一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置，该装置中激振控制装置产生并控制多个交变电压信号，输出到多个激振发生装置；激振发生装置固定在基础台架上，激振发生装置顶部连接有滑杆运动装置；滑杆运动装置一端固定在激振发生装置上，另一端支撑在基础台架的滑动轴承上，滑杆运动装置将二维平面方向的激振传递到动摩擦块，动摩擦块和静摩擦块发生接触形成平面摩擦运动；静摩擦块通过正压力施加装置中的静摩擦支撑和预紧拉绳约束，静摩擦块下方施加有向上交变正压力；测量装置测量摩擦运动的正压力、摩擦力以及动摩擦块的位移；本发明专利技术可用来模拟复杂运行工况下透平叶片的干摩擦阻尼结构在复杂变压力下平面运动时的阻尼特性。

A Testing Device for Damping Characteristics of Variable Pressure Plane Friction Motion of Metal Materials

The invention discloses a testing device for the damping characteristics of variable pressure plane friction motion of metal materials, in which the excitation control device generates and controls multiple alternating voltage signals and outputs them to multiple excitation generating devices; the excitation generating device is fixed on the base bench, and the top of the excitation generating device is connected with a sliding rod motion device; the one end of the sliding rod motion device is fixed on the excitation generating device. On the other end, the sliding rod motion device transfers the excitation of two-dimensional plane direction to the dynamic friction block, and the dynamic friction block and the static friction block contact to form a plane friction motion. The static friction block is constrained by the static friction support and the pre-tensioning rope in the positive pressure exerting device, and there is upward alternating positive pressure under the static friction block. The invention can be used to simulate the damping characteristics of the dry friction damping structure of a turbine blade in plane motion under complex variable pressure under complex operating conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置
本专利技术属于实验装置
