大型结合面实验装置制造方法及图纸

大型结合面实验装置涉及一种大型结合面法向刚度与切向刚度检测装置及方法。由在机械框架中的法向加力装置（１）、法向电涡流传感器（２）、上试件（３）、加速度传感器（４）、切向加力装置（５）、下试件（６）、工作台（７）、切向电涡流感器（８）、切向力传感器（９）以及计算结合面特性的上位机组成。该装置利用Ｋｅｌｖｉｎ－Ｖｏｉｇｈｔ模型，测量出周期外力载荷及该载荷下结合面的变形，做出其周期过程的迟滞曲线，得出结合面刚度与阻尼特性。本发明专利技术能测量大型固定结合面的静态与动态法向刚度与阻尼测试装置，能够实现正载、偏载、及冲击载荷的加载时的结合面特性。

【技术实现步骤摘要】

大型结合面实验装置涉及测量测试装置，尤其涉及一种大型结合面法向刚度与切 向刚度检测装置及方法。
技术介绍
机械部件中存在大量的结合面，结合面体现出的弹簧与阻尼特性是机械部件刚度 与阻尼的特性的重要组成部分，犹其是对于机床来说，结合部产生阻尼占整个机床阻尼的 90%左右，并且结合部的刚度及可靠性相对于机床刚度来说也是一个薄弱环节，机床总刚 度的60% -80%是由结合面接触刚度决定的。因此，对于结合部的研究是非常有必要的，可 以很大程度地提高产机械产品的性能。结合部，通常是由两个平面通过不同方式的预紧连接在一起，通过结合面的相互 作用而体现其特性的。因此，对于结合面的研究没有固定物理模型可以追溯，只能通过实验 研究结合面的静动态特性。然而，对于结合面种类繁多，形式各异，进行实验所需的装置也 缺乏通用性，各种特性难以在一台装置上测量。传统的结合面测量装置如附图说明图1所示，试验方法如下首先测量试件的外形尺寸，结合面的粗糙度、接触面积、平面度公差并记录，根据 该接触面积选择预紧载荷和激振方式及频率。然后将所选的预紧载荷和激振方式及频率输 入上位机控制器，上位机控制系统生成相应的电频信号，该信号经功率放大模块放大后，再 由激振器转换为相应的激振力信号。激振器作用于结合面试件上，其作用力通过力传感器 并经过信号放大器及A/D采样进入上位机控制系统，结合面试件的系统响应加速度与位移 信号则通过加速度传感器与电涡流传感器并经过信号放大器及A/D采样进入上位机控制 系统。通过上位机分析系统可以得到试件系统的频响曲线，并辨识出结合部的刚度与阻尼。由于该装置只能从一个方向加载并且只适用于单位面积法的小面积试件，这就限 制了装置的使用范围，只能在科研院校使用。由于结合面的多样性，不同结合面的特性千差 万别，需要一种更全面测量结合面特性的装置，尤其需要一种能够测量大结合面的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够测量接触面积接近0. Olm2的大型固定结合面的 测量装置，实现大型结合面的不同工况下的刚度阻尼特性的测量，并提出对于大型结合面 刚度与阻尼特性的测量和辨识方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的如下技术方案设计一种大型结合面实验装置，由在机械框架中的法向加力装置1、法向电涡流传 感器2、上试件3、加速度传感器4、切向加力装置5、下试件6、工作台7、切向电涡流感器8、 切向力传感器9以及计算结合面特性的上位机组成。其中，工作台7设置在机械框架的下 部，工作台7的台面为设有均勻的T形槽的工作面；下试件6放置在工作台7上，下试件6 的底面设有可拆卸定位凸台，定位凸台嵌入工作台7的T形槽内；法向加力装置1位于下试4件6上方，并与上试件3连接；在法向加力装置1与下试件6之间设置四个法向电涡流传感 器2，四个法向电涡流传感器2均勻设置在下试件6边缘；在下试件6侧向的中心位置，沿T 形槽方向设置切向加力装置5，切向加力装置5固定在工作台7上；在切向加力装置5与下 试件6侧面之间设置切向力传感器9 ；对应切向加力装置5的下试件6的另一侧，设置切向 电涡流感器8 ；在下试件6的顶面上设置加速度传感器4 ；各传感器接到上位机，同时上位 机通过功率放大器和安装在激振器驱动法向加力装置1。所述激振器采用线圈式加载头。所述法向加力装置1带有丝杠式手动预调节器。所述切向加力装置5为手轮式手动调节器。上述大型结合面实验装置测量结合面刚度阻尼特性的方法如下1)根据分类制造上试件3和下试件6，其中分类包括试件的表面粗糙度，平面波纹 度，几何尺寸及材料；2)安装下试件6，使下试件6的定位凸台嵌入T型槽，除偏载实验外，下试件6的 中心要与法向的法向加力装置1中心重合；3)调节法向加力装置1，移动上试件3位置，使上试件3与下试件6接触；4)进行加载实验，测量相应的传感器数值，实验中，法向加力装置1实现可控的静态加力ρ。加载与以动载频率ω的动态力加 载，并且能够按照加载力曲线加载；切向的切向加力装置5通过手轮手动加载切向力ρ。；法 向变形通过前后左右四个电涡流传感器2测量；切向变形通过切向电涡流感器8测量；加 速度响应由加速度传感器4测量；加载过程中按测量要求的不同，有不同测量方法a)测量法向静刚度，通过法向加力装置1给出的一系列分离的加载力，得到一系 列特定载荷下的变形量；b)测量法向动刚度，先通过上位机选预紧力pQ，然后通过上位机控制的法向加力 装置1进行动载频率ω的加载，得到动态刚度数值；c)测切向刚度，调节切向加力装置5，通过切向力传感器9与下试件6侧面接触， 法向加载Po时，切向加力装置5给出的一系列分离的加载力，得到一系列特定载荷下的变形量；5)取出数据，计算得到结合面刚度阻尼特性结果，a)测量法向静刚度，通过测量出结合面在施加pn。m的正压力时的变形量u，得出对应正压力的刚度值，夂=^“；ub)测量法向和切向动刚度，对试件加载在P士 Δ P范围内的动态正弦力，并测出对 应加载周期内的试件变形量U，通过Konrad Konowalski提出的压力与位移的非线性四次 函数模型pnom = C0+Ciu+C2u2+C3u3+C4u4拟合出相应的C1, C2, C3, C4，从而得到结合面刚度特性函数kdn =^- = Cl+ IC1U + 3C3u2 + 4C,u3duc)对于动态阻尼参特性，利用Kelvin-Voight模型，通过分析实验时得到的加载周期内得到的加载与卸载之间的迟滞耗能曲线，计算出其阻尼特性，阻尼^ = I其中，ψ是模型耗能系数，V = F 2% ，其中&为迟滞损耗能，Epd本文档来自技高网...

