CN213336743U - 一种封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置，属于旋转圆盘测试领域，主要由有机玻璃底板、有机玻璃上盖、位移传感器、转速表、压强传感器、声音传感器、薄圆盘、电机、电机底座以及电磁铁组成。电机和有机玻璃底板固定在电机底座上，有机玻璃上盖与底板间加入密封圈和密封胶构造封闭腔室并由螺栓、螺母紧固；通过调整铝制垫片数目更改圆盘高度，通过软件程序控制电机转速，经位移、压强及声音传感器可获得封闭腔内旋转圆盘在不同高度、转速情况下的振动位移、压强和噪声信号，从而进行旋转圆盘的气固耦合规律测试。此外，本实用新型具有结构简单，操作方便，易于控制，成本较低等优点。

Description

一种封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置

技术领域

本实用新型属于旋转圆盘测试领域，具体涉及一种在封闭腔内旋转圆盘与流体的耦合规律测试装置。

背景技术

旋转圆盘作为一种典型的机械结构，一直以来都被广泛地应用于各种生产实践中。例如，圆锯的锯片、机械式硬盘的磁盘以及光驱光盘等等。在这些产品中，旋转圆盘无一例外都充当着关键部件，以至于旋转圆盘对于机械的使用寿命、运转性能、工作效率等都起着至关重要的作用。

近年来，国内外学者对旋转圆盘的研究越来越多，主要分为三个方面：圆盘转动失稳的主要原因；旋转圆盘振动噪声的产生机理；旋转圆盘与流体之间的耦合规律。通过对旋转圆盘的研究发现，旋转圆盘表面的流体流动是导致圆盘转动失稳的主要原因；旋转圆盘振动噪声的产生机理与其他机械设备不同，如机械式硬盘的噪声是由磁盘在读写过程中磁头扰动产生的；旋转圆盘与表面流体的相互作用会使圆盘发生变形，会大大增加旋转圆盘与其他部件发生碰撞造成设备故障的概率。

针对以上问题，本实用新型以机械式硬盘为研究背景，设计一种探究封闭腔室内空气的流动特性和进行旋转圆盘的气固耦合规律测试的装置，对于旋转圆盘的研究很有必要性和实用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测试封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律的装置，可以测定旋转圆盘在不同高度、转速下的振动位移、压强和噪声信号，并通过数据采集卡将实验数据传输到计算机上进行处理分析。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置，主要由有机玻璃底板、有机玻璃上盖、位移传感器、转速表、压强传感器、声音传感器、薄圆盘、电机、电机底座以及电磁铁组成。组装时，将电机通过螺栓固定在电机底座上，然后将有机玻璃底板也通过螺栓固定在电机底座上，其次在电机轴上安放若干铝制垫片，再将薄圆盘安放在铝制垫片上，便于通过更改铝制垫片的数目来调整薄圆盘高度，之后再放置若干铝制垫片在薄圆盘上，便于安装盖片夹紧，盖片通过螺栓固定在电机轴上，然后安装有机玻璃上盖，通过螺栓、螺母与有机玻璃底板固定到一起，为了严格保证圆盘旋转封闭环境，在上盖和底板之间放入密封圈和密封胶，同时用胶水密封边缝，之后在有机玻璃上盖上安装一个声音传感器，收集封闭腔内噪声信号，然后在有机玻璃上盖上等距安装三个压强传感器，收集腔内薄圆盘中心、中间和外部压强信号，再在有机玻璃上盖上安装一个位移传感器，可以采集薄圆盘振动位移信号，在电机底座内部也安装一个声音传感器，通过电机底座侧面放入，收集电机底座内部噪声信号，最后通过支架将转速表和电磁铁分别固定在有机玻璃上盖上空和底板下面适当位置。

所述有机玻璃上盖顶部有三个从中心向边缘等距分布的三个圆孔，用于安装压强传感器；顶部还有两个圆孔，用于安装声音传感器和位移传感器；最后有机玻璃上盖还有一圈密封槽用于安放密封圈。

