设备的影响，通常都在设备与固定面之间安装有减振装置。而实验能够更好的帮助理解振动学中抽象的概念和理论，因此，利用机械振动与控制实验装置进行实验和演示，可以使实验人员通过观察、对比、分析对减振装置的刚度或阻尼系数以及减振效果有全面的了解。减振装置的参数要根据应用需求来设计，也需要通过实验来测试才能应用，但目前尚未有一个成熟、简便的测试减振装置振动相关参数的方案的装置。因此，急需一种单自由度减振装置测试平台，方便的完成减振装置相关参数的测量，从而指导减振装置的设计。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种单自由度减振装置测试平台，结构简单、操作方便，可以有效地测试出减振装置的刚度和阻尼系数。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种单自由度减振装置测试平台，包括框架、导向机构、移动平台、刚度构件、中心轴和数据处理系统，所述框架包括上平板、下平板和立柱，所述上平板和所述下平板分别固定在所述立柱的两端，所述导向机构固定于所述下平板上，所述移动平台与所述导向机构滑动连接，所述移动平台上设置有升降机构，所述移动平台用于放置待测装置，所述升降机构用于控制所述移动平台沿所述导向机构上下移动；所述刚度构件与所述立柱固定连接，所述刚度构件上设置有通孔，所述中心轴一端贯穿所述通孔与所述待测装置固定连接，所述中心轴另一端用于接收力锤的振动冲击，所述中心轴上设置有加速度传感器，所述力锤上设置有力传感器，所述加速度传感器和所述力传感器将信号传输给所述数据处理系统进行分析计算。

可选的，所述刚度构件通过固定块与所述立柱固定连接，所述刚度构件优选为板簧。

可选的，所述中心轴上固定有固定环，所述固定环为两个，分别设置于所述刚度构件的上表面和下表面，所述固定环用于夹紧所述刚度构件，所述中心轴通过两个所述固定环固定于所述刚度构件上。

可选的，所述上平板和下平板上设置有减重孔和/或螺纹孔，所述移动平台上设置有螺纹孔。

可选的，所述中心轴另一端伸出所述框架。

可选的，所述中心轴上固定设置有质量块。

可选的，所述质量块通过两个固定环固定于所述中心轴上，所述两个固定环分别设置于所述质量块的上表面和下表面。

可选的，所述加速度传感器设置于所述质量块上。

可选的，所述刚度构件为上下两个，分别设置于所述质量块的两边。

可选的，所述数据处理系统包括数据采集器和计算机，所述数据采集器将所述加速度传感器和所述力传感器生成的模拟电压信号转换为数字信号传输给所述计算机进行处理分析，所述计算机根据激励力和响应加速度信息计算减振装置的刚度或阻尼系数。

本平台采用锤击法进行测试，所述计算机根据测试得到的激励力和响应加速度的信息计算出传递函数，进而计算刚度和阻尼系数。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中单自由度减振装置测试平台可以通过更换具有不同刚度的刚度构件以适应不同装置测试的需要；同时，本发明通过移动平台相对框架上下运动的设置形式，可以在不影响刚度构件的基础上方便的完成待测装置的拆装，从而保证本测试平台的刚度不变，提高了实验的稳定性；本发明利用机械振动与控制实验装置进行实验和演示，使实验人员通过观察、对比、分析对减振装置的振动相关参数以及减振性能有全面的了解，填补了测试减振装置阻尼效果的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的单自由度减振装置测试平台的示意图；

图2为实施例中的单自由度减振装置测试平台的左右二等角轴测图；

图3为实施例中的单自由度减振装置测试平台的后向全剖视图。

附图标记说明：1、框架；101、下平板；102、第一轴支座；103、立柱；104上平板；2、移动平台；3、导向机构；301、第二轴支座；302、导向轴；303、滑动轴承；4、升降机构；401、手轮；402、蜗轮蜗杆；403、螺母；404、丝杆；5、固定块；6、下板簧；7、上板簧；8、质量块；9、固定环；10、中心轴；11、力锤；12、加速度传感器；13、数据采集器；14、计算机；15、待测装置；1501、底盘；1502、铜管；1503、永磁铁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种单自由度减振装置测试平台，包括框架1、导向机构3、移动平台2、刚度构件、中心轴10和数据处理系统，框架1包括上平板104、下平板101和立柱103，上平板104和下平板101分别固定在立柱103的两端，导向机构3固定于下平板101上，移动平台2与导向机构3滑动连接，移动平台2上设置有升降机构4，移动平台2用于放置待测装置，升降机构4用于控制移动平台2沿导向机构3上下移动；导向机构3和升降机构4可使移动平台2上下移动，并可以保持在行程范围内任意位置；所述刚度构件与立柱103固定连接，所述刚度构件上设置有通孔，中心轴10一端贯穿所述通孔与所述待测装置固定连接，中心轴10的另一端用于接收力锤11的振动冲击，力锤11上设置有力传感器，中心轴10上设置有加速度传感器12，力传感器和加速度传感器12将激励力和响应加速度的信息传输给所述数据处理系统进行分析处理。

