[发明专利]一种间接测试轴系扭转刚度和模态的装置及测试方法

说明书

一种间接测试轴系扭转刚度和模态的装置及测试方法，涉及刚度和模态测试领域。该间接测试轴系扭转刚度和模态的装置，在待测轴的自由端还粘接有质量圆盘，在待测轴的侧臂上相对的两侧还分别粘接有附加方块，在附加方块上安装加速度传感器，该装置易于实现、操作便捷，且测试精度高，填补了轴系扭转刚度和模态测试领域的空白。该方法利用附加方块不仅可以施加扭转力矩激励还能够测试轴在扭转方向上的响应；利用质量圆盘改变轴的质量特性，计算出待测轴的扭转刚度和转动惯量，该方法测得的扭转刚度和模态直观反映了旋转轴系的扭振特性，具有精度高的优点。

技术领域

本发明涉及刚度和模态测试领域，特别涉及一种间接测试轴系扭转刚度和模态的装置及测试方法。

背景技术

扭转振动(简称扭振)是轴系在旋转过程中由于外界激励力矩和自身扭转弹性力不平衡而产生的周向交变运动。在汽车、船舶等运用轴系传动的机器设备中，扭振是造成噪声振动问题的主要根源。扭振具有极大的破坏性，如增加轴系的疲劳损伤，降低使用寿命，严重扭振会导致轴系损坏或断裂。因此在设计旋转部件时，必须要考虑轴系与扭振相关的设计参数。

轴系与扭振相关的参数主要包括扭转刚度、扭转模态和转动惯量，这些参数都是由轴系的自身特性(如材质、结构、直径等)所决定。目前对这些参数的测量方法一般采用频率响应法，即在轴系上施加可控的激励力矩，测量轴系在圆周方向上的扭转变形，最后计算出轴系的扭转刚度和扭转模态等参数。频率响应法的实施难度较大，原因包括：1、难以测量激励力矩的大小；2、测量扭转变形需要使用应变片、激光位移传感器或角加速度传感器等精密仪器。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种间接测试轴系扭转刚度和模态的装置及测试方法，其结构简单、操作方便，且测试精确度高。

本发明所采用的技术方案是：一种间接测试轴系扭转刚度和模态的装置，包括加速度传感器、模/数转换板、增益放大器和计算机，其技术要点是：还包括固定台架、待测轴、附加方块和力锤，所述的固定台架由台架底座、台架支撑臂和三爪卡盘组成，在台架底座上焊接有台架支撑臂，台架支撑臂的顶端焊接有三角卡盘，三角卡盘的一端插接有测试轴，在待测轴的自由端还粘接有质量圆盘，在待测轴的侧壁上相对的两侧还分别粘接有附加方块，在附加方块上安装加速度传感器。

加速度传感器的输出端连接模/数转换板的一个数据输入端，力锤的输出端连接模/数转换板的另一个数据输入端，模/数转换板的输出端再依次连接增益放大器和计算机。

一种间接测试轴系扭转刚度和模态的方法，利用间接测试轴系扭转刚度和模态的装置实现，其技术要点是：包括以下步骤：

步骤1：采集力锤输出信号和加速度信号，计算待测轴的扭转模态频率；

步骤2：将质量圆盘粘接在待测轴上，继续计算测试轴的扭转模态频率；

步骤3：根据步骤1和步骤2两次测得的扭转模态频率差值获取扭转刚度扭转模态。

步骤1和步骤2中的计算待测轴的扭转模态频率，具体过程均为：

力锤敲击附加方块，获取同时反映待测轴、附加方块的弯曲振动和待测轴的扭转振动的多个量叠加在一起的振动响应信号；

对上述信号进行傅里叶变换，再用力锤信号分别除以两个加速度信号，得到两个频率响应函数；

将两个频率响应函数相加，获得待测轴的扭转模态频率。

步骤2所述的继续计算待测轴的扭转模态频率，具体包括以下步骤：

根据两次测试模态频率的变化计算出扭转刚度，其中，待测轴的扭转模态频率计算公式为：