專利名稱：一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，屬于機械設(shè)計與制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機床以及各類機械都是由各種零件按具體要求組合起來的，零組件、部件之間相互接觸的表面被稱為“結(jié)合面”。結(jié)合面在機械結(jié)構(gòu)中的大量存在，從而使機械結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)不再具有連續(xù)性，進而導(dǎo)致了問題的復(fù)雜性。結(jié)合面存在著接觸剛度和接觸阻尼，許多研究表明，機床中結(jié)合面的接觸剛度約占機床總剛度的60% 80%，而結(jié)合面處接觸阻尼占機床總阻尼的90%以上，機床上出現(xiàn)振動問題有60%以上是源自結(jié)合面。因此結(jié)合部問題是研究機械系統(tǒng)的一個重要基礎(chǔ)問題，而剛度特性實驗研究與建模是機械動力學(xué)由單件分析走向整機分析所要解決的關(guān)鍵問題，也是確保機床整機特性預(yù)測模型是否正確的重要依據(jù)。影響結(jié)合面剛度特性的因素很多，而且十分復(fù)雜，這些因素主要有(1)結(jié)合面材質(zhì)(包括材料、硬度等)；(2)結(jié)合面的加工方法(常用方法車、銑、刨、磨、刮等)；(3)結(jié)合面的加工質(zhì)量(包括表面粗糙度、波紋度、平面度)；(4)結(jié)合面的介質(zhì)狀況(包括干結(jié)合面、有油結(jié)合面)；(5)結(jié)合面的法向面壓(簡稱面壓)；(6)結(jié)合面間的相對位移性質(zhì)(法向位移、切向位移、轉(zhuǎn)角)；(7)結(jié)合面的功能(固定結(jié)合面、運動結(jié)合面等)；(8)結(jié)合面處的結(jié)構(gòu)類型和尺寸大小等。這么眾多的影響因素，再加之它們的影響規(guī)律又多種多樣，而且有些因素相互間又有影響，從而無法以理論解析的方法直接確定它們的影響規(guī)律和影響程度的大小，必須通過實驗研究的方法來予以解決。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述特點，并在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，本裝置的設(shè)計遵循以下設(shè)計原則。1.保持結(jié)合部上各點預(yù)壓力均勻分布，且能達到機械結(jié)構(gòu)中實際結(jié)合部的面壓范圍，并易于控制和調(diào)整。2.保持上下試件測試過程中同心，且?guī)缀屋S心與集中載荷力在同一直線。3.為了便于對影響結(jié)合部剛度特性的各基本影響因素進行研究，應(yīng)保證試件易于更換、易于定位。4.盡量減少測量的物理量的個數(shù)，盡量采用直接測量，減少間接測量。5.保證能夠?qū)⒔Y(jié)合部剛度特性從實驗裝置系統(tǒng)的特性中分離出來。跟據(jù)以上原則，本發(fā)明設(shè)計一套完整的測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置與方法， 其根本目的就在于要通過實驗來獲得各種結(jié)合條件(即各種不同的基本影響因素)下結(jié)合面的切向剛度特性參數(shù)，并通過整理分析研究它們與各基本影響因素之間的關(guān)系。最終給機械結(jié)構(gòu)CAE模型提供類似于零件材料常數(shù)的具有通用性的結(jié)合面剛度特性參數(shù)，并能方便地提供實際解析以供使用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，它主要由帶有力傳感器14的實驗加載裝置1和切向?qū)嶒灲M件構(gòu)成；其特征在于，上試件7和下試件6對接，其接口處留有縫隙，壓板 3和壓板11分別放置于與試件對接面相垂直的兩表面，通過兩個高強度螺栓9和10連接固定，構(gòu)成切向?qū)嶒灲M件，且高強度螺栓9和10關(guān)于上、下試件接口縫隙對稱；接口縫隙的兩側(cè)布有支架8，5以安裝電渦流位移傳感器4 ；切向?qū)嶒灲M件通過液壓卡頭2和12裝卡到實驗加載裝置1上；當實驗加載裝置1進行加載，液壓桿13回縮，測量加載力信號的力傳感器 14及測量結(jié)合面切向的位移變化量電渦流位移傳感器4連接入信號采集系統(tǒng)。上試件7和下試件6之間的縫隙為2mm。高強度螺栓9、10沿軸向植入應(yīng)變片，其輸出端連一電橋，通過動態(tài)應(yīng)變儀接入信號采集系統(tǒng)，最終得到法向面壓值。測量結(jié)合面處的軸向位移的電渦流位移傳感器4布于實驗組件的兩側(cè)，沿軸線對稱。本發(fā)明公開了一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，具有機械加工簡單、裝卡方便、裝置通用性強、參數(shù)容易控制等優(yōu)點。解決了切向結(jié)合面剛度特性難以測試的難題，對推動機床等大型高精密機械結(jié)構(gòu)的數(shù)字化樣機的優(yōu)化具有重要意義。