所述薄圆盘为不锈钢薄板，为更准确的采集圆盘实际转速，将圆盘一面漆黑并在圆盘外缘处粘贴反光条。

所述电机底座上面加工有电机孔，用于安装电机，且有螺纹孔用于固定电机和有机玻璃底板；侧面有一个通孔用于安装声音传感器和电机导线。

其他诸如计算机、信号采集卡、直流稳压电源、继电器、导线、支架等部件并未在图中表示。

本实用新型的优势在于：结构简单，便于加工制造；能够模拟旋转圆盘的封闭工作环境，测得数据接近实际情况；可以测得旋转圆盘在不同高度、转速下的振动位移、压强和噪声信号，并通过数据采集卡将实验数据传输到计算机上进行处理分析。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图

图2为本实用新型内部结构示意图

图3为本实用新型薄圆板以下结构示意图

图4为本实用新型电机与电机底座局部剖面示意图

图5为本实用新型实验流程图

其中：1、有机玻璃底板；2、有机玻璃上盖；3、位移传感器；4、转速表；5、压强传感器；6、声音传感器；7、薄圆盘；8、电机；9、电机底座；10、电磁铁；11、盖片；12、螺栓；13、铝制垫片；14反光条；15密封圈；16、螺栓；17、螺栓；18、螺栓；19、螺母。

具体实施方式

参照图1-4，设计一种封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置，主要由有机玻璃底板(1)、有机玻璃上盖(2)、位移传感器(3)、转速表(4)、压强传感器(5)、声音传感器(6)、薄圆盘(7)、电机(8)、电机底座(9)以及电磁铁(10)组成。

安装流程说明：1、将电机底座(9)置于平坦的实验台上；2、将电机(8)置于电机底座(9)内，导线从电机底座(9)侧面孔穿出，用螺栓(16)将电机(8)紧固在电机底座(9)上；3、安放有机玻璃底板(1)在电机底座(9)上，并用螺栓(17)紧固，且用密封胶密封有机玻璃底板(1)与电机(8)以及螺栓(17)之间的缝隙，防止封闭环境受到影响；4、在电机轴上按照所需薄圆盘(7)高度安装铝制垫片(13)；5、将薄圆盘(7)一面漆黑并在圆盘外缘处粘贴反光条(14)，然后将处理好的薄圆盘(7)放置在铝制垫片(13)上；6、为了便于压紧薄圆盘(7)，在薄圆盘(7)上依次放置铝制垫片(13)和盖片(11)，并用螺栓(12)把盖片(11)紧固在电机轴上；7、安装有机玻璃上盖(2)，将密封圈(15)放置在有机玻璃上盖(2)密封槽内，并在上下板结合面涂上密封胶，然后用螺栓(18)、螺母(19)将上盖和底板紧固，同时用胶水密封边缝，保证封闭环境；8、在有机玻璃上盖(2)孔上安装一个位移传感器(3)、三个压强传感器(5)和一个声音传感器(6)，并用密封胶密封安装孔，保证封闭环境；9、在电机底座(9)侧面孔安装内置声音传感器(6)；10、调整支架，使转速表(4)置于有机玻璃上盖(2)上面，正对薄圆盘(7)上反光条(14)或其所在圆周，便于测定薄圆盘(7)转速；11、调整支架，使电磁铁(10)位于有机玻璃底板(1)下面，对着薄圆盘(7)边缘和位移传感器(3)，便于对薄圆盘(7)产生激励及位移传感器(3)对薄圆盘(7)振动位移信号的采集。

电路说明：在电路方面，电机(8)与电机驱动器相连，分别由12V和5V的直流电源供电，数据采集卡控制驱动器调节电机(8)转速；电磁铁(10)与继电器相连，由5V的直流电源供电，继电器控制电磁铁(10)工作，对薄圆盘(7)产生激励；位移传感器(3)和压强传感器(5)分别与信号适配器相连，由24V的直流电源供电；声音传感器(6)直接与采集卡相连，由12V的直流电源供电；数据采集卡与转速表(4)自带的电源相连；最后，通过数据采集卡将位移传感器(3)、压强传感器(5)以及声音传感器(6)采集到的信号存入电脑。

