CN215141784U - 适用于模态及振动传函试验的激励设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于模态及振动传函试验的激励设备，包括激励头，具有控制激振力及标记激励点和记录激励角度的功能；伸缩支撑臂，用于安装激励头，并具有实现大幅度调整激励头位置的功能；底座，用于安装伸缩支撑臂。本实用新型的优点在于体现在如下几点：1、实现了自动化激励测量，避免了因人为激励所产生的二次敲击问题及在试验过程中激励力度、激励角度、激励位置不一致的问题；2、本实用新型设计的激励设备可通过过程数据记录功能，在试验过程中记录激励力的大小、激励角度、激励位置，实现了在对比试验中激励条件的一致性；3、实现了激励力调节功能。

Description

适用于模态及振动传函试验的激励设备

技术领域

本实用新型涉及振动测试技术，尤其是涉及一种适用于模态及振动传函试验的激励设备。

背景技术

模态试验又称试验模态分析，是为确定线性振动系统的模态参数所进行的振动试验。

振动传函试验是指测试系统对给定频率下去验证的输出（振动）与输入（振动、噪声）的关系的试验。

在模态及振动传函试验过程中，力锤及激振器是试验的关键设备之一，通过力锤或激振器可对被测物体结构产生脉冲激励，再通过振动或噪声传感器在响应位置进行数据采集，以此得出频响函数（传函试验），而将一系列振动频响数据进行模态辨识，就得到了模态数据（模态试验）。

在传统的试验过程中，力锤及激振器是最普遍的工具之一，而两者各有优缺点：力锤方便快捷，但对试验人员要求较高，要求试验人员执锤要干脆稳定（防止双击），同时一次敲击过程（一个激励点一般要敲击五次）的敲击力度、敲击角度、敲击位置要保持基本一致，以此才能得到理想的频响函数，而没有经过系统培训的试验人员很难在短时间内掌握以上能力。激振器在使用过程中需要传感器粘贴至被测物体表面，再对传感器进行激励，激振器可在试验过程中稳定的输出激励，但传感器本身重量及粘贴质量（胶的厚度、粘贴平滑度等）对试验结果也有一定影响。由于在传统模态及传函试验方法中针对试验过程中的激励力的大小、激励角度、激励位置并无测量及记录要求，这就造成了前后两次试验或是不同试验人员测试的试验数据不一致，因而无法进行数据类比分析。

中国发明专利（授权公告号CN108132130B）公布了一种用于试验模态测试的全自动模态力锤，该模态力锤内芯包括内壳以及安装于内壳中的测力机构、测距机构和调力机构，内壳整体嵌设于外壳中，手柄固定安装于外壳外部下方，手柄与调力机构之间安装有扳手机构，扳手机构穿置于外壳及内壳与调力机构卡接；使用时，根据实际情况与待测物体，调节施力大小、敲击点、顶针与配重头之间的距离；调节脉冲敲击力；扣动扳机结构内芯弹出；松开扳机，内芯回收；通过计算机查看激励信号。该模态力锤声称解决了模态力锤需要使用者敲击时执锤要稳、落点要准、容易双击、以及勿使冲击点在试件上滑移等过高要求，大大降低了使用模态力锤的难度，容易掌握操作要点，提高了模态参数的测试精度和测试效率。但仍存在人为作业时敲击位置、敲击角度在试验过程中无法保证一致性，且试验过程针对激励力、敲击位置、敲击角度无记录保存，在重复对比试验过程中无法得到准确数据的缺陷。

中国实用新型专利（授权公告号CN204043882U）公布了一种工作台式自动力锤装置，主要由电机、底座、立座、定位弹簧、定位齿套摇臂、光编码器、力锤夹持活动夹力锤等部件组成；其声称可节约额外制造锤头的成本，同时保证激励力的大小和方向具有较好的一致性、重复性和调节性。但此装置受到固定位置及敲击角度的影响，被测物体的敲击点更换困难，因此该装置仅适合一些台架试验。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术所存在的缺陷而提供一种适用于模态及振动传函试验的激励设备，该设备在保证并记录试验过程中的激励力度、激励角度、激励位置的同时，还能够移动且满足大多激励位置的要求。

为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案：

本实用新型所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，包括

激励头，具有控制激振力及标记激励点和记录激励角度的功能；

伸缩支撑臂，用于安装激励头，并具有实现大幅度调整激励头位置的功能；

底座，用于安装伸缩支撑臂。

本实用新型所述的激励头包括壳体，由安装锤头的螺柱、力传感器和配重块组成的锤体置于所述壳体内，其螺柱由壳体前端伸出，在所述壳体与配重块之间固连有拉簧；水平设置在所述配重块后部的齿条的前端与所述配重块相固连，与所述齿条相啮合的齿轮通过传动件与位于所述壳体内的电机传动连接；