，具体涉及一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置。
技术介绍
叶片是透平机械中的重要零部件。在恶劣的工作环境下，由巨大的振动应力导致的高周疲劳是叶片损坏的主要原因。透平叶片常采用干摩擦结构来耗散系统振动能量，降低叶片振动，干摩擦阻尼结构具有结构简单、造价低廉、不受温度限制、减振效果良好等优点，常见的叶片干摩擦阻尼结构为叶片与轮盘之间的榫接、叶片的阻尼围带、凸肩等。建立有效的干摩擦阻尼模型以及可靠的试验测试方法，是叶片阻尼器结构设计的关键。研究者们常采用一维摩擦接触模型求解叶片阻尼器系统耦合振动问题，但工程动态接触问题中接触位移与接触摩擦力为复杂的非线性关系，如叶片发生弯扭耦合振动时，缘板阻尼块与叶片间的相对运动是二维的，一维摩擦理论不能有效解决叶片振动分析中存在的干摩擦问题，且没有一种模型能够准确的描述所有的阻尼特性。现阶段，国内外几乎没有关于二维平面干摩擦阻尼特性分析的实验设备，通常只有单方向激振的摩擦试验台，仅能解决一维摩擦阻尼运动特性的问题，因此通过建立一种变压力的考虑二维平面摩擦运动阻尼特性测试装置来分析变压力平面摩擦运动阻尼特性具有重要的研究价值。综上所述，对变正压力下二维平面干摩擦阻尼特性的研究尤其是机理性研究还很不充分，相关的试验测试设备更是几乎不存在。因此，建立一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置并开展考虑变正压力下的模拟实际平面干摩擦运动的阻尼特性研究具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前透平机械的变压力平面干摩擦阻尼特性试验研究的不足，提供了一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置，其可以用来模拟测量实际运行工况下叶片干摩擦阻尼结构在正压力受激振变化时的二维平面摩擦运动现象，为进一步研究透平叶片的干摩擦阻尼减振问题提供有力工具。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置，包括基础台架、激振控制装置、激振发生装置、滑杆运动装置、正压力施加装置和测量装置；其中，基础台架固定在试验平台上，包括四个在竖直方向上平行设置的四个刚性柱，相邻两个刚性柱的外侧在同一水平面上依次通过支撑板、工形支撑板、轴承板和工形轴承板固定连接形成一个整体；支撑板和工形支撑板上均开有圆形通孔和螺栓孔用于安装激振发生装置，轴承板和工形轴承板上开有轴承孔和螺栓孔，并安装有轴承支撑架；激振控制装置包括计算机、模拟输出卡和信号放大器，由计算机编程实现三路的交变电压信号源，通过模拟输出卡输出电压模拟信号再通过信号放大器进行信号放大，其中用于二维平面激振的两路交变电压信号，一路由接线器分离成两路相同输出信号到固定在支撑板上的激振发生装置，另一路由接线器分离成两路相同输出信号到固定在工形支撑板上的激振发生装置，用于平面摩擦正压力变化的第三路交变电压信号输出到正压力施加装置中底部的激振发生装置；激振发生装置设置有五套，分别安装在支撑板、工形支撑板和试验平台上；滑杆运动装置包括工形固定板、固定板、大直径螺杆、小直径螺杆、固定支撑台、滑杆和动摩擦支撑滑台，工形固定板和固定板上开有滑台孔，以和对应的激振发生装置顶部相配合并通过螺母固定，大直径螺杆和小直径螺杆上均开有螺纹，小直径螺杆两两平行设置，一端通过螺母固定到工形固定板上，两个大直径螺杆平行设置，且一端通过螺母固定到固定板，大直径螺杆和小直径螺杆的另一端均各自支撑在轴承支撑架中的滑动轴承上，轴承支撑架固定在基础台架的轴承孔中，固定支撑台上开有通孔并通过螺母分别固定在大直径螺杆和小直径螺杆上，滑杆中间光滑，两端开有螺纹并固定在固定支撑台上，平面方向的多支滑杆穿过动摩擦支撑滑台并能够带动动摩擦支撑滑台做平面往复运动，动摩擦支撑滑台底端开有螺纹槽并固定动摩擦块，动摩擦块和正压力施加装置中的静摩擦块组成摩擦副；正