圖1是本發(fā)明測試結(jié)合面切向剛度特性的實驗裝置圖。圖2是本發(fā)明測試結(jié)合面切向剛度特性的切向?qū)嶒灲M件的主視圖。圖3是本發(fā)明測試結(jié)合面切向剛度特性的切向?qū)嶒灲M件的俯視圖。圖4是安裝兩個電渦流位移傳感器的上支架主視圖。圖5是安裝兩個電渦流位移傳感器的上支架俯視圖。圖6是安裝兩個電渦流位移傳感器的下支架主視圖。圖7是安裝兩個電渦流位移傳感器的下支架俯視圖。圖8是切向?qū)嶒灲M件的上試件。圖9是切向?qū)嶒灲M件的下試件。圖10是切向?qū)嶒灲M件的壓板。圖11是本發(fā)明測試結(jié)合面切向剛度特性的原理圖。圖中1、實驗加載裝置，2、液壓卡頭，3、壓板，4、電渦流位移傳感器，5、支架，6、下試件，7、上試件，8、支架，9、高強度螺栓，10、高強度螺栓，11、壓板，12、液壓卡頭，13、液壓桿，14、力傳感器。
具體實施例方式下面結(jié)合工作原理和結(jié)構(gòu)附圖對本發(fā)明進一步詳細說明。圖1為測試結(jié)合面切向剛度特性的實驗裝置圖，它主要由帶有力傳感器14的實驗加載裝置1和切向?qū)嶒灲M件構(gòu)成；其特征在于，上試件7和下試件6對接，其接口處留有縫隙，壓板3和壓板11分別放置于與試件對接面相垂直的兩表面，通過兩個高強度螺栓9和 10連接固定，構(gòu)成切向?qū)嶒灲M件，且高強度螺栓9和10關(guān)于上、下試件接口縫隙對稱；接口縫隙的兩側(cè)布有支架8，5以安裝電渦流位移傳感器4 ；切向?qū)嶒灲M件通過液壓卡頭2和12 裝卡到實驗加載裝置1上；當實驗加載裝置1進行加載，測量加載力信號的力傳感器14及測量結(jié)合面切向的位移變化量電渦流位移傳感器4連接入信號采集系統(tǒng)。圖2為測試結(jié)合面切向剛度特性的切向?qū)嶒灲M件的主視圖，由上試件7、下試件6、 壓板11、壓板3和兩個高強度螺栓9和10組成。通過調(diào)節(jié)螺栓的預(yù)緊力來改變其法向面壓。高強度螺栓9和10沿軸向植入應(yīng)變片，其輸出端連一電橋，通過動態(tài)應(yīng)變儀和信號采集系統(tǒng)，最終可以得到準確的法向面壓值。圖3為切向?qū)嶒灲M件的俯視圖，由圖可以明確的看到，壓板與試件是同寬的。圖4 圖7為安裝電渦流位移傳感器的支架圖，這種結(jié)構(gòu)即不會干涉到所測的結(jié)合面特性，又可以精確定位。圖8 圖10分別為上、下試件和壓板，當兩個試件圓孔端對接，接口處留2mm的間隙，同側(cè)螺紋孔孔間距應(yīng)與壓板長度相等。圖11測試結(jié)合面切向剛度特性的原理圖，當實驗加載裝置對帶有電渦流位移傳感器的切向?qū)嶒灲M件緩慢的加載一個勻速變化的切向拉力，可得到相應(yīng)的切向位移。由力傳感器14及電渦流位移傳感器4經(jīng)過信號采集系統(tǒng)處理可獲得切向拉力-切向位移的曲線圖，然后對其求導(dǎo)即可得切向剛度-切向拉力或切向剛度-切向位移的曲線圖。影響結(jié)合面切向剛度的因素很多(結(jié)合面的面積、粗糙度、結(jié)合面之間的介質(zhì)、法向面壓大小等)，可以在保持其它條件不變的情況下，改變某一因素，來探討和研究其與結(jié)合面切向剛度之間的關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，它主要由帶有力傳感器(14)的實驗加載裝置(1)和切向?qū)嶒灲M件構(gòu)成；其特征在于，上試件(7)和下試件(6)對接，其接口處留有縫隙，壓板C3)和壓板(11)分別放置于與試件對接面相垂直的兩表面，通過兩個高強度螺栓 (9)和(10)連接固定，構(gòu)成切向?qū)嶒灲M件，且高強度螺栓(9)和(10)關(guān)于上、下試件接口縫隙對稱；接口縫隙的兩側(cè)布有支架(8)，(5)以安裝電渦流位移傳感器(4)；切向?qū)嶒灲M件通過液壓卡頭( 和(1 裝卡到實驗加載裝置(1)上；當實驗加載裝置(1)進行加載，測量加載力信號的力傳感器(14)及測量結(jié)合面切向的位移變化量電渦流位移傳感器(4)連接入信號采集系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，其特征在于上試件 (7)和下試件(6)之間的縫隙為2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，其特征在于高強度螺栓(9、10)沿軸向植入應(yīng)變片，其輸出端連一電橋，通過動態(tài)應(yīng)變儀接入信號采集系統(tǒng)， 最終得到法向面壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，其特征在于，測量結(jié)合面處的軸向位移的電渦流位移傳感器(4)布于實驗組件的兩側(cè)，沿軸線對稱。
全文摘要
一種測試結(jié)合面切向剛度特性的裝置，屬于機械設(shè)計與制造領(lǐng)域，由實驗加載裝置(1)和切向?qū)嶒灲M件構(gòu)成。上試件(7)和下試件(6)對接，其接口處留有縫隙，壓板(3)和壓板(11)分別放置于與試件對接面相垂直的兩表面，通過兩個高強度螺栓(9)和(10)連接固定，構(gòu)成切向?qū)嶒灲M件，且高強度螺栓(9)和(10)關(guān)于上、下試件接口縫隙對稱；接口縫隙的兩側(cè)布有支架(8)，(5)以安裝電渦流位移傳感器(4)；測量加載力信號的力傳感器(14)及測量結(jié)合面切向的位移變化量電渦流位移傳感器(4)連接入信號采集系統(tǒng)。本發(fā)明具有機械加工簡單、裝卡方便、裝置通用性強、參數(shù)容易控制等優(yōu)點。
文檔編號G01N3/08GK102393330SQ20111025762
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者劉志峰, 李玲, 王晶晶, 蔡力鋼, 郭鐵能 申請人:北京工業(yè)大學(xué)