在所述壳体的前端面上设置有红外线标定器，在所述壳体的侧壁上设置有角度传感器。

为防止试验时出现双击问题，所述壳体侧壁内表面上开设有盲孔，其内安装有电磁弹钮，与所述电磁弹钮位置相对应的锤体上设置有与所述电磁弹钮相匹配的锁止孔。

为便于调节激励头的位置，本实用新型的伸缩支撑臂由铰连为一体的一级伸缩杆和二级伸缩杆组成，所述一级伸缩杆的端部通过连接轴与所述激励头的连接耳相铰接，所述二级伸缩杆的下端安装在所述底座上；在所述一级伸缩杆和二级伸缩杆之间设置有角度调整组件。

所述一级伸缩杆和二级伸缩杆均由伸缩臂和套装其外的伸缩套臂组成；所述角度调整组件包括设置在所述二级伸缩杆伸缩臂上的滑槽和沿所述滑槽滑动的调整滑座，一端与所述调整滑座相铰连的滑竿的另一端与所述一级伸缩杆的伸缩套臂上的连接耳相铰接。

所述一级伸缩杆和二级伸缩杆的伸缩套臂上均设置有定位螺栓。

所述连接轴为锁止螺杆。

所述调整滑座上设置有紧固螺杆。

还包括控制器，所述控制器用于接收所述角度传感器和力传感器的数据信息，并发送控制信息至所述电机。

本实用新型的优点在于体现在如下几点：

1、实现了自动化激励测量，避免了因人为激励所产生的二次敲击问题及在试验过程中激励力度、激励角度、激励位置不一致的问题；

2、本实用新型设计的激励设备可通过过程数据记录功能，在试验过程中记录激励力的大小、激励角度、激励位置，实现了在对比试验中激励条件的一致性；

3、实现了激励力调节功能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中激励头的结构图。

图3是图2的剖视图。

图4是图3的A-A向视图。

图5、图6是图1中伸缩支撑臂的结构图。

图7是本实用新型的使用状态图。

图8是本实用新型的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更加详细的说明，以便于本领域技术人员的理解。

本领域技术人员应当理解的是，本实施方式仅仅用于解释本申请的技术原理， 并非用于限制本申请的保护范围。例如，虽然附图中的各部件之间是按一定比例关系绘制的，但是这种比例关系并非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，调整后的技术方案仍将落入本申请的保护范围。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、 “水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本实用新型所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，包括激励头1，其具有控制激振力及标记激励点和记录激励角度的功能；伸缩支撑臂2，用于安装激励头1，并具有实现大幅度调整激励头位置的功能；底座3，用于安装伸缩支撑臂2。

具体来说，本实用新型的激励头结构如图2、图3、图4所示，包括壳体101（盲孔结构），在壳体的前端面上设置有红外线标定器102，在壳体的侧壁上设置有角度传感器103。

如图3所示，由安装锤头（图中未画出锤头）的螺柱104、力传感器105和配重块106组成的锤体置于壳体101内，其螺柱101由壳体前端开口伸出，在壳体101与配重块106之间对称固连有两条拉簧107；水平放置在配重块106后部的齿条108的前端与配重块106相固连，与齿条108相啮合的齿轮109通过传动件与位于壳体内的电机110的工作轴传动连接。

工作时，控制器控制电机110通电，电机110工作，通过传动件和齿轮109将扭矩传递到齿条108上，并由齿条108带动由螺柱104、力传感器105和配重块106组成的锤体向后移动，以此拉动两条拉簧107伸长，当控制器控制电机110断电后，两条拉簧107带动锤体向前激出，实现激励功能。

为防止试验时出现双击问题，本实用新型在壳体101侧壁内表面上开设有盲孔，如图4所示，其内安装有电磁弹钮111（如可采用常见的带阀芯的电磁阀），与电磁弹钮111位置相对应的锤体上设置有与电磁弹钮111相匹配的锁止孔112；实际制作时，电磁弹钮111和锁止孔112可以设计成一侧是斜面，一侧为竖直面。

在电机通电过程中，电磁弹钮111伴随通电吸合，锤体向前运动，当锁止孔112与电磁弹钮111配合时可压缩电磁弹钮111，电磁弹钮111允许锤体通过，当电机断电后，电磁弹钮111伴随断电向前弹出，待锁止孔112与电磁弹钮111配合时，电磁弹钮111插入锁止孔112内，用以阻止锤体通过，该结构可有效防止锤体出现双击的问题。

为便于调节激励头的位置，本实用新型的伸缩支撑臂2由铰连为一体的一级伸缩杆和二级伸缩杆组成，图5为一级伸缩杆结构，图6为二级伸缩杆结构；一级伸缩杆的上端部通过连接轴4与激励头1的连接耳5相铰接，为便于位置调整合适后的定位，该连接轴4可采用锁止螺杆，调节到位后用螺母紧固；一级伸缩杆由上伸缩臂201和套装其外的上伸缩套臂202组成，在上伸缩套臂202设置有上定位螺栓203；二级伸缩杆的下端安装在底座3上，二级伸缩杆由下伸缩臂204和套装其外的下伸缩套臂205组成，下伸缩臂204的上端通过铰轴206（带有锁止功能，可采用螺栓配合螺母实现）与一级伸缩杆的上伸缩套臂202连接，在下伸缩套臂205上设置有下定位螺栓207；在一级伸缩杆和二级伸缩杆之间还设置有角度调整组件：包括开设在二级伸缩杆下伸缩臂204上的滑槽208和沿滑槽滑动的调整滑座209，下端与调整滑座209相铰连的滑竿210的上端与一级伸缩杆的伸缩套臂上的连接耳211相铰接，如图7所示，以实现自由调节激励位置，满足激励要求；同样的，为实现准确定位，在调整滑座209上设置有紧固螺杆212。