压力施加装置位于滑杆运动装置下方，包括竖直支架、静摩擦支撑、U型架、拉绳、上磁铁、下磁铁和磁铁支撑板，竖直支架底部设有支撑底板并固定在试验平台上，静摩擦支撑中心开有螺纹孔，螺纹孔上通过螺杆连接有动态力传感器，动态力传感器上连接有静摩擦块，静摩擦支撑的两侧分别固定有2个顶杆，顶杆顶部为凸台结构，通过铰接连接有动态力传感器，用于测量摩擦运动时在平面方向上的静摩擦力，动态力传感器通过支撑杆固定到竖直支架上，静摩擦支撑的一角开有通孔用于插入螺杆，螺杆和U型架连接固定，U型架的一侧连有拉绳，拉绳另一端和螺帽连接，同时竖直支架上固定一条拉绳，拉绳另一端和钩型螺杆相连，螺帽和钩型螺杆相配合，静摩擦支撑的下方固定有上磁铁，上磁铁的正下方有磁性相斥的下磁铁，而下磁铁固定在磁铁支撑板上，且磁铁支撑板通过螺纹配合固定在试验平台上激振发生装置的顶部，且上磁铁、下磁铁和磁铁支撑板保持同轴设置；测量装置包括动态力传感器、动态力传感器、激光测振仪、旋转平板、支撑台板、支撑轴和数据采集器，动态力传感器一端通过支撑杆固定在竖直支架上，另一端和静摩擦支撑的顶杆接触，动态力传感器的下端固定在静摩擦支撑上，上端则连接有静摩擦块，激光测振仪指向动摩擦块，且激光测振仪固定在旋转平板上，旋转平板由支撑轴固定在支撑台板上，支撑轴上通过螺母固定并可调节旋转平板的旋转角度，数据采集器用于接收来自动态力传感器、动态力传感器和激光测振仪的信号并输出到计算机；测试时，激振控制装置产生并控制多个交变电压信号并通过线缆传输到激振发生装置，部分激振发生装置固定在基础台架上，接收交变电压信号驱动滑杆运动装置运动，滑杆运动装置一端连接激振发生装置，另一端支撑在基础台架的滑动轴承上，滑杆运动装置将二维平面方向的激振传递到和静摩擦块发生接触的金属材料的动摩擦块，正压力施加装置在滑杆运动装置下方，对静摩擦块施加垂直向上的往复变化的正压力，正压力施加装置上静摩擦块与滑杆运动装置中的动摩擦块组成二维平面摩擦副，测量装置位于正压力施加装置的外侧。本专利技术进一步的改进在于，每套激振发生装置均包括激振底板、机壳、永磁铁、支撑杆和励磁线圈滑台，支撑杆套装在机壳内，并与机壳均垂直安装在激振底板；永磁铁固定在机壳内的底部，永磁铁上方依次设置有套装在支撑杆上的下弹簧和励磁线圈滑台，以及依次套装在励磁线圈滑台上的上弹簧和顶罩，且顶罩与机壳固定连接；励磁线圈滑台顶部开有螺纹且底部绕有励磁线圈，励磁线圈滑台和支撑杆相配合能够上下滑动，励磁线圈接收激振控制装置传来的交变电压信号使励磁线圈滑台产生上下往复的受迫振动，激振发生装置安装时，机壳穿过基础台架上的圆形通孔，激振底板固定到基础台架的支撑板或工形支撑板上，另外一个通过激振底板安装在试验平台上。本专利技术进一步的改进在于，工形固定板和固定板上的滑台孔与顶部开有螺纹的励磁线圈滑台相配合并通过螺母固定；磁铁支撑板通过螺纹配合固定在试验平台上激振发生装置的励磁线圈滑台顶部。本专利技术进一步的改进在于，每个刚性柱的底部均设置有一个底板，并连接固定在试验平台上。本专利技术进一步的改进在于，机壳、支撑杆和激振底板铸造或焊接为一体。本专利技术进一步的改进在于，动摩擦支撑滑台顶端开有润滑油孔。本专利技术进一步的改进在于，大直径螺杆和小直径螺杆相互垂直，并通过调整轴承支撑架的位置确保大直径螺杆和小直径螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置，其特征在于，包括基础台架、激振控制装置、激振发生装置、滑杆运动装置、正压力施加装置和测量装置；其中，基础台架固定在试验平台上，包括四个在竖直方向上平行设置的四个刚性柱(1)，相邻两个刚性柱(1)的外侧在同一水平面上依次通过支撑板(3)、工形支撑板(7)、轴承板(5)和工形轴承板(8)固定连接形成一个整体；支撑板(3)和工形支撑板(7)上均开有圆形通孔(4)和螺栓孔用于安装激振发生装置，轴承板(5)和工形轴承板(8)上开有轴承孔(6)和螺栓孔，并安装有轴承支撑架(31)；激振控制装置包括计算机(9)、模拟输出卡(10)和信