專利名稱：大型結合面實驗裝置的制作方法
技術領域：
大型結合面實驗裝置涉及測量測試裝置，尤其涉及一種大型結合面法向剛度與切 向剛度檢測裝置及方法。
背景技術：
機械部件中存在大量的結合面，結合面體現(xiàn)出的彈簧與阻尼特性是機械部件剛度 與阻尼的特性的重要組成部分，猶其是對于機床來說，結合部產生阻尼占整個機床阻尼的 90%左右，并且結合部的剛度及可靠性相對于機床剛度來說也是一個薄弱環(huán)節(jié)，機床總剛 度的60% -80%是由結合面接觸剛度決定的。因此，對于結合部的研究是非常有必要的，可 以很大程度地提高產機械產品的性能。結合部，通常是由兩個平面通過不同方式的預緊連接在一起，通過結合面的相互 作用而體現(xiàn)其特性的。因此，對于結合面的研究沒有固定物理模型可以追溯，只能通過實驗 研究結合面的靜動態(tài)特性。然而，對于結合面種類繁多，形式各異，進行實驗所需的裝置也 缺乏通用性，各種特性難以在一臺裝置上測量。傳統(tǒng)的結合面測量裝置如圖1所示，試驗方法如下首先測量試件的外形尺寸，結合面的粗糙度、接觸面積、平面度公差并記錄，根據(jù) 該接觸面積選擇預緊載荷和激振方式及頻率。然后將所選的預緊載荷和激振方式及頻率輸 入上位機控制器，上位機控制系統(tǒng)生成相應的電頻信號，該信號經功率放大模塊放大后，再 由激振器轉換為相應的激振力信號。激振器作用于結合面試件上，其作用力通過力傳感器 并經過信號放大器及A/D采樣進入上位機控制系統(tǒng)，結合面試件的系統(tǒng)響應加速度與位移 信號則通過加速度傳感器與電渦流傳感器并經過信號放大器及A/D采樣進入上位機控制 系統(tǒng)。通過上位機分析系統(tǒng)可以得到試件系統(tǒng)的頻響曲線，并辨識出結合部的剛度與阻尼。由于該裝置只能從一個方向加載并且只適用于單位面積法的小面積試件，這就限 制了裝置的使用范圍，只能在科研院校使用。由于結合面的多樣性，不同結合面的特性千差 萬別，需要一種更全面測量結合面特性的裝置，尤其需要一種能夠測量大結合面的裝置。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種能夠測量接觸面積接近0. Olm2的大型固定結合 面的測量裝置，實現(xiàn)大型結合面的不同工況下的剛度阻尼特性的測量，并提出對于大型結 合面剛度與阻尼特性的測量和辨識方法。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的如下技術方案設計一種大型結合面實驗裝置，由在機械框架中的法向加力裝置1、法向電渦流傳 感器2、上試件3、加速度傳感器4、切向加力裝置5、下試件6、工作臺7、切向電渦流感器8、 切向力傳感器9以及計算結合面特性的上位機組成。其中，工作臺7設置在機械框架的下 部，工作臺7的臺面為設有均勻的T形槽的工作面；下試件6放置在工作臺7上，下試件6 的底面設有可拆卸定位凸臺，定位凸臺嵌入工作臺7的T形槽內；法向加力裝置1位于下試件6上方，并與上試件3連接；在法向加力裝置1與下試件6之間設置四個法向電渦流傳 感器2，四個法向電渦流傳感器2均勻設置在下試件6邊緣；在下試件6側向的中心位置， 沿T形槽方向設置切向加力裝置5，切向加力裝置5固定在工作臺7上；在切向加力裝置5 與下試件6側面之間設置切向力傳感器9 ；對應切向加力裝置5的下試件6的另一側，設置 切向電渦流感器8 ；在下試件6的頂面上設置加速度傳感器4 ；各傳感器接到上位機，同時 上位機通過功率放大器和安裝在激振器驅動法向加力裝置1。所述激振器采用線圈式加載頭。所述法向加力裝置1帶有絲杠式手動預調節(jié)器。所述切向加力裝置5為手輪式手動調節(jié)器。本實用新型的有益效果(1)既能測量小結合面，又能測量大結合面的剛度與阻 尼特性；(2)測出法向剛度與阻尼特性與切向剛度是來源于同一試件，因此可以從測量數(shù) 據(jù)中探尋兩種剛度之間的相互關系；(3)由于下試件是安裝在工作臺上的，下試件位置決 定了壓力中心的位置，因此可以實現(xiàn)偏離中心載荷的加載，并能分別從四個法向電渦流傳 感器得出偏載時各方向的剛度變化；(4)結合面試件結構簡單易于安裝和測試。