准备过程：在进行封闭腔旋转圆盘与流体的耦合规律测试实验前，需要对各个实验仪器设备和电路进行检查和调整。主要准备事项包括：1、确保各个实验设备相互位置关系无干涉；2、确保有机玻璃底板(1)、电机(8)和电机底座(9)连接安全可靠，电机底座(9)水平放置在实验台上；3、确保有机玻璃上盖(2)与有机玻璃底板(1)螺栓(18)、螺母(19)连接牢靠，缝隙密封良好，封闭腔室内无杂物；4、将直流稳压电源的电压调整到设备额定电压值；5、确保各个仪器、仪表电路连接顺序正确；6、确保各实验设备连接的电源、线路接触良好无短路、断路情况；7、通过支架调节电磁铁(10)高度，使电磁铁(10)在通断电的过程中薄圆盘(7)外边缘处有明显变形且变形量在位移传感器(3)量程内；8、打开转速表(4)，通过调整支架更改转速表(4)位置，使光束正好垂直射向反光条(14)或其所在圆周。

开始实验：在保证各个实验设备位置与各单元连接顺序正确后开始进行实验测量。首先接通电源，开启转速表(4)待机准备，打开电脑调用软件程序控制电机(8)电压进行增压，在实验前期，电机(8)驱动薄圆盘(7)转动不平稳，此时不进行数据采集，将电机(8)电压继续增加，当观测到薄圆盘(7)转动趋于平稳时，将转速表(4)调为最大值模式，测取薄圆盘(7)转速，然后用软件程序控制电磁铁(10)通断对薄圆盘(7)产生激励，同时电脑将自动把采集卡采集到的转速、振动位移、压强和噪声信号进行存储，最后将防护铁罩放置在实验台上，保证实验人员安全。当测量一定组实验数据之后，本次测量结束，取下防护铁罩，接着打开有机玻璃上盖(2)，通过调整铝制垫片(13)的数目更改薄圆盘(7)在电机轴上的高度，再次构造封闭环境，重复以上步骤采集新圆盘高度下封闭腔内的实验数据。本实用新型装置可以测定封闭腔内旋转圆盘在不同高度、转速下的振动位移、压强和噪声信号。具体流程参照图5。

Claims (4)

1.一种封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置，其特征在于：主要由有机玻璃底板(1)、有机玻璃上盖(2)、位移传感器(3)、转速表(4)、压强传感器(5)、声音传感器(6)、薄圆盘(7)、电机(8)、电机底座(9)以及电磁铁(10)组成；其中，有机玻璃底板(1)和有机玻璃上盖(2)安装在一起，位移传感器(3)、压强传感器(5)以及声音传感器(6)安装在有机玻璃上盖(2)上孔内，有机玻璃底板(1)和电机(8)安装在电机底座(9)上，薄圆盘(7)一面漆黑并贴上反光条(14)安装在电机轴上；工作时，先控制电机(8)电压增加，待到薄圆盘(7)转动平稳时，设置转速表(4)为最大值模式采集数据，控制电磁铁(10)通断，控制位移传感器(3)、压强传感器(5)和声音传感器(6)进行振动位移、压强和噪声信号的采集和存储。

2.根据权利要求1所述的封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置，其特征在于：有机玻璃底板(1)和有机玻璃上盖(2)安装到一起形成封闭空间，有机玻璃底板(1)和有机玻璃上盖(2)之间加入密封圈(15)和密封胶，并由螺栓(18)、螺母(19)紧固，边缘缝隙处也由密封胶密封，有机玻璃上盖(2)上安装位移传感器(3)、压强传感器(5)和声音传感器(6)后各个孔隙也由密封胶封死，以此保证严格的封闭环境。

3.根据权利要求1所述的封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置，其特征在于：在有机玻璃上盖(2)上等距离安装三个压强传感器(5)，可以采集封闭腔内薄圆盘(7)中心、中间及外部的压强信号。

4.根据权利要求1所述的封闭腔内旋转圆盘的气固耦合规律测试装置，其特征在于：通过更改圆盘转速和高度，经位移传感器(3)、压强传感器(5)和声音传感器(6)可以测得封闭腔内旋转圆盘在不同转速、高度下的振动位移、压强和噪声信号。

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