号放大器(11)，由计算机(9)编程实现三路的交变电压信号源，通过模拟输出卡(10)输出电压模拟信号再通过信号放大器(11)进行信号放大，其中用于二维平面激振的两路交变电压信号，一路由接线器分离成两路相同输出信号到固定在支撑板(3)上的激振发生装置，另一路由接线器分离成两路相同输出信号到固定在工形支撑板(7)上的激振发生装置，用于平面摩擦正压力变化的第三路交变电压信号输出到正压力施加装置中底部的激振发生装置；激振发生装置设置有五套，分别安装在支撑板(3)、工形支撑板(7)和试验平台上；滑杆运动装置包括工形固定板(22)、固定板(23)、大直径螺杆(25)、小直径螺杆(26)、固定支撑台(27)、滑杆(28)和动摩擦支撑滑台(29)，工形固定板(22)和固定板(23)上开有滑台孔(24)，以和对应的激振发生装置顶部相配合并通过螺母固定，大直径螺杆(25)和小直径螺杆(26)上均开有螺纹，小直径螺杆(26)两两平行设置，一端通过螺母固定到工形固定板(22)上，两个大直径螺杆(25)平行设置，且一端通过螺母固定到固定板(23)，大直径螺杆(25)和小直径螺杆(26)的另一端均各自支撑在轴承支撑架(31)中的滑动轴承(32)上，轴承支撑架(31)固定在基础台架的轴承孔(6)中，固定支撑台(27)上开有通孔并通过螺母分别固定在大直径螺杆(25)和小直径螺杆(26)上，滑杆(28)中间光滑，两端开有螺纹并固定在固定支撑台(27)上，平面方向的多支滑杆(28)穿过动摩擦支撑滑台(29)并能够带动动摩擦支撑滑台(29)做平面往复运动，动摩擦支撑滑台(29)底端开有螺纹槽并固定动摩擦块(30)，动摩擦块(30)和正压力施加装置中的静摩擦块(37)组成摩擦副；正压力施加装置位于滑杆运动装置下方，包括竖直支架(34)、静摩擦支撑(38)、U型架(43)、拉绳(46)、上磁铁(48)、下磁铁(49)和磁铁支撑板(50)，竖直支架(34)底部设有支撑底板(35)并固定在试验平台上，静摩擦支撑(38)中心开有螺纹孔，螺纹孔上通过螺杆连接有动态力传感器(47)，动态力传感器(47)上连接有静摩擦块(37)，静摩擦支撑(38)的两侧分别固定有2个顶杆(39)，顶杆(39)顶部为凸台结构，通过铰接连接有动态力传感器(40)，用于测量摩擦运动时在平面方向上的静摩擦力，动态力传感器(40)通过支撑杆(41)固定到竖直支架(34)上，静摩擦支撑(38)的一角开有通孔用于插入螺杆(42)，螺杆(42)和U型架(43)连接固定，U型架(43)的一侧连有拉绳，拉绳另一端和螺帽(44)连接，同时竖直支架(34)上固定一条拉绳(46)，拉绳(46)另一端和钩型螺杆(45)相连，螺帽(44)和钩型螺杆(45)相配合，静摩擦支撑(38)的下方固定有上磁铁(48)，上磁铁(48)的正下方有磁性相斥的下磁铁(49)，而下磁铁(49)固定在磁铁支撑板(50)上，且磁铁支撑板(50)通过螺纹配合固定在试验平台上激振发生装置的顶部，且上磁铁(48)、下磁铁(49)和磁铁支撑板(50)保持同轴设置；测量装置包括动态力传感器(40)、动态力传感器(47)、激光测振仪(51)、旋转平板(52)、支撑台板(53)、支撑轴(54)和数据采集器(12)，动态力传感器(40)一端通过支撑杆(41)固定在竖直支架(34)上，另一端和静摩擦支撑(38)的顶杆(39)接触，动态力传感器(47)的下端固定在静摩擦支撑(38)上，上端则连接有静摩擦块(37)，激光测振仪(51)指向动摩擦块(30)，且激光测振仪(51)固定在旋转平板(52)上，旋转平板(52)由支撑轴(54)固定在支撑台板(53)上，支撑轴(54)上通过螺母固定并可调节旋转平板(52)的旋转角度，数据采集器(12)用于接收来自动态力传感器(40)、动态力传感器(47)和激光测振仪(51)的信号并输出到计算机(9)；测试时，激振控制装置产生并控制多个交变电压信号并通过线缆传输到激振发生装置，部分激振发生装置固定在基础台架上，接收交变电压信号驱动滑杆运动装置运动，滑杆运动装置一端连...