本实用新型可实现激励功能、防双击功能、位置调节功能、激励力调节功能和过程数据记录功能：

1、位置调节功能：

激励头1与一级伸缩杆的上伸缩臂201之间可以通过连接轴4进行旋转及锁止，一级伸缩杆和二级伸缩杆之间可通过铰轴206进行90°旋转和锁止，在选择过程中滑竿210与调整滑座209配合（滑动到合适位置后调整滑座209可通过紧固螺杆212进行锁止定位），为锤头工作提供稳定支撑；一级伸缩杆和二级伸缩杆自身可自由伸缩锁止。通过上述结构，本实用新型的激励设备可自由调节激励位置，满足激励要求。

2、激励功能：

当位置调节适当后，控制器控制电机110工作，通过传动件和齿轮109将扭矩传递到齿条108上，并由齿条108带动由螺柱104、力传感器105和配重块106组成的锤体向后移动，以此拉动两条拉簧107伸长，当控制器控制电机110断电后，两条拉簧107带动锤体向前激出，实现激励功能。

3、防双击功能：

在电机通电过程中，利用电磁弹钮111和锁止孔112的有效配合：电磁弹钮111伴随通电吸合，锤体向前运动，当锁止孔112与电磁弹钮111配合时可压缩电磁弹钮111，电磁弹钮111允许锤体通过，当电机断电后，电磁弹钮111伴随断电向前弹出，待锁止孔112与电磁弹钮111配合时，电磁弹钮111插入锁止孔112内，用以阻止锤体通过，以实现只能一次激励，有效防止锤体出现双击问题。

4、激励力调节功能：

控制器可通过控制电机110的通电时间（电机转速不变），即控制拉簧107的行程来控制激励力的大小。

5、过程数据记录功能：如图8所示，控制器300为集成数据接口模块和电源接口模块的PLC；如图3所示，控制器300设置在壳体101内；

数据接口模块通过线束与上位机连接，电源接口模块接通外部电源以供电；PLC通过控制电机110的通电时间，即控制拉簧107的行程来控制激励力的大小；力传感器105用于记录每次激励力的大小，并将数据传输至PLC，角度传感器103用于采集激励角度的数据信息并发送至PLC；在激励过程中，红外线标定器102可对激励位置进行表达，再由实验人员用水笔在被测物体上标出，以此记录激励位置；PLC将采集到的数据信息通过线束传输至上位机，实现了激励力度、激励角度、激励位置记录功能。

Claims (9)

1.一种适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：包括

激励头，具有控制激振力及标记激励点和记录激励角度的功能；

伸缩支撑臂，用于安装激励头，并具有实现大幅度调整激励头位置的功能；

底座，用于安装伸缩支撑臂。

2.根据权利要求1所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：所述激励头包括壳体，由安装锤头的螺柱、力传感器和配重块组成的锤体置于所述壳体内，其螺柱由壳体前端伸出，在所述壳体与配重块之间固连有拉簧；水平设置在所述配重块后部的齿条的前端与所述配重块相固连，与所述齿条相啮合的齿轮通过传动件与位于所述壳体内的电机传动连接；

在所述壳体的前端面上设置有红外线标定器，在所述壳体的侧壁上设置有角度传感器。

3.根据权利要求2所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：所述壳体侧壁内表面上开设有盲孔，其内安装有电磁弹钮，与所述电磁弹钮位置相对应的锤体上设置有与所述电磁弹钮相匹配的锁止孔。

4.根据权利要求1所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：所述伸缩支撑臂由铰连为一体的一级伸缩杆和二级伸缩杆组成，所述一级伸缩杆的端部通过连接轴与所述激励头的连接耳相铰接，所述二级伸缩杆的下端安装在所述底座上；在所述一级伸缩杆和二级伸缩杆之间设置有角度调整组件。

5.根据权利要求4所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：所述一级伸缩杆和二级伸缩杆均由伸缩臂和套装其外的伸缩套臂组成；所述角度调整组件包括设置在所述二级伸缩杆伸缩臂上的滑槽和沿所述滑槽滑动的调整滑座，一端与所述调整滑座相铰连的滑竿的另一端与所述一级伸缩杆的伸缩套臂上的连接耳相铰接。

6.根据权利要求5所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：所述一级伸缩杆和二级伸缩杆的伸缩套臂上均设置有定位螺栓。

7.根据权利要求4所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：所述连接轴为锁止螺杆。

8.根据权利要求5所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：所述调整滑座上设置有紧固螺杆。

9.根据权利要求3所述的适用于模态及振动传函试验的激励设备，其特征在于：还包括控制器，所述控制器用于接收所述角度传感器和力传感器的数据信息，并发送控制信息至所述电机。

Images