基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】一種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置及方法，裝置包括摩擦擺、軸套、調(diào)速電機(jī)、動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)，摩擦擺包括連接在一起的擺塊、擺桿、擺環(huán)，軸套安裝在調(diào)速電機(jī)軸上，擺環(huán)套裝在軸套外，擺桿兩側(cè)貼有應(yīng)變片，應(yīng)變片通過接線樁、導(dǎo)線與動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)連接。方法包括步驟：A、對動態(tài)應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；B、啟動調(diào)速電機(jī)，電機(jī)軸連同軸套轉(zhuǎn)動，軸套帶動摩擦擺同向轉(zhuǎn)動；摩擦擺轉(zhuǎn)過一定角度后迅速擺回；待擺速降低后，摩擦擺開始下一個周期的擺動；C、通過動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)記錄與分析摩擦擺的擺動規(guī)律。本發(fā)明能科學(xué)合理而持續(xù)地研究摩擦自激振動現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、成本低，易于推廣應(yīng)用。
【專利說明】基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，特別是一種基于摩擦擺的摩擦自激振動 實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)外部的非振蕩性能量轉(zhuǎn)換為非線性系統(tǒng)內(nèi)的振蕩能量時，該系統(tǒng)所發(fā)生的振動 稱為自激振動。自激振動是自然界和機(jī)械工程中一種相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，其最顯著特征是，一 旦切斷系統(tǒng)外部能量的供給，振動便立即消失。在絕大多數(shù)情況下，非線性機(jī)械系統(tǒng)都含有 滑動摩擦副，因此自激振動又可稱為摩擦自激振動。
[0003] 摩擦自激振動往往伴有高頻率噪聲。這種振動和噪聲對機(jī)械設(shè)備的使用壽命及人 們的身心健康都會帶來嚴(yán)重危害；但此種振動及噪聲的形成機(jī)理至今仍未完全被揭曉。
[0004] 現(xiàn)有的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置多如圖2與圖3所示。圖2裝置只是一種解釋自激 振動現(xiàn)象的理論模型，11為主動帶輪，12為傳動帶，13為從動帶輪，14為拉伸彈簧，15為滑 動塊；由于帶傳動的不平穩(wěn)性，致使該模型無法具有實(shí)用價值。圖3所示的現(xiàn)有摩擦自激振 動實(shí)驗(yàn)裝置中，21為機(jī)床床身，22為滾動體，23為工作臺，24為拉伸彈簧，25為滑動塊，該裝 置曾較長時間被用于機(jī)床滑動部件非穩(wěn)定運(yùn)動現(xiàn)象研究，但工作臺23直線移動的行程極 為有限，而且在運(yùn)動的起始和終止時段，工作臺23的移動速度都無法確保為常數(shù)，這就使 得研究者們無法長時間持續(xù)對自激振動現(xiàn)象進(jìn)行分析與研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置及其 實(shí)驗(yàn)方法，以便科學(xué)、合理而持續(xù)地研究摩擦自激振動現(xiàn)象。
[0006] 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置，包 括摩擦擺、軸套、調(diào)速電機(jī)、動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)，所述的摩擦擺包括擺塊、擺桿、擺環(huán)，所述 的軸套緊固安裝在調(diào)速電機(jī)軸上，所述的擺環(huán)套裝在軸套的外圓上，該擺環(huán)的內(nèi)孔與軸套 的外圓滑動配合，擺環(huán)和擺塊之間通過所述的擺桿連接在一起，所述的擺桿上部兩側(cè)還分 別貼有應(yīng)變片，應(yīng)變片的引出線連接到接線樁上，所述的接線樁安裝在擺環(huán)外圓頂部，接線 樁通過導(dǎo)線與動態(tài)應(yīng)變儀的輸入端連接，動態(tài)應(yīng)變儀的輸出端與計算機(jī)連接。
[0007] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的擺環(huán)兩側(cè)還各連接有標(biāo)定操作手柄。
