一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法技术

本发明专利技术为一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法，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；方法为：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。本发明专利技术操作简单，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，提高模态参数的测试精度和测试效率。

A fully automatic mode hammer and its method for testing modal test

The present invention is a fully automatic mode force hammer and method for test modal testing. The inner core of the modal force hammer consists of the inner shell and the force measuring mechanism, distance measuring mechanism and force regulating mechanism installed in the inner shell. The inner shell is embedded in the outer shell, the handle is fixed under the outer shell, and the handle is installed with the wrench between the force and the force regulating mechanism. The mechanism, the spanner mechanism is placed in the shell and the inner shell and the force adjusting mechanism, and the method is to adjust the distance between the size of the force, the percussion point, the thimble and the weight head, adjust the percussion force of the pulse, the core of the pulling trigger, the pull out the trigger, the inner core recovery, and the computer view of the excitation by computer. Excitation signal. The operation of the invention is simple, which solves the problem that the mode force hammer needs to be stable, the drop point is accurate, the drop point is easy to double-click, and the impact point on the test piece is too high. The difficulty of using the modal force hammer is greatly reduced, the operation points are easily grasped, and the test accuracy and the test efficiency of the modal parameters are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法
本专利技术涉及一种振动测试
，具体为一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法。
技术介绍
模态力锤是试验模态测试过程中的关键设备，是人们在振动测试中广泛使用的一种振动激励设备。通过模态力锤可对结构系统产生脉冲激励，通过激发被测结构在较广的频段内产生振动响应，进而与测振传感器相互配合，便可获取被测结构系统的频响函数，再通过一定的模态辨识方法，就可以获得结构系统的固有频率、阻尼比和模态振型等模态参数。目前，如图1所示的大、中、小型号模态力锤已经应用于我国航空、航天、国防等各个科学研究、工程测试、实验室教学等领域。然而，传统的模态力锤每次敲击“力道”不同，难以控制激励幅度和频率，且容易出现“双击”等问题，导致试验模态测试获得的频响函数质量不高，进而影响模态参数的测试精度。另外，模态力锤在使用时对工程师的“经验”要求极高，新手往往需要经过大量的敲击训练后，才能胜任实验模态测试的任务，这无疑增大了试验模态测试的门槛，也不利用模态力锤在模态测试应用领域的推广与应用。以测试高档数控机床为例，图1给出了所搭建高档数控机床主轴为刀柄为刀具系统在试验模态测试时各个仪器的连接示意图，其中，模态力锤用于激发机床主轴为刀柄为刀具系统产生脉冲振动响应，进而通过三向加速度传感器可获得该系统的三维频响函数。在测试过程中，使用者需要对不同刀具的不同测点位置进行反复的脉冲激励。利用传统的模态力锤进行测试时，不同刀具模态测试时力锤激励的位置，需要敲击大量测点，且每个测点需要重复测试多次，该方法不仅对操作者的经验要求很高，同时也对操作者的测试毅力和测试水平都是极大的考验。在传统的模态力锤使用中，需要使用者敲击时执锤要稳，落点要准，不能双击，勿使冲击点在试件上滑移等要求，而使用者很难掌握这些要点。
技术实现思路
针对现有模态力锤技术中的测试精度不足和测试效率低下的问题，本专利技术提供一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术一种用于试验模态测试的全自动模态力锤，包括：外壳、内芯及手柄，其中，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。所述测力机构包括力传感器、力传感器连接器以及力传感器配重头，其中力传感器安装于内芯端部，力传感器一端通过力传感器连接器固定安装在测距机构中的碰撞体上；力传感器配重头安装于力传感器另一端部，暴露于外壳端部外。所述测距机构包括顶针、齿轮以及碰撞体，其中，顶针中部设有第一齿条，碰撞体内部设有第二齿条，顶针由碰撞体内部穿过，第一齿条与第二齿条之间通过齿轮啮合；顶针前端设有刻度，并暴露在外壳端部外。所述碰撞体外观为柱体，柱体内部为变径空芯，空芯一端容装力传感器和力传感器连接器，另一端容装碰撞体弹簧，空芯中部为用于固定力传感器连接器和通过力传感器的导线的小内径；柱体中还设有第一变径通孔，其轴向与变径空芯轴向平行，第一变径通孔中内径大的部分内壁上设有第二齿条；第二齿条两侧内壁为用于娄装齿轮的轴的豁口，顶针穿置于该第一变径通孔中。所述调力机构包括压盖弹簧、中柱、压杆、卡针以及卡针弹簧，其中，中柱安装于内壳中，中柱一端通过碰撞体弹簧与碰撞体弹性连接，另一端通过压盖弹簧与一压盖；卡针与卡针弹簧安装在压杆中；在压盖移动范围内对应的内壳上设有第三齿条。中柱还设有第二变径通孔，顶针同时穿置于第二变径通孔中。所述扳手机构包括扳机、扳机连杆、扳机勾杆以及扳机弹簧，其中扳机通过扳机连杆转动连接于扳机勾杆的一端，扳机勾杆的另一端通过扳机弹簧固定在手柄上；调力机构的中柱一侧设有第四齿条，扳机勾杆的一端与第四齿条卡接。本专利技术一种如权利要求1所述的用于试验模态测试的全自动模态力锤的测试方法，包括以下步骤：1)将全自动模态力锤传感器导线与数据采集控制器相连接；2)根据实际情况与待测物体，调节施力大小以及确定敲击点位置；3)根据敲击距离需求，调节顶针与配重头之间的距离；4)根据施力大小，通过移动压杆，更换配重头来调节脉冲敲击力；5)将模态力锤拿到待测点，准备敲击；6)扣动手柄部位的扳机结构，让内芯弹出，敲击后通过碰撞体前端力传感器得到脉冲敲击力的测试数据；7)松开扳机，内芯在碰撞体弹簧力回复力作用下进行回收，同时中柱因为扳机结构而完成固定；8)收回模态力锤，通过计算机查看激励信号，并准备下一次敲击。步骤2)中，调节施力大小为：将卡针底端向下拉动，卡针离开第三齿条，卡针弹簧为压缩状态；根据施力大小，调节压盖到适当位置，松开卡针，在卡针弹簧的回复力作用下，卡针又卡置在第三齿条的相应齿位上，完成一次敲击力的调节。步骤3)中，调节顶针与配重头之间的距离为：松开压盖，再勾动扳机，拉动顶针前端到需要刻度位置；松开板机，再锁紧压盖，锁定顶针与力传感器配重头之间的距离。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术给出的全自动模态力锤锤体结构紧凑，操作简单，模态力锤内部采用特殊结构，可有效避免连击，解决了传统的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，使用者容易掌握操作要点等难题，简化了操作，提高了试验模态测试获得的频响函数质量，进而提高了模态参数的测试精度。2.本专利技术提供的全自动模态力锤，改变了传统模态力锤使用中容易出现的双击现象，以及两次锤击时力道大小不一致的问题，模态力锤通过齿轮、弹簧等巧妙的机械结构，使得敲击时能够方便地控制锤头与所测物的距离以及脉冲敲击力的大小，使得测量数据更加精准，并且提高了测试效率。附图说明图1为现有技术中高档数控机床主轴为刀柄为刀具系统在试验模态测试时各个仪器的连接示意图；图2为本专利技术全自动模态力锤外形示意图；图3为本专利技术全自动模态力锤去除传感器连接线的剖视图；图4为本专利技术全自动模态力锤剖视图；图5为本专利技术全自动模态力锤中测力机构结构示意图；图6为本专利技术全自动模态力锤中碰撞体结构示意图；图7为本专利技术全自动模态力锤扳手机构剖视图；图8为本专利技术全自动模态力锤调力机构剖视图。其中，1为外壳，2为内壳，3为碰撞体，4为力传感器连接器，5为力传感器，6为力传感器配重头，7为顶针，8为碰撞体弹簧，9为齿轮，10为扳机连杆，11为扳机，12为扳机勾杆，13为扳机弹簧，14为中柱，15为压盖弹簧，16为卡针，17为卡针弹簧，18为压杆，19为压盖，20为端盖，21为导线孔，22为碰撞体弹簧安装孔，23为第一齿条，24为第二齿条，25为第三齿条，26为第四齿条，27为导线。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步阐述。如图2～4所示，本专利技术一种用于试验模态测试的全自动模态力锤，包括：外壳1、内芯及手柄，其中，内芯包括内壳2以及安装于内壳2中的测力机构、测距机构和调力机构，内壳2整体嵌设于外壳1中，手柄固定安装于外壳1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。本实施例中，外壳1及内壳2为同轴套置的筒状。如图5所示，测力机构用于检测模态力锺施力的大小，包括力传感器5、力传感器连接器4以及力传感器配重头6，其中力传感器5安装于内壳2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于试验模态测试的全自动模态力锤，其特征在于包括：外壳、内芯及手柄，其中，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。