本实施例中提供了单自由度减振装置测试平台的一种框架结构，如图2-3所示，框架1由四根立柱103、上平板104和下平板101组成，上平板104和下平板101分别设置在立柱103的两端，分别通过第二轴支座102与立柱103固定连接。

为了减轻框架1的重量，如图2-3所示，上平板104和下平板101上可以挖一些减重孔来了减重，同时为了方便框架1与其他附件之间的连接，上平板104和下平板101上可以设置一些螺纹孔。

为了使所述刚度构件可沿立柱103上下调整，于本实施例中，如图1-3所示，所述刚度构件通过固定块5与立柱103固定连接，固定块5可以通过旋紧螺栓抱紧在立柱103的任意位置，螺栓螺母旋紧将所述刚度构件压在固定块5上。

所述刚度构件用于为待测装置提供一定的刚度，可以为板簧、弹簧、橡胶等。因为板簧产生的主要是变形引起的结构阻尼，比较小而且是可分析的，所以于本实施例中，如图1-3所示，所述刚度构件优选为板簧，可通过更换不同厚度的板簧或者叠加板簧来改变刚度，以适应不同装置测试的需要，还可以通过调节板簧的张紧力在一定范围内微调刚度；所述板簧中心设置有用于中心轴10贯穿的通孔，所述通孔处设置有固定环9，固定环9设置为两个，分别位于所述刚度构件的上表面和下表面，中心轴10贯穿所述通孔以及两个固定环9后，上下两个固定环9抱紧在中心轴10上，上下两个固定环9夹紧所述板簧，完成固定环9与所述板簧的固定连接。

为了方便将中心轴10固定于所述板簧上，并利于其调整，于本实施例中，如图2-3所示，中心轴10优选为螺杆，固定环9优选为六角螺母；所述板簧上表面和下表面上的六角螺母向中间旋紧即可将所述板簧与中心轴10固定，上下调整螺母即可改变中心轴10相对所述板簧的位置。

为了使结构更加简单，于本实施例中，如图2所示，所述板簧为十字交叉设置；进一步的，为了保持中心轴10的竖直，所述板簧设置上下两个，即上板簧7和下板簧6，同时对中心轴10还起到了导向作用。

为了方便对待测装置的输出端质量进行调整，于本实施例中，如图1-3所示，中心轴10上固定设置有质量块8，质量块8也是通过两个固定环9固定于中心轴10上，两个固定环9分别设置于质量块8的上表面和下表面，抱紧在中心轴10上，将质量块8夹紧，质量块8的相对位置都可以通过移动固定环9来调整。于本实施例中，质量块8可以是铁块等，选用不同大小的质量块8可以改变输出端质量，上板簧7和下板簧6的设置方式优选为对称设置于质量块8的两边，加速度传感器12优选设置于质量块8上，加速度传感器12根据振动中的加速度生成模拟电压信号，传输到数据处理系统。

为了便于对中心轴10施加振动冲击，于本实施例中，如图1-3所示，用于接收振动冲击的中心轴10另一端伸出框架1，通过力锤11对中心轴10施加振动冲击，力锤11中的力传感器根据激励力生成模拟电压信号传输到数据处理系统。

如图1所示，本实施例中的数据处理系统包括数据采集器13和计算机14，数据采集器13将加速度传感器12和力锤11中的力传感器生成的模拟电压信号转换为数字信号传输给计算机14进行处理分析，计算机14根据激励力和响应加速度信息计算减振装置的刚度或阻尼系数。

如图2-3所示，本实施例中移动平台2采用正方形铝板，上面攻阵列螺纹孔用于零件安装。升降机构4包括手轮401、蜗轮蜗杆402、螺母403和丝杆404，采用丝杆404、螺母403运动副作为升降机构，设置于移动平台2一侧的中点，采用涡轮蜗杆402减速并配有手轮401方便操作。

如图2-3所示，本实施例中导向机构3包括第二轴支座301、导向轴302和滑动轴承303；采用4组导向轴302与滑动轴承303分别设置于移动平台2的四角，导向轴302通过第二轴支座301固定在下平板101上。滑动轴承303优选为带锁紧扳手的直线轴承，在调整好移动平台工作位置后，可以锁定移动平台的位置，从而提高移动平台的安装刚度，最大程度减小振动试验过程中平台受力发生位移。

待测装置一般包含有一个输入端和一个输出端，作为隔振器使用时一般输入端安装在基座，输出端安装在被隔离对象中，本实施例中待测装置15的输入端和输出端分别与移动平台2和中心轴10固定连接。于本实施例中，待测装置15为一涡流阻尼减振器，如图2-3所示，输入端为一铜管1502，通过底盘1501的连接固定在移动平台2上，输出端为轴向阵列的永磁铁1503，通过永磁铁1503两端的螺母锁紧在中心轴10上。永磁铁1503和铜管1502发生相对运动时，根据电磁感应，在铜管1502中会产生涡电流，涡电流的大小与相对运动速度成正比，永磁铁1503在涡电流产生的磁场中受力，受力方向与运动方向相反，大小与运动速度成正比，也就是有阻尼效应，可用于减振。