[0008] 本發(fā)明的更進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的擺環(huán)兩側(cè)各設(shè)有一凸臺，凸臺內(nèi)加工有螺 紋孔，所述的標(biāo)定操作手柄端部加工有外螺紋，標(biāo)定操作手柄通過螺紋與凸臺連接在一起。
[0009] 本發(fā)明的更進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述軸套4的外圓徑向跳動量< 0. 005mm。
[0010] 本發(fā)明的另一技術(shù)方案是：一種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)方法，該方法包 括如下步驟： A、 對動態(tài)應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定； B、 啟動調(diào)速電機(jī)，調(diào)速電機(jī)軸連同軸套轉(zhuǎn)動，軸套外表面通過摩擦力帶動擺環(huán)同向轉(zhuǎn) 動；擺環(huán)連同擺桿、擺塊轉(zhuǎn)過一定角度后，在重力作用下擺塊、擺桿、擺環(huán)迅速擺回；待擺速 降低后，擺環(huán)內(nèi)的摩擦力再次發(fā)揮作用使摩擦擺開始下一個周期的擺動； C、通過動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)記錄與分析摩擦擺的擺動規(guī)律，所述的擺動規(guī)律包括擺動 幅度、頻率。
[0011] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述步驟A中對動態(tài)應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的具體 內(nèi)容如下： A. 1、首先使摩擦擺自動處于靜止平衡狀態(tài)，將動態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)調(diào)為零； A. 2、人工順時針依次搬動標(biāo)定手柄，使摩擦擺轉(zhuǎn)動一定角度，測定其轉(zhuǎn)角大小、記錄動 態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)并畫出相應(yīng)標(biāo)定曲線； A. 3、逆時針依次搬動標(biāo)定手柄，使摩擦擺轉(zhuǎn)動一定角度，測定其轉(zhuǎn)角大小、記錄動態(tài)應(yīng) 變儀讀數(shù)并畫出相應(yīng)標(biāo)定曲線。
[0012] 由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明之基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法 與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果： 1.可以科學(xué)、合理而持續(xù)地研究摩擦自激振動現(xiàn)象： 由于本發(fā)明之基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置包括摩擦擺、軸套、調(diào)速電機(jī)、動態(tài) 應(yīng)變儀、計算機(jī)，由于調(diào)速電機(jī)可在很大范圍內(nèi)使調(diào)速電機(jī)軸獲得非常平穩(wěn)的任意轉(zhuǎn)速；而 且借助動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)，可以非常準(zhǔn)確地測定摩擦擺在各種工況下的擺動幅度與頻率； 因此，本發(fā)明可以非?？茖W(xué)、合理而持續(xù)地研究摩擦自激振動現(xiàn)象。
[0013] 2.可以獲得更為精確的定量分析結(jié)果： 本發(fā)明借助于標(biāo)定曲線和計算機(jī)，可以很精確地測定摩擦擺的最大擺角和擺動周期， 進(jìn)而經(jīng)過換算可以很精確地求出不同工況下摩擦副之間的摩擦力和摩擦系數(shù)。
[0014] 3.結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于推廣應(yīng)用： 本發(fā)明之基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置包括摩擦擺、軸套、調(diào)速電機(jī)、動態(tài)應(yīng)變 儀、計算機(jī)，各組成部件都比較簡單，成本也比較低，易于推廣應(yīng)用。
[0015] 4.方法簡便，易于操作： 本發(fā)明方法的各步驟均比較簡便，易于調(diào)整摩擦副間的工作狀況，其操作十分方便。