【技术特征摘要】
1.一种用于试验模态测试的全自动模态力锤，其特征在于包括：外壳、内芯及手柄，其中，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。2.按权利要求1所述的用于试验模态测试的全自动模态力锤，其特征在于：所述测力机构包括力传感器、力传感器连接器以及力传感器配重头，其中力传感器安装于内芯端部，力传感器一端通过力传感器连接器固定安装在测距机构中的碰撞体上；力传感器配重头安装于力传感器另一端部，暴露于外壳端部外。3.按权利要求1所述的用于试验模态测试的全自动模态力锤，其特征在于：所述测距机构包括顶针、齿轮以及碰撞体，其中，顶针中部设有第一齿条，碰撞体内部设有第二齿条，顶针由碰撞体内部穿过，第一齿条与第二齿条之间通过齿轮啮合；顶针前端设有刻度，并暴露在外壳端部外。4.按权利要求3所述的用于试验模态测试的全自动模态力锤，其特征在于：所述碰撞体外观为柱体，柱体内部为变径空芯，空芯一端容装力传感器和力传感器连接器，另一端容装碰撞体弹簧，空芯中部为用于固定力传感器连接器和通过力传感器的导线的小内径；柱体中还设有第一变径通孔，其轴向与变径空芯轴向平行，第一变径通孔中内径大的部分内壁上设有第二齿条；第二齿条两侧内壁为用于娄装齿轮的轴的豁口，顶针穿置于该第一变径通孔中。5.按权利要求1所述的用于试验模态测试的全自动模态力锤，其特征在于：所述调力机构包括压盖弹簧、中柱、压杆、卡针以及卡针弹簧，其中，中柱安装于内壳中，中柱一端通过碰撞体弹簧与碰撞体弹性连接，另一端通过压盖弹簧与一压盖；卡针与卡针弹簧安装在压杆中；在压盖移动范围内对应的内壳上设有第三齿条。6.按权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，贾辰强，孙伟，李鹤，智迪，闻邦椿，丁敏灵，丁彦楠，吴世光，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21