【技术保护点】
大型结合面实验装置，由在机械框架中的法向加力装置（１）、法向电涡流传感器（２）、上试件（３）、加速度传感器（４）、切向加力装置（５）、下试件（６）、工作台（７）、切向电涡流感器（８）、切向力传感器（９）以及计算结合面特性的上位机组成，其特征在于：工作台（７）设置在机械框架的下部，工作台（７）的台面为设有均匀的Ｔ形槽的工作面；下试件（６）放置在工作台（７）上，下试件（６）的底面设有可拆卸定位凸台，定位凸台嵌入工作台（７）的Ｔ形槽内；法向加力装置（１）位于下试件（６）上方，并与上试件（３）连接；在法向加力装置（１）与下试件（６）之间设置四个法向电涡流传感器（２），四个法向电涡流传感器（２）均匀设置在下试件（６）边缘；在下试件（６）侧向的中心位置，沿Ｔ形槽方向设置切向加力装置（５），切向加力装置（５）固定在工作台（７）上；在切向加力装置（５）与下试件（６）侧面之间设置切向力传感器（９）；对应切向加力装置（５）的下试件（６）的另一侧，设置切向电涡流感器（８）；在下试件（６）的顶面上设置加速度传感器（４）；各传感器接到上位机，同时上位机通过功率放大器和安装在激振器驱动法向加力装置（１）。

【技术特征摘要】
1.大型结合面实验装置，由在机械框架中的法向加力装置(1)、法向电涡流传感器 (2)、上试件(3)、加速度传感器(4)、切向加力装置(5)、下试件(6)、工作台(7)、切向电涡 流感器(8)、切向力传感器(9)以及计算结合面特性的上位机组成，其特征在于工作台(7) 设置在机械框架的下部，工作台(7)的台面为设有均勻的T形槽的工作面；下试件(6)放置 在工作台(7)上，下试件(6)的底面设有可拆卸定位凸台，定位凸台嵌入工作台(7)的T形 槽内；法向加力装置(1)位于下试件(6)上方，并与上试件C3)连接；在法向加力装置(1) 与下试件(6)之间设置四个法向电涡流传感器( ，四个法向电涡流传感器( 均勻设置在 下试件(6)边缘；在下试件(6)侧向的中心位置，沿T形槽方向设置切向加力装置(5)，切 向加力装置(5)固定在工作台(7)上；在切向加力装置(5)与下试件(6)侧面之间设置切 向力传感器(9)；对应切向加力装置(5)的下试件(6)的另一侧，设置切向电涡流感器⑶； 在下试件(6)的顶面上设置加速度传感器(4)；各传感器接到上位机，同时上位机通过功率 放大器和安装在激振器驱动法向加力装置(1)。2.如权利要求1所述的大型结合面实验装置，其特征在于所述激振器采用线圈式加 载头。3.如权利要求1所述的大型结合面实验装置，其特征在于所述法向加力装置(1)带 有丝杠式手动预调节器。4.如权利要求1所述的大型结合面实验装置，其特征在于所述切向加力装置(5)为 手轮式手动调节器。5.大型结合面实验装置测量结合面刚度阻尼特性的方法，其特征在于1)根据分类制造上试件C3)和下试件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锋，蔡力钢，郭铁能，赵永胜，刘志峰，程强，马仕明，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]