[0016] 下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明之基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí) 驗(yàn)方法的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1 :本發(fā)明之基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2?圖3 :現(xiàn)有摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2 :現(xiàn)有摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖一； 圖3 :現(xiàn)有摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0018] 圖中，各標(biāo)號如下： I- 擺塊，2-擺桿，3-應(yīng)變片，4-軸套，5-調(diào)速電機(jī)軸， 6_標(biāo)定操作手柄，7-擺環(huán)，701-凸臺，8-接線樁， II- 主動帶輪，12-傳動帶，13-從動帶輪，14-拉伸彈簧，15-滑動塊； 21-機(jī)床床身，22-滾動體，23-工作臺，24-拉伸彈簧，25-滑動塊。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例一： 一種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置，包括摩擦擺、軸套4、調(diào)速電機(jī)、動態(tài)應(yīng)變 儀、計算機(jī)，所述的摩擦擺包括擺塊1、擺桿2、擺環(huán)7,所述的軸套4緊固安裝在調(diào)速電機(jī)軸 5上，且軸套4的外圓徑向跳動量< 0. 005mm ;所述的擺環(huán)7套裝在軸套4的外圓上，該擺環(huán) 7的內(nèi)孔與軸套4的外圓滑動配合，擺環(huán)7和擺塊1之間通過所述的擺桿2以螺紋連接的方 式連接在一起，所述的擺桿2上部兩側(cè)還分別貼有應(yīng)變片3,應(yīng)變片3的引出線緊貼擺桿2 和擺環(huán)7向上延伸并連接到接線樁8上，所述的接線樁8安裝在擺環(huán)7外圓頂部，接線樁8 通過導(dǎo)線與動態(tài)應(yīng)變儀的輸入端連接，動態(tài)應(yīng)變儀的輸出端與計算機(jī)連接。
[0020] 所述的擺環(huán)7兩側(cè)還各連接有標(biāo)定操作手柄6,即在擺環(huán)7兩側(cè)各設(shè)有一凸臺 701，凸臺701內(nèi)加工有螺紋孔，所述的標(biāo)定操作手柄6端部加工有外螺紋，標(biāo)定操作手柄6 通過螺紋與凸臺701聯(lián)接在一起。
[0021] 本發(fā)明之基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置的工作原理： 調(diào)速電機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速，根據(jù)需要，調(diào)速電機(jī)軸5連同軸套4既可 順時針，也可逆時針轉(zhuǎn)動。軸套4的外表面和擺環(huán)7的內(nèi)表面之間既可處于干摩擦狀態(tài)，也 可施加各種類型的潤滑劑。電機(jī)軸5連同軸套4轉(zhuǎn)動時，軸套4外表面即通過摩擦力帶動 擺環(huán)7同向轉(zhuǎn)動。但當(dāng)擺環(huán)7轉(zhuǎn)過一定角度后，擺環(huán)7孔內(nèi)所受摩擦力矩便難以繼續(xù)與擺 桿2及擺塊1對電機(jī)軸回轉(zhuǎn)中心的重力恢復(fù)力矩相平衡，致使擺塊系統(tǒng)迅速擺回。待擺速 降低到某一值后，擺環(huán)內(nèi)的摩擦力矩再次發(fā)揮作用而使摩擦擺開始下一個周期的擺動。
[0022] 在擺動過程中，摩擦擺的擺塊及擺桿產(chǎn)生的重力恢復(fù)力矩必定引起應(yīng)變片3電阻 的變化，并且必然存在擺幅大小與應(yīng)變片電阻改變量之間的對應(yīng)關(guān)系。借助動態(tài)應(yīng)變儀和 計算機(jī)即可記錄與分析摩擦擺的擺動規(guī)律。
[0023] 實(shí)施例二： 一種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)方法，該方法包括如下步驟： A、 對動態(tài)應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定； B、 啟動調(diào)速電機(jī)，調(diào)速電機(jī)軸5連同軸套4轉(zhuǎn)動，軸套4外表面通過摩擦力帶動擺環(huán)7 同向轉(zhuǎn)動；擺環(huán)7連同擺桿2、擺塊1轉(zhuǎn)過一定角度后，在重力作用下擺塊1、擺桿2、擺環(huán)7 迅速擺回；待擺速降低后，擺環(huán)7內(nèi)的摩擦力再次發(fā)揮作用使摩擦擺開始下一個周期的擺 動； C、 通過動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)記錄與分析摩擦擺的擺動規(guī)律，所述的擺動規(guī)律包括擺動 幅度、頻率。
