CN206095565U - 一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置 - Google Patents

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赖雄鸣
黄河
赖琴芳
王成
张勇
杨建红
房怀英
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Huaqiao University
Fujian South Highway Machinery Co Ltd
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Fujian South Highway Machinery Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开的一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，包括金属球、金属板、速度传感器和采集卡，所述金属球位于金属板上方，且金属球与金属板距离固定，速度传感器放置在金属板上，采集卡与速度传感器电连接。本实用新型结构简单易操作，通过测试金属材料接触碰撞过程中的时间变化，即可获得精确的碰撞恢复系数，相比传统的速度测量、动态高度测量更容易，提高了测量精度。

Description

一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置
技术领域
本实用新型涉及金属材料试验技术领域，特别涉及一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置。
背景技术
在机构运动分析中，两构件通过点接触或线接触而构成的高副属于基本运动副之一。为了精确计算高副中两个构件之间在相对滑动导致的磨损，往往需要获得两构件之间接触中发生的碰撞力及其材料接触变形信息，为了获取碰撞力与材料接触变形的关系中包含阻尼滞后效应，必须确定两种金属材料之间的碰撞恢复系数。
不同金属材料接触碰撞，其碰撞恢复系数也是不一样的，现有测量方法一般通过精确测量碰撞材料的前后速度变化，以获得碰撞恢复系数。而精确检测速度一般难以进行。此外，测量碰撞材料碰撞前后的弹跳高度变化，也是一种有效测量方式，但是材料碰撞后弹起的高度变化是动态的，准确获得其弹起后的最高高度值也比较困难，影响了碰撞恢复系数的计算结果精度。一旦能够精确获得该碰撞恢复系数，则可以获得高副中两构件之间碰撞力与金属材料接触变形中的阻尼滞后效应，从而有利于计算高副中两构件之间的磨损寿命。
如图1所示，材料1和材料2(均为金属材料)在接触碰撞中沿着公切线方向相对滑动，其相对滑动速度为V1，FN和FN'为大小相等方向相反的法向碰撞力。该碰撞力和变形量的关系如式(1)所示：
其中，式(1)中的第一项表示刚度项，第二项表示阻尼滞后项，K为刚度系数，δ为变形量，为变形速度，n为接触变形的幂指数，D为阻尼系数，具体形式如式(2)所示：
由式(2)可以看出，为了获得阻尼系数D，必须获得材料的碰撞恢复系数e。有鉴于此，本发明人研制出一种可快速有效地确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，其结构简单易操作，通过测试金属材料接触碰撞过程中的时间变化，即可获得精确的碰撞恢复系数，相比传统的速度测量、动态高度测量更容易，测量精度也更高。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，包括金属球、金属板、速度传感器和采集卡；所述金属球位于金属板上方，且金属球与金属板距离固定，速度传感器放置在金属板上，采集卡与速度传感器电连接。
所述试验装置还包括底座、支架和横梁；所述金属板和支架固定在底座上，横梁安装在支架上，且横梁位于金属板上方，金属球嵌置于横梁中。
所述试验装置还包括计算机，计算机与采集卡电连接。
所述金属板为长方板。
采用上述方案后，本实用新型工作原理如下：将金属球从固定高度掉落至金属板上，金属球与金属板碰撞后弹起，然后又落下、弹起，直至金属球停止在金属板上，加速度传感器记录此过程中金属球加速度变化信息(包括加速度值和时间值)，采集卡将加速度变化信息采集起来，根据加速度变化信息便可计算出恢复系数。
本实用新型的有益效果是：试验装置简单易行，成本低，能够通过该装置精确测得金属球与金属板碰撞后加速度随时间变化信息，可用于确定任意接触碰撞材料的恢复系数，从而获得接触碰撞材料中的阻尼滞后影响，进而为获得高副中两接触碰撞材料的磨损情况及其寿命评估提供必要条件。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
附图说明
图1是两种金属材料构成的接触碰撞示意图；
图2是本实用新型装置的结构示意图；
图3是加速度随时间变化曲线图。
标号说明
金属球 1，金属板 2，速度传感器 3，采集卡 4，底座 5，支架 6，横梁 7，计算机 8
具体实施方式
如图2所示，本实用新型揭示的一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，包括金属球1、金属板2、速度传感器3和采集卡4；所述金属球1位于金属板2上方，且金属球1与金属板2距离固定，速度传感器3放置在金属板2上，采集卡4与速度传感器3电连接。
所述试验装置还包括底座5、支架6和横梁7；所述金属板2和支架6固定在底座5上，横梁7安装在支架6上，且横梁7位于金属板2上方，金属球1嵌置于横梁7中。
所述试验装置还包括计算机8，计算机8与采集卡4电连接，计算机8能够实时获取采集卡4所采集的数据，并且可通过成图等方式快速给出加速度随时间变化的趋势图。
本实施例中，所述金属板2为长方板，金属球1在金属板2中跳动位置不固定，因此长方形板可有效避免金属球从长方板中跳出。
以下为本实用新型的试验原理：
将金属球1从固定高度掉落至金属板2上，金属球1与金属板2碰撞后弹起，然后又落下、弹起，直至金属球1停止在金属板2上，加速度传感器3记录此过程中金属球加速度变化信息(包括加速度值和时间值)，采集卡4将加速度变化信息采集起来，根据加速度变化信息便可计算出恢复系数。
以下为利用本实用新型的试验装置测得的实例数据和数据处理过程：
表1 加速度随时间变化的试验数据
参照3所示为加速度随时间变化曲线。
试验数据处理方法如下：
(1)从图3中取8个加速度峰值对应的时间，分别如下表2所示：
序号 1 2 3 4 5
时间(s) 1.263 1.641 1.914 2.125 2.298
序号 6 7 8 9
时间(s) 2.446 2.568 2.67 2.762
(2)计算8个时间对应的时间间隔Δti，如下表3所示：
序号 1 2 3 4
时间间隔Δti 0.378 0.273 0.211 0.173
序号 5 6 7 8
时间间隔Δti 0.148 0.122 0.102 0.092
(3)根据令n分别为4和8，可计算T4＝1.035和T8＝1.642；
(4)根据令n＝4，可计算e为0.8751。
以上仅为本实用新型的具体实施例，并非对本实用新型的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (3)

1.一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，其特征在于：包括金属球、金属板、速度传感器和采集卡；所述金属球位于金属板上方，且金属球与金属板距离固定，速度传感器放置在金属板上，采集卡与速度传感器电连接；所述试验装置还包括计算机，计算机与采集卡电连接。
2.如权利要求1所述的一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括底座、支架和横梁；所述金属板和支架固定在底座上，横梁安装在支架上，且横梁位于金属板上方，金属球嵌置于横梁中。
3.如权利要求1所述的一种确定金属材料接触碰撞中恢复系数的试验装置，其特征在于：所述金属板为长方板。
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