圖1傳統(tǒng)結合面試驗裝置圖圖 2a Kelvin-Voight 模型圖圖2b圖加所示Kelvin-Voight模型圖的加載與卸載之間的遲滯耗能曲線圖圖3本實用新型中大型結合面實驗裝置的實施例示意圖圖4圖3中的A-A視圖圖中1，法向加力裝置；2，法向電渦流傳感器；3，上試件；4，加速度傳感器；5，切 向加力裝置；6，下試件；7，工作臺；8，切向電渦流感器；9，切向力傳感器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型中的一實施例作具體描述。參照圖3所示，本實施例的大型結合面實驗裝置主要由在機械框架中的法向加力 裝置1、法向電渦流傳感器2、上試件3、加速度傳感器4、切向加力裝置5、下試件6、工作臺 7、切向電渦流感器8、切向力傳感器組成9。工作臺7設置在機械框架的下部，工作臺7的臺 面為設有均勻的T形槽的工作面；下試件6為正方形的柱體，下試件6放置在工作臺7上， 下試件6的底面設有定位凸臺，定位凸臺嵌入工作臺7的T形槽內；法向加力裝置1位于 下試件6上方，并與上試件3連接，法向加力裝置1設有絲杠式手動預調節(jié)器，通過調節(jié)絲 杠，法向加力裝置1可以上下移動，從而精細調節(jié)上試件3與下試件6接觸，本實施例中上 試件3與下試件6以平面接觸；同時在法向加力裝置1與下試件6之間設置四個法向電渦 流傳感器2，四個法向電渦流傳感器2均勻設置在下試件6四邊緣；在下試件6側向的中心 位置，沿T形槽方向設置切向加力裝置5，切向加力裝置5固定在工作臺7上；在切向加力 裝置5與下試件6側面之間設置切向力傳感器9 ；對應切向加力裝置5的下試件6的另一 側，設置切向電渦流感器8 ；在下試件6的頂面上設置加速度傳感器4。各傳感器的信號送到計算機，通過測試程序得到結合面剛度與阻尼特性的測量結果。 法向加力裝置1的加載由計算機控制，法向加力裝置1中有采用線圈式激振器，該 激振器由計算機通過功率放大器驅動。一方面，激振器通過一定的驅動功率實現(xiàn)預緊力的 加載；另一方面，激振器通過變化的驅動功率實現(xiàn)動載。本裝置中測試大型結合面的基本原理在于測量靜態(tài)剛度時通過測量出結合面在施加pn。m的正壓力時的變形量U，得出對應 正壓力的剛度值
權利要求1.大型結合面實驗裝置，由在機械框架中的法向加力裝置(1)、法向電渦流傳感器 (2)、上試件(3)、加速度傳感器(4)、切向加力裝置(5)、下試件(6)、工作臺(7)、切向電渦 流感器(8)、切向力傳感器(9)以及計算結合面特性的上位機組成，其特征在于工作臺(7) 設置在機械框架的下部，工作臺(7)的臺面為設有均勻的T形槽的工作面；下試件(6)放置 在工作臺(7)上，下試件(6)的底面設有可拆卸定位凸臺，定位凸臺嵌入工作臺(7)的T形 槽內；法向加力裝置(1)位于下試件(6)上方，并與上試件C3)連接；在法向加力裝置(1) 與下試件(6)之間設置四個法向電渦流傳感器( ，四個法向電渦流傳感器( 均勻設置在 下試件(6)邊緣；在下試件(6)側向的中心位置，沿T形槽方向設置切向加力裝置(5)，切 向加力裝置(5)固定在工作臺(7)上；在切向加力裝置(5)與下試件(6)側面之間設置切 向力傳感器(9)；對應切向加力裝置(5)的下試件(6)的另一側，設置切向電渦流感器⑶； 在下試件(6)的頂面上設置加速度傳感器(4)；各傳感器接到上位機，同時上位機通過功率 放大器和安裝在激振器驅動法向加力裝置(1)。
2.如權利要求1所述的大型結合面實驗裝置，其特征在于所述激振器采用線圈式加 載頭。
3.如權利要求1所述的大型結合面實驗裝置，其特征在于所述法向加力裝置(1)帶 有絲杠式手動預調節(jié)器。
4.如權利要求1所述的大型結合面實驗裝置，其特征在于所述切向加力裝置(5)為 手輪式手動調節(jié)器。
專利摘要大型結合面實驗裝置涉及一種大型結合面法向剛度與切向剛度檢測裝置及方法。由在機械框架中的法向加力裝置(1)、法向電渦流傳感器(2)、上試件(3)、加速度傳感器(4)、切向加力裝置(5)、下試件(6)、工作臺(7)、切向電渦流感器(8)、切向力傳感器(9)以及計算結合面特性的上位機組成。該裝置利用Kelvin-Voight模型，測量出周期外力載荷及該載荷下結合面的變形，做出其周期過程的遲滯曲線，得出結合面剛度與阻尼特性。本實用新型能測量大型固定結合面的靜態(tài)與動態(tài)法向剛度與阻尼測試裝置，能夠實現(xiàn)正載、偏載、及沖擊載荷的加載時的結合面特性。
文檔編號G01N19/00GK201852777SQ20102057435
公開日2011年6月1日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2010年10月15日
發(fā)明者劉志峰, 王 鋒, 程強, 蔡力鋼, 趙永勝, 郭鐵能, 馬仕明 申請人:北京工業(yè)大學