[0024] 所述步驟A中對動態(tài)應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的具體內(nèi)容如下： A. 1、首先使摩擦擺自動處于靜止平衡狀態(tài)，將動態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)調(diào)為零； A. 2、人工順時針依次搬動標(biāo)定手柄6,使摩擦擺轉(zhuǎn)動一定角度，測定其轉(zhuǎn)角大小、記錄 動態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)并畫出相應(yīng)標(biāo)定曲線； A. 3、逆時針依次搬動標(biāo)定手柄6,使摩擦擺轉(zhuǎn)動一定角度，測定其轉(zhuǎn)角大小、記錄動態(tài) 應(yīng)變儀讀數(shù)并畫出相應(yīng)標(biāo)定曲線。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括摩擦擺、軸套（4)、調(diào) 速電機(jī)、動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)，所述的摩擦擺包括擺塊（1)、擺桿（2)、擺環(huán)（7)，所述的軸套 (4)緊固安裝在調(diào)速電機(jī)軸（5)上，所述的擺環(huán)（7)套裝在軸套（4)的外圓上，該擺環(huán)（7) 的內(nèi)孔與軸套（4)的外圓滑動配合，擺環(huán)（7)和擺塊（1)之間通過所述的擺桿（2)連接在一 起，所述的擺桿（2)上部兩側(cè)還分別貼有應(yīng)變片（3)，應(yīng)變片（3)的引出線連接到接線樁（8) 上，所述的接線樁（8)安裝在擺環(huán)（7)外圓頂部，接線樁（8)通過導(dǎo)線與動態(tài)應(yīng)變儀的輸入 端連接，動態(tài)應(yīng)變儀的輸出端與計算機(jī)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的 擺環(huán)（7 )兩側(cè)還各連接有標(biāo)定操作手柄（6 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的 擺環(huán)（7)兩側(cè)各設(shè)有一凸臺（701)，凸臺（701)內(nèi)加工有螺紋孔，所述的標(biāo)定操作手柄（6)端 部加工有外螺紋，標(biāo)定操作手柄（6 )通過螺紋與凸臺（701)聯(lián)接在一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述軸 套（4)的外圓徑向跳動量彡0· 005mm。
5. -種基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：該方法包括如下步驟： A、 對動態(tài)應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定； B、 啟動調(diào)速電機(jī)，調(diào)速電機(jī)軸（5 )連同軸套（4)轉(zhuǎn)動，軸套（4)外表面通過摩擦力帶動 擺環(huán)（7)同向轉(zhuǎn)動；擺環(huán)（7)連同擺桿（2)、擺塊（1)轉(zhuǎn)過一定角度后，在重力作用下擺塊 (1)、擺桿（2)、擺環(huán)（7)迅速擺回；待擺速降低后，擺環(huán)（7)內(nèi)的摩擦力再次發(fā)揮作用使摩擦 擺開始下一個周期的擺動； C、 通過動態(tài)應(yīng)變儀、計算機(jī)記錄與分析摩擦擺的擺動規(guī)律，所述的擺動規(guī)律包括擺動 幅度、頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于摩擦擺的摩擦自激振動實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述步 驟A中對動態(tài)應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定的具體內(nèi)容如下： A. 1、首先使摩擦擺自動處于靜止平衡狀態(tài)，將動態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)調(diào)為零； A. 2、人工順時針依次搬動標(biāo)定手柄（6)，使摩擦擺轉(zhuǎn)動一定角度，測定其轉(zhuǎn)角大小、記 錄動態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)并畫出相應(yīng)標(biāo)定曲線； A. 3、逆時針依次搬動標(biāo)定手柄（6)，使摩擦擺轉(zhuǎn)動一定角度，測定其轉(zhuǎn)角大小、記錄動 態(tài)應(yīng)變儀讀數(shù)并畫出相應(yīng)標(biāo)定曲線。
【文檔編號】G01M7/02GK104111155SQ201410319599
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】高中庸, 黃嫦娥, 高尚晗 申請人:廣西科技大學(xué)