本发明使用锤击法测试减振系统的刚度和阻尼系数，单自由度减振装置测试平台中板簧、质量块等附加装置的参数是已知量，根据锤击力和振动中加速度计算待测装置和板簧组成的振动系统的传递函数，进而计算此振动系统的刚度和阻尼系数，减去板簧等附加装置的刚度和阻尼系数即可得到待测装置的刚度和阻尼系数。具体使用方法如下：首先根据待测装置15的大小，旋转手轮401调整移动平台2的位置，要留出足够待测装置15的输入端向下运动直至与输出端脱离的空间。固定好上板簧7、下板簧6和中心轴10之后，首先微调移动平台2的位置，确保待测装置15处于正常工作状态，然后连接测试系统，用设置有力传感器的力锤11在竖直方向敲击中心轴，激发振动，中心轴10以及待测装置15一端自由振动，加速度传感器12测量冲击之后系统的加速度，加速度传感器12根据振动中的加速度生成模拟电压，传输到数据采集器13，数据采集器13将模拟电压转换为数字信号传输给计算机14进行处理，同时力传感器也会将力的信息经过如上步骤传输到计算机14中进行处理；计算机14根据得到的激励力和响应加速度的信息，计算出待测装置和测试平台组成的振动系统的传递函数T₁，根据固有频率得出刚度k₁，利用半功率带宽法计算出阻尼系数c₁。然后旋转手轮401，使待测装置15输入端与输出端脱离，继续用锤击法计算出无待测装置的系统的传递函数T₂，也就是测试平台的传递函数T₂，根据固有频率得出刚度k₂，利用半功率带宽法计算出阻尼系数c₂。待测的涡流阻尼减振器的阻尼系数即为c＝c₁-c₂，待测的涡流阻尼减振器的刚度即为k＝k₁-k₂。

需要说明的是，实施例中仅是提供了测试平台的一种框架结构，其他满足板簧安装要求的框架结构也可以；本发明中刚度构件与立柱的固定连接方式不仅仅局限于实施例中提供的固定连接方式，实施例仅是提供了一种优选的技术方案，只要能够实现刚度构件与立柱的固定连接即可；刚度构件与中心轴的固定连接方式不仅仅局限于实施例中提供的固定连接方式，实施例仅是提供了一种优选的技术方案，只要能够实现刚度构件与中心轴的固定连接即可；所述板簧的设置方式及其数量、上板簧和下板簧的设置方式及质量块的材质也不限于实施例，实施例仅是提供了一种优选的技术方案；中心轴的另一端不一定要伸出框架，只要能实现对中心轴的振动冲击即可；数据处理系统不仅仅局限于本实施例，只要能实现对加速度传感器生成的模拟电压进行转化处理即可；升降机构不仅仅局限于实施例，只要能实现移动平台的升降即可；导向机构不仅仅局限于实施例，只要能实现对移动平台的导向即可；实施例仅是提供了一种待测装置，本发明中的测试平台并不仅限于对实施例中的涡流阻尼减振器的振动相关参数以及减振性能的测试，本发明也可以对其他需要进行振动测试的装置进行测试。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种单自由度减振装置测试平台，其特征在于，包括框架、导向机构、移动平台、刚度构件、中心轴和数据处理系统，所述框架包括上平板、下平板和立柱，所述上平板和所述下平板分别固定在所述立柱的两端，所述导向机构固定于所述下平板上，所述移动平台与所述导向机构滑动连接，所述移动平台上设置有升降机构，所述移动平台用于放置待测装置，所述升降机构用于控制所述移动平台沿所述导向机构上下移动；所述刚度构件与所述立柱固定连接，所述刚度构件上设置有通孔，所述中心轴一端贯穿所述通孔与所述待测装置固定连接，所述中心轴另一端用于接收力锤的振动冲击，所述中心轴上固定有固定环，所述固定环为两个，分别设置于所述刚度构件的上表面和下表面，所述固定环用于夹紧所述刚度构件，所述中心轴通过两个所述固定环固定于所述刚度构件上，所述中心轴上设置有加速度传感器，所述力锤上设置有力传感器，所述加速度传感器和所述力传感器将信号传输给所述数据处理系统进行分析计算。

2.根据权利要求1所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述刚度构件通过固定块与所述立柱固定连接。

3.根据权利要求1所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述上平板和下平板上设置有减重孔和/或螺纹孔，所述移动平台上设置有螺纹孔。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述中心轴另一端伸出所述框架。

5.根据权利要求1所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述中心轴上固定设置有质量块。

6.根据权利要求5中所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述质量块通过两个固定环固定于所述中心轴上，所述两个固定环分别设置于所述质量块的上表面和下表面。

7.根据权利要求5或6所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述加速度传感器设置于所述质量块上。

8.根据权利要求5所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述刚度构件为上下两个，分别设置于所述质量块的两边。

9.根据权利要求1所述的单自由度减振装置测试平台，其特征在于，所述数据处理系统包括数据采集器和计算机，所述数据采集器将所述加速度传感器和所述力传感器生成的模拟电压信号转换为数字信号传输给所述计算机进行处理分析，所述计算机根据激励力和响应加速度信息计算减振装置的刚度或阻尼系数。