一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置及方法
【專利摘要】一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置及方法，適用于結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，振動(dòng)沖擊測(cè)試。裝置主要包括電機(jī)、底座、立座、定位齒套搖臂、光電編碼器、力錘夾持活動(dòng)夾、力錘夾持定夾和力錘，將電機(jī)固定在立座底部，搖臂和立座通過(guò)定位彈簧和定位齒套形成一特定工作角度，搖臂末端搖臂蓋側(cè)固定光電編碼器，力錘安裝于搖臂末端安裝力錘夾持活動(dòng)夾和力錘夾持定夾內(nèi)。根據(jù)輸入的沖擊速度、距離以及沖擊次數(shù)和頻率，計(jì)算出控制信號(hào)，控制電機(jī)帶動(dòng)力錘按設(shè)定要求的參數(shù)敲擊被測(cè)試件表面，達(dá)到測(cè)試激勵(lì)效果。本發(fā)明可保證激勵(lì)力的大小和方向的一致性、重復(fù)性和調(diào)節(jié)性，方便控制力錘作用于被測(cè)試件的接觸時(shí)間、激勵(lì)力大小和沖擊頻率，較易獲得理想力脈沖。
【專利說(shuō)明】一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于模態(tài)測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置方法，尤其 適用于激勵(lì)力可重復(fù)、一致性高和調(diào)節(jié)性好、激勵(lì)力大小和沖擊頻率可調(diào)的工作臺(tái)式自動(dòng) 力錘裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 模態(tài)試驗(yàn)用于測(cè)量機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，其目的是得到結(jié)構(gòu)的固有頻率、模態(tài)振 型和模態(tài)阻尼，以進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性分析。
[0003] 模態(tài)試驗(yàn)常采用錘擊法，這種方法最重要的優(yōu)點(diǎn)是激勵(lì)裝置（即力錘）不與試件 相連接，不給結(jié)構(gòu)附加任何質(zhì)量，因而不會(huì)影響試件的動(dòng)態(tài)特性。
[0004] 力錘是錘子和力傳感器結(jié)合構(gòu)成的儀器，是模態(tài)試驗(yàn)中常用的激勵(lì)裝置。力錘多 用于SIS0參數(shù)識(shí)別方法中。力錘錘擊激勵(lì)提供一種瞬態(tài)激勵(lì)，一般通過(guò)更換力錘錘帽獲得 不同的沖擊力譜，更換不同質(zhì)量的錘頭可獲得不同能量的激勵(lì)信號(hào)。對(duì)于普通結(jié)構(gòu)，用SIS0 頻域法做參數(shù)識(shí)別時(shí)，使用力錘一般能得到較為滿意的結(jié)果。加之激勵(lì)設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低 廉，使用方便，對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，特別適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，因此，通常將力 錘錘擊激勵(lì)作為優(yōu)先考慮的激勵(lì)方式之一。
[0005] 激振力的能量量級(jí)和頻率展寬取決于操作者用力的大小，反應(yīng)的快慢，力錘的質(zhì) 量，錘頭硬度等。在需要寬頻激勵(lì)時(shí)，要求輸入力接近Dirac脈沖（即持續(xù)時(shí)間為零，力幅度 無(wú)限大，沖量為一個(gè)單位），除了要求錘頭硬，錘質(zhì)量小，試件表面硬外，還要求操作者施加 的力小，使力錘與試件之間的接觸時(shí)間短；在需要低頻激勵(lì)時(shí)，除了要求錘子重，錘頭軟外， 還要求操作者施加的力大，使力錘與試件之間的接觸時(shí)間加長(zhǎng)，以便激勵(lì)出較低的頻率。