【技术特征摘要】
1.一种金属材料的变压力平面摩擦运动阻尼特性测试装置，其特征在于，包括基础台架、激振控制装置、激振发生装置、滑杆运动装置、正压力施加装置和测量装置；其中，基础台架固定在试验平台上，包括四个在竖直方向上平行设置的四个刚性柱(1)，相邻两个刚性柱(1)的外侧在同一水平面上依次通过支撑板(3)、工形支撑板(7)、轴承板(5)和工形轴承板(8)固定连接形成一个整体；支撑板(3)和工形支撑板(7)上均开有圆形通孔(4)和螺栓孔用于安装激振发生装置，轴承板(5)和工形轴承板(8)上开有轴承孔(6)和螺栓孔，并安装有轴承支撑架(31)；激振控制装置包括计算机(9)、模拟输出卡(10)和信号放大器(11)，由计算机(9)编程实现三路的交变电压信号源，通过模拟输出卡(10)输出电压模拟信号再通过信号放大器(11)进行信号放大，其中用于二维平面激振的两路交变电压信号，一路由接线器分离成两路相同输出信号到固定在支撑板(3)上的激振发生装置，另一路由接线器分离成两路相同输出信号到固定在工形支撑板(7)上的激振发生装置，用于平面摩擦正压力变化的第三路交变电压信号输出到正压力施加装置中底部的激振发生装置；激振发生装置设置有五套，分别安装在支撑板(3)、工形支撑板(7)和试验平台上；滑杆运动装置包括工形固定板(22)、固定板(23)、大直径螺杆(25)、小直径螺杆(26)、固定支撑台(27)、滑杆(28)和动摩擦支撑滑台(29)，工形固定板(22)和固定板(23)上开有滑台孔(24)，以和对应的激振发生装置顶部相配合并通过螺母固定，大直径螺杆(25)和小直径螺杆(26)上均开有螺纹，小直径螺杆(26)两两平行设置，一端通过螺母固定到工形固定板(22)上，两个大直径螺杆(25)平行设置，且一端通过螺母固定到固定板(23)，大直径螺杆(25)和小直径螺杆(26)的另一端均各自支撑在轴承支撑架(31)中的滑动轴承(32)上，轴承支撑架(31)固定在基础台架的轴承孔(6)中，固定支撑台(27)上开有通孔并通过螺母分别固定在大直径螺杆(25)和小直径螺杆(26)上，滑杆(28)中间光滑，两端开有螺纹并固定在固定支撑台(27)上，平面方向的多支滑杆(28)穿过动摩擦支撑滑台(29)并能够带动动摩擦支撑滑台(29)做平面往复运动，动摩擦支撑滑台(29)底端开有螺纹槽并固定动摩擦块(30)，动摩擦块(30)和正压力施加装置中的静摩擦块(37)组成摩擦副；正压力施加装置位于滑杆运动装置下方，包括竖直支架(34)、静摩擦支撑(38)、U型架(43)、拉绳(46)、上磁铁(48)、下磁铁(49)和磁铁支撑板(50)，竖直支架(34)底部设有支撑底板(35)并固定在试验平台上，静摩擦支撑(38)中心开有螺纹孔，螺纹孔上通过螺杆连接有动态力传感器(47)，动态力传感器(47)上连接有静摩擦块(37)，静摩擦支撑(38)的两侧分别固定有2个顶杆(39)，顶杆(39)顶部为凸台结构，通过铰接连接有动态力传感器(40)，用于测量摩擦运动时在平面方向上的静摩擦力，动态力传感器(40)通过支撑杆(41)固定到竖直支架(34)上，静摩擦支撑(38)的一角开有通孔用于插入螺杆(42)，螺杆(42)和U型架(43)连接固定，U型架(43)的一侧连有拉绳，拉绳另一端和螺帽(44)连接，同时竖直支架(34)上固定一条拉绳(46)，拉绳(46)另一端和钩型螺杆(45)相连，螺帽(44)和钩型螺杆(45)相配合，静摩擦支撑(38)的下方固定有上磁铁(48)，上磁铁(48)的正下方有磁性相斥的下磁铁(49)，而下磁铁(49)固定在磁铁支撑板(50)上，且磁铁支撑板(50)通过螺纹配合固定在试验平台上激振发生装置的顶部，且上磁铁(48)、下磁铁(49)和磁铁支撑板(50)保持同轴设置；测量装置包括动态力传感器(40)、动态力传感器(47)、激光测振仪(51)、旋转平板(52)、支撑台板(53)、支撑轴(54)和数据采集器(12)，动态力传感器(40)一端通过支撑杆(41)固定在竖直支架(34)上，另一端和静摩擦支撑(38)的顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荻，赵伟，刘铸峰，谢永慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61