[发明专利]一种结合面法向动态特性参数测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明具体公开了一种结合面法向动态特性参数测试装置及方法。

背景技术

制造业对设备加工水平的要求越来越高，如何提高机械装备的性能是一个重要课题。导致机械装备加工性能复杂的一个因素就是其结构存在各种结合面，对机床而言，结合面阻尼占整个机床阻尼的90%左右，而结合面接触刚度占机床总体刚度的60%-80%。所以，弄清结合面对系统动力学行为的影响规律弥足重要，研究结合面的法向动态特性参数即法向接触刚度和阻尼，是提高制造装备性能的一个重要途径。

现代机械设备分析多是采用有限元仿真分析，由于结合面的刚度、阻尼特性极其复杂，目前主要通过实验方法识别，然后建立包含结合面拟合单元的有限元模型，再分析有限元模型在各种工况下的动态特性，可大大提高分析效率。

所以设计能有效识别结合面法向动态参数的测试装置是首要任务，是建立真实、准确的有限元模型的基础。同时需要在测试装置上采集试件多个位置的位移、加速度等数据，作为实际参照，修正有限元模型，使之尽量准确，方便后续分析。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种结合面法向动态特性参数测试装置及方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种结合面法向动态特性参数测试装置，包括预紧装置、支撑钢架、上垫块、涡流传感器、磁性薄吸板、加速度传感器、力传感器、激振器、工作台、下垫块、下试件、上试件、涡流位移传感器支架装配体，所述的上垫片和下垫片设于支撑钢架内，预紧装置从顶部穿过支撑钢架，与上垫片接触；下垫片放置在支撑钢架的底部，与上垫片对应；所述的力传感器穿过支撑钢架的底部和下垫片，到达下垫片的顶部，且力传感器的底部与激振器相连，激振器和支撑钢架固定在工作台上；所述的下试件、上试件置于上垫块和下垫块之间，在上试件、下试件上设置多个磁性薄吸板与多个加速度传感器，所述的磁性薄吸板的上方或下方设有涡流传感器；且涡流传感器与磁性薄吸板有间隙，所述的涡流传感器、加速度传感器、力传感器分别与信号处理装置相连。

所述的涡流传感器由一个支架装配体固定，且涡流传感器通过螺栓与支架装配体活动连接，所述的支架装配体固定于工作台上。

所述的涡流传感器与位移信号放大器相连；所述的加速度传感器与电荷放大器相连；所述的激振器与功率放大器相连，所述的位移信号放大器、加速度传感器和功率放大器分别与动态信号分析仪相连，所述的动态信号分析仪与计算机相连。

所述的工作台为刚性工作台，所述的预紧装置为预紧螺栓。

在所述的支撑钢架、激振器、支架装配体与工作台的连接面处设有橡胶减震材料。

所述的结合面法向动态特性参数测试装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）首先制备不同材料、不同加工方式、不同表面粗糙度的上试件和下试件；

（2）由下至上安装测试装置，先完成激振器在刚性工作台上的安装与固定，然后安装支撑钢架，在支撑钢架内由下至上地依次安放下垫块、下试件、上试件及上垫块；

（3）在上试件、下试件多个位置布置多个磁性薄吸板与多个加速度传感器，以测得上下试件多个位置处的位移、加速度信号。

（4）将涡流传感器安装在支架装配体上，且使涡流传感器与磁性薄吸板的上方，调节涡流传感器上的螺母以调整其与所测磁性薄吸板间距，以便更好测量；

（5）通过激振器激励，同时记录各个传感器的相应信号；

（6）对各传感器信号进行后处理，得到法向动态特性参数值。

所述的传感器信号后处理过程如下：

（1）由信号系统输出简谐信号，通过放大器进行功率放大，然后由激振器对下试件施加简谐载荷f(t)；

（2）建立测试装置中试件及结合面的动力学模型；将结合面等效为弹簧阻尼单元，其中m_x为下试件质量，K_j为结合面的等效刚度，C_j为结合面等效阻尼，δ_j(t)为结合面处位移（其中即取两个结合面处所测位移值的平均值,δ_j1（t）为吸附在下试件表征结合面位移的磁性吸板位移量；δ_j2（t）为吸附在下试件表征结合面位移的磁性吸板位移量），f(t)为激振器所施加在下试件上的简谐激振力，f_j(t)为等效到结合面处的简谐力，下试件与结合面共同组成了二阶线性有阻尼质量-弹簧系统；

系统的运动微分方程为：