[0006] 目前，錘擊法試驗(yàn)是由人工操作力錘擊打被測(cè)結(jié)構(gòu)，由于每次錘擊力的大小和方 向很難保持一致，而且激勵(lì)時(shí)間也難以控制，因此可重復(fù)性差，難以激勵(lì)出理想的力脈沖。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、能夠保證沖擊力的可重 復(fù)性和可調(diào)節(jié)性，可靠地控制錘頭與被測(cè)結(jié)構(gòu)之間的接觸時(shí)間和沖擊力大小的工作臺(tái)式自 動(dòng)力錘。
[0008] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置，包括電機(jī)、底 座、立座、立座蓋、定位彈簧、定位齒套、搖臂、光電編碼器、力錘夾持定夾、力錘夾持活動(dòng)夾、 力錘；所述的電機(jī)固定在立座蓋底部，電機(jī)輸出軸上固定有第一同步帶輪，立座蓋扣合在立 座上，立座安裝在底座上，所述的搖臂通過(guò)定位彈簧和定位齒套固定在立座上，與立座形成 一特定工作角度，定位彈簧將定位齒套緊壓在立座一側(cè)，立座和搖臂通過(guò)中軸、第一檔圈、 第一軸承、第二檔圈、第二軸承軸向和徑向定位；所述的中軸兩側(cè)設(shè)有第二同步帶輪和第三 同步帶輪，中軸和第二同步帶輪通過(guò)第一平鍵周向固定，中軸和第三同步帶輪通過(guò)第二平 鍵周向固定；搖臂末端固定有光電編碼器，所述的力錘固定安裝于搖臂末端的力錘夾持活 動(dòng)夾和力錘夾持定夾內(nèi)，力錘夾持定夾和力錘夾持活動(dòng)夾之間設(shè)有調(diào)節(jié)螺桿，所述力錘夾 持定夾的后部設(shè)有連接軸，連接軸末端設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔與光電編碼器的軸固定相連； 所述力錘夾持定夾通過(guò)第三軸承和第三擋圈和搖臂軸向固定；第四同步帶輪通過(guò)第三平鍵 周向固定在力錘夾持定夾的軸上；所述的第一同步帶輪和第二同步帶輪通過(guò)第一同步帶連 接傳動(dòng)，第三同步帶輪和第四同步帶輪通過(guò)第二同步帶連接傳動(dòng)。
[0009] 所述底座下的支腿為磁性表座；所述的搖臂上設(shè)有搖臂蓋；所述的力錘夾持定夾 上設(shè)有兩道燕尾槽凸槽，力錘夾持活動(dòng)夾上設(shè)有兩道燕尾槽凹槽，力錘夾持定夾與力錘夾 持活動(dòng)夾17通過(guò)燕尾槽滑動(dòng)連接；所述的調(diào)節(jié)螺桿上設(shè)有壓緊彈簧。
[0010] 使用上述裝置的工作臺(tái)式自動(dòng)力錘方法：在測(cè)試工作前，通過(guò)擰調(diào)節(jié)螺桿，使力錘 夾持定夾和力錘夾持活動(dòng)夾張開，將的力錘的錘把放入到力錘夾持定夾和力錘夾持活動(dòng)夾 之間，擰緊調(diào)節(jié)螺桿，使固定力錘夾緊；測(cè)試時(shí)，將底座安放于鐵磁性桌面上，調(diào)整好位置， 打開磁性表座的開關(guān)，使裝置緊緊固定在鐵磁性桌面上，然后滑動(dòng)定位齒套擠壓定位彈簧， 使定位齒套與搖臂外齒脫離嚙合，調(diào)整搖臂與立座到所需角度，放開定位齒套，鎖緊搖臂與 立座，將力錘與被測(cè)試件的表面相接觸，讀取此進(jìn)光電編碼器的數(shù)值，確定初始位置，然后 再根據(jù)輸入的沖擊速度、距離以及沖擊次數(shù)和頻率，計(jì)算出控制信號(hào)，通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器，使電機(jī)通過(guò)同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)力錘按設(shè)定要求的參數(shù)敲擊被測(cè)試件表面，達(dá)到測(cè)試 激勵(lì)效果。
[0011] 有益效果：本發(fā)明可解決現(xiàn)有力錘測(cè)試裝置所存在的錘擊力大小和方向較難保持 一致、激勵(lì)時(shí)間難以控制、可重復(fù)性差、難以提供理想的力脈沖問(wèn)題；利用現(xiàn)有普通力錘，可 節(jié)約額外制造專用錘頭的成本；激勵(lì)力大小和方向的一致性、重復(fù)性和調(diào)節(jié)性較好，能可靠 地控制錘頭與被測(cè)結(jié)構(gòu)之間的接觸時(shí)間和沖擊力大小，得到較為理想的力脈沖；工作臺(tái)底 座采用磁性表座，穩(wěn)定性好，在鐵磁性工作面上，本發(fā)明的自動(dòng)力錘裝置可以選擇任意位置 放置，對(duì)試件進(jìn)行多測(cè)點(diǎn)測(cè)試，可用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析和自動(dòng)沖擊測(cè)試。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 使用方便，可重復(fù)性強(qiáng)，激勵(lì)脈沖效果好，具有廣泛的實(shí)用性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖局部視圖I ;
[0016] 圖5為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖局部視圖II ;
[0017] 圖6為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖局部視圖III。
[0018] 圖中：1 一磁性表座，2-螺釘，3-底座，4 一第一同步帶輪，5 -電機(jī)，6-立座蓋， 7-立座，8-第一同步帶，9 一第二同步帶輪，10-中軸，11 一第一平鍵，12-第一擋圈，13- 第一軸承，14 一定位彈簧，15-定位齒套，16-力錘，17-力錘夾持活動(dòng)夾，18-力錘夾持 定夾，19一壓緊彈簧，20-調(diào)節(jié)螺桿，21-第四同步帶輪，22-第二平鍵，23-光電編碼器， 24-第三擋圈，25-第三軸承，26-搖臂，27-搖臂蓋，28-第二同步帶，29-第二平鍵， 30一第二同步帶輪，31-第二擋圈，32-第二軸承，a一第一測(cè)試工件，b-第二測(cè)試工件。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述：
[0020] 本發(fā)明的工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置，主要由電機(jī)5、底座3、立座7、立座蓋6、定位彈 簧14、定位齒套15、搖臂26、光電編碼器23、力錘夾持定夾18、力錘夾持活動(dòng)夾17、力錘16 構(gòu)成。所述的電機(jī)5固定在立座蓋6底部，電機(jī)5輸出軸上固定有第一同步帶輪4,立座蓋 6扣合在立座7上，立座7安裝在底座3上，底座3下部的支腿為磁性表座1。所述的搖臂 26通過(guò)定位彈簧14和定位齒套15固定在立座7上，與立座7形成一特定工作角度，定位彈 簧14將定位齒套15緊壓在立座7 -側(cè)，立座7和搖臂26通過(guò)中軸10、第一檔圈12、第一 軸承13、第二檔圈31、第二軸承32軸向和徑向定位；所述的中軸10兩側(cè)還安裝有第二同步 帶輪9和第三同步帶輪30,中軸10和第二同步帶輪9通過(guò)第一平鍵11周向固定，中軸10 和第三同步帶輪30通過(guò)第二平鍵29周向固定；所述的搖臂26上設(shè)有搖臂蓋27,搖臂蓋27 扣合在搖臂26上，搖臂26末端搖臂蓋27側(cè)固定有光電編碼器23,力錘16安裝于搖臂26 末端力錘夾持活動(dòng)夾17和力錘夾持定夾18內(nèi)，力錘夾持定夾18和力錘夾持活動(dòng)夾17之 間設(shè)有調(diào)節(jié)螺桿20。所述力錘夾持定夾18的后部設(shè)有連接軸，連接軸末端設(shè)有螺紋孔，該 光電編碼器23的軸與該螺紋孔固定相連；所述力錘夾持定夾18通過(guò)第三軸承25和第三擋 圈24和搖臂26軸向固定；第四同步帶輪21通過(guò)第三平鍵22周向固定在力錘夾持定夾18 的軸上；所述的第一同步帶輪4和第二同步帶輪9通過(guò)第一同步帶8連接傳動(dòng)，第三同步帶 輪30和第四同步帶輪21通過(guò)第二同步帶28連接傳動(dòng)。
[0021] 所述底座3為矩形，中間設(shè)有一比電機(jī)5稍大的孔，底座3四角處設(shè)有安裝孔，四 個(gè)磁性表座1通過(guò)底座3上設(shè)置的安裝孔被螺釘2固定在底座3上。
[0022] 所述立座蓋6底部設(shè)有電機(jī)安裝孔，電機(jī)5通過(guò)電機(jī)安裝孔和螺釘安裝在立座蓋 6底部，電機(jī)5輸出軸上固定有第一同步帶輪4。
[0023] 所述立座7底部設(shè)有安裝底面，安裝底面和立座體之間設(shè)有筋板，所述立座7通過(guò) 螺釘固定在底座3上，立座7頂部為半圓形，從無(wú)蓋到有蓋方向依次設(shè)有軸承安裝孔、外齒、 軸孔。
[0024] 所述搖臂26兩端均為半圓形，始端從無(wú)蓋到有蓋方向依次設(shè)有軸承安裝孔、夕卜 齒、軸孔，末端從無(wú)蓋到有蓋方向依次設(shè)有軸承安裝孔、軸孔，所述搖臂蓋27兩端均為半圓 形，且都設(shè)有軸孔。
[0025] 所述力錘夾持定夾18設(shè)有兩道燕尾槽凸槽，所述力錘夾持活動(dòng)夾17設(shè)有兩道燕 尾槽凹槽，力錘夾持定夾18和力錘夾持活動(dòng)夾17通過(guò)燕尾槽滑動(dòng)連接；所述力錘夾持定 夾18兩道燕尾槽凸槽中間位置設(shè)有通孔，所述力錘夾持活動(dòng)夾17兩道燕尾槽凹槽中間位 置設(shè)有螺紋孔，調(diào)節(jié)螺桿20通過(guò)設(shè)置在力錘夾持定夾上18的通孔與設(shè)置在力錘夾持活動(dòng) 夾17上的螺紋孔連接，調(diào)節(jié)螺桿20位于力錘夾持定夾18和力錘夾持活動(dòng)夾17之間的部 分套裝有壓緊彈簧19。
[0026] 所述的電機(jī)5選用42步進(jìn)電機(jī)，第一同步帶輪4為HTD齒距3mm，帶寬9mm，齒數(shù) 12的同步帶輪，第二同步帶輪9、第三同步帶輪30、第四同步帶輪21均為為HTD齒距3mm， 帶寬9mm，齒數(shù)32的同步帶輪，光電編碼器23為2500線編碼器。
[0027] 本發(fā)明的工作臺(tái)式自動(dòng)力錘方法：在測(cè)試工作前，通過(guò)擰調(diào)節(jié)螺桿20,使力錘夾 持定夾18和力錘夾持活動(dòng)夾17張開，將的力錘16的錘把放入到力錘夾持定夾18和力錘 夾持活動(dòng)夾17之間，擰緊調(diào)節(jié)螺桿20,使力錘16夾緊；測(cè)試時(shí)，將底座3安放于鐵磁性桌 面上，調(diào)整好位置，打開磁性表座1的開關(guān)，使裝置緊緊固定在鐵磁性桌面上，然后滑動(dòng)定 位齒套15擠壓定位彈簧14,使定位齒套15與搖臂26外齒脫離嚙合，調(diào)整搖臂26與立座 7到所需角度，放開定位齒套15,鎖緊搖臂26與立座7,將力錘16與被測(cè)試件的表面相接 觸，讀取此進(jìn)光電編碼器23的數(shù)值，確定初始位置，然后再根據(jù)輸入的沖擊速度、距離以及 沖擊次數(shù)和頻率，計(jì)算出控制信號(hào)，通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)5通過(guò)由第一同步帶輪4、 第二同步帶輪9、中軸10、第三同步帶輪30、第四同步帶輪21等構(gòu)成的同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng) 力錘16按設(shè)定要求的參數(shù)敲擊被測(cè)試件表面，達(dá)到測(cè)試激勵(lì)效果。
[0028] 如圖1所示，如果力錘16距離被測(cè)試件b太遠(yuǎn)，可滑動(dòng)定位齒套15擠壓定位彈簧 14,使定位齒套15與搖臂26外齒脫離嚙合，調(diào)整搖臂26與立座7到合適角度，放開定位齒 套15,鎖緊搖臂26與立座7,再手動(dòng)將力錘16壓到被測(cè)試件a的表面。這時(shí)，外設(shè)的控制 器讀取此刻的光電編碼器23的值，確定初始位置，然后再根據(jù)輸入的沖擊速度，距離以及 沖擊次數(shù)和頻率，計(jì)算出控制控制信號(hào)，通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)5通過(guò)同步帶傳動(dòng)系 統(tǒng)帶動(dòng)力錘16按照要求的參數(shù)敲擊被測(cè)試件表面，達(dá)到測(cè)試激勵(lì)效果。
[0029] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置，其特征在于：它包括電機(jī)（5)、底座（3)、立座（7)、立座 蓋（6)、定位彈簧（14)、定位齒套（15)、搖臂（26)、光電編碼器（23)、力錘夾持定夾（18)、力 錘夾持活動(dòng)夾（17)、力錘（16);所述的電機(jī)（5)固定在立座蓋（6)底部，電機(jī)（5)輸出軸上 固定有第一同步帶輪（4)，立座蓋（6)扣合在立座（7)上，立座（7)安裝在底座（3)上，所述 的搖臂（26)通過(guò)定位彈簧（14)和定位齒套（15)固定在立座（7)上，與立座（7)形成一特 定工作角度，定位彈簧（14)將定位齒套（15)緊壓在立座（7) -側(cè)，立座（7)和搖臂（26) 通過(guò)中軸（10)、第一檔圈（12)、第一軸承（13)、第二檔圈（31)、第二軸承（32)軸向和徑向 定位；所述的中軸（10)兩側(cè)設(shè)有第二同步帶輪（9)和第三同步帶輪（30)，中軸（10)和第 二同步帶輪（9)通過(guò)第一平鍵（11)周向固定，中軸（10)和第三同步帶輪（30)通過(guò)第二平 鍵（29)周向固定；搖臂（26)末端固定有光電編碼器（23)，所述的力錘16固定安裝于搖臂 (26)末端的力錘夾持活動(dòng)夾（17)和力錘夾持定夾（18)內(nèi)，力錘夾持定夾（18)和力錘夾持 活動(dòng)夾（17)之間設(shè)有調(diào)節(jié)螺桿（20)，所述力錘夾持定夾（18)的后部設(shè)有連接軸，連接軸 末端設(shè)有螺紋孔，該螺紋孔與光電編碼器（23)的軸固定相連；所述力錘夾持定夾（18)通過(guò) 第三軸承（25)和第三擋圈24和搖臂（26)軸向固定；第四同步帶輪（21)通過(guò)第三平鍵22 周向固定在力錘夾持定夾（18)的軸上；所述的第一同步帶輪（4)和第二同步帶輪（9)通過(guò) 第一同步帶（8)連接傳動(dòng)，第三同步帶輪（30)和第四同步帶輪（21)通過(guò)第二同步帶（28) 連接傳動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置，其特征在于：所述底座（3)下 部的支腿為磁性表座（1)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置，其特征在于：所述的搖臂（26) 上設(shè)有搖臂蓋（27)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置，其特征在于：所述的力錘夾持 定夾（18)上設(shè)有兩道燕尾槽凸槽，力錘夾持活動(dòng)夾（17)上設(shè)有兩道燕尾槽凹槽，力錘夾持 定夾（18)與力錘夾持活動(dòng)夾（17)通過(guò)燕尾槽滑動(dòng)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作臺(tái)式自動(dòng)力錘裝置，其特征在于：所述的調(diào)節(jié)螺桿 (20)上設(shè)有壓緊彈簧（19)。
6. -種使用權(quán)利要求1所述裝置的工作臺(tái)式自動(dòng)力錘方法，其特征在于：在測(cè)試工作 前，通過(guò)擰調(diào)節(jié)螺桿（20)，使力錘夾持定夾（18)和力錘夾持活動(dòng)夾（17)張開，將的力錘 (16)的錘把放入到力錘夾持定夾（18)和力錘夾持活動(dòng)夾（17)之間，擰緊調(diào)節(jié)螺桿（20)， 使固定力錘（16)夾緊；測(cè)試時(shí)，將底座（3)安放于鐵磁性桌面上，調(diào)整好位置，打開磁性 表座（1)的開關(guān)，使裝置緊緊固定在鐵磁性桌面上，然后滑動(dòng)定位齒套（15)擠壓定位彈簧 (14)，使定位齒套（15)與搖臂（26)外齒脫離嚙合，調(diào)整搖臂（26)與立座（7)到所需角度， 放開定位齒套（15)，鎖緊搖臂（26)與立座（7)，將力錘（16)與被測(cè)試件的表面相接觸，讀 取此時(shí)光電編碼器（23)的數(shù)值，確定初始位置，然后再根據(jù)輸入的沖擊速度、距離以及沖 擊次數(shù)和頻率，計(jì)算出控制信號(hào)，通過(guò)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)（5)通過(guò)同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)帶 動(dòng)力錘（16)按設(shè)定要求的參數(shù)敲擊被測(cè)試件表面，達(dá)到測(cè)試激勵(lì)效果。
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK104155076SQ201410318839
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】李威, 劉玉飛, 徐晗, 楊雪鋒, 王禹橋, 范孟豹, 魏華賢, 應(yīng)葆華, 劉芳沁, 鞠錦勇, 須曉鋒, 路恩 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)