专利名称：大型结合面实验装置的制作方法
技术领域：
大型结合面实验装置涉及测量测试装置，尤其涉及一种大型结合面法向刚度与切 向刚度检测装置及方法。
背景技术：
机械部件中存在大量的结合面，结合面体现出的弹簧与阻尼特性是机械部件刚度 与阻尼的特性的重要组成部分，犹其是对于机床来说，结合部产生阻尼占整个机床阻尼的 90%左右，并且结合部的刚度及可靠性相对于机床刚度来说也是一个薄弱环节，机床总刚 度的60% -80%是由结合面接触刚度决定的。因此，对于结合部的研究是非常有必要的，可 以很大程度地提高产机械产品的性能。结合部，通常是由两个平面通过不同方式的预紧连接在一起，通过结合面的相互 作用而体现其特性的。因此，对于结合面的研究没有固定物理模型可以追溯，只能通过实验 研究结合面的静动态特性。然而，对于结合面种类繁多，形式各异，进行实验所需的装置也 缺乏通用性，各种特性难以在一台装置上测量。传统的结合面测量装置如图1所示，试验方法如下首先测量试件的外形尺寸，结合面的粗糙度、接触面积、平面度公差并记录，根据 该接触面积选择预紧载荷和激振方式及频率。然后将所选的预紧载荷和激振方式及频率输 入上位机控制器，上位机控制系统生成相应的电频信号，该信号经功率放大模块放大后，再 由激振器转换为相应的激振力信号。激振器作用于结合面试件上，其作用力通过力传感器 并经过信号放大器及A/D采样进入上位机控制系统，结合面试件的系统响应加速度与位移 信号则通过加速度传感器与电涡流传感器并经过信号放大器及A/D采样进入上位机控制 系统。通过上位机分析系统可以得到试件系统的频响曲线，并辨识出结合部的刚度与阻尼。由于该装置只能从一个方向加载并且只适用于单位面积法的小面积试件，这就限 制了装置的使用范围，只能在科研院校使用。由于结合面的多样性，不同结合面的特性千差 万别，需要一种更全面测量结合面特性的装置，尤其需要一种能够测量大结合面的装置。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能够测量接触面积接近0. Olm2的大型固定结合 面的测量装置，实现大型结合面的不同工况下的刚度阻尼特性的测量，并提出对于大型结 合面刚度与阻尼特性的测量和辨识方法。为了实现上述目的，本实用新型采用的如下技术方案设计一种大型结合面实验装置，由在机械框架中的法向加力装置1、法向电涡流传 感器2、上试件3、加速度传感器4、切向加力装置5、下试件6、工作台7、切向电涡流感器8、 切向力传感器9以及计算结合面特性的上位机组成。其中，工作台7设置在机械框架的下 部，工作台7的台面为设有均勻的T形槽的工作面；下试件6放置在工作台7上，下试件6 的底面设有可拆卸定位凸台，定位凸台嵌入工作台7的T形槽内；法向加力装置1位于下试件6上方，并与上试件3连接；在法向加力装置1与下试件6之间设置四个法向电涡流传 感器2，四个法向电涡流传感器2均勻设置在下试件6边缘；在下试件6侧向的中心位置， 沿T形槽方向设置切向加力装置5，切向加力装置5固定在工作台7上；在切向加力装置5 与下试件6侧面之间设置切向力传感器9 ；对应切向加力装置5的下试件6的另一侧，设置 切向电涡流感器8 ；在下试件6的顶面上设置加速度传感器4 ；各传感器接到上位机，同时 上位机通过功率放大器和安装在激振器驱动法向加力装置1。所述激振器采用线圈式加载头。所述法向加力装置1带有丝杠式手动预调节器。所述切向加力装置5为手轮式手动调节器。本实用新型的有益效果(1)既能测量小结合面，又能测量大结合面的刚度与阻 尼特性；(2)测出法向刚度与阻尼特性与切向刚度是来源于同一试件，因此可以从测量数 据中探寻两种刚度之间的相互关系；(3)由于下试件是安装在工作台上的，下试件位置决 定了压力中心的位置，因此可以实现偏离中心载荷的加载，并能分别从四个法向电涡流传 感器得出偏载时各方向的刚度变化；(4)结合面试件结构简单易于安装和测试。
图1传统结合面试验装置图图 2a Kelvin-Voight 模型图图2b图加所示Kelvin-Voight模型图的加载与卸载之间的迟滞耗能曲线图图3本实用新型中大型结合面实验装置的实施例示意图图4图3中的A-A视图图中1，法向加力装置；2，法向电涡流传感器；3，上试件；4，加速度传感器；5，切 向加力装置；6，下试件；7，工作台；8，切向电涡流感器；9，切向力传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型中的一实施例作具体描述。参照图3所示，本实施例的大型结合面实验装置主要由在机械框架中的法向加力 装置1、法向电涡流传感器2、上试件3、加速度传感器4、切向加力装置5、下试件6、工作台 7、切向电涡流感器8、切向力传感器组成9。工作台7设置在机械框架的下部，工作台7的台 面为设有均勻的T形槽的工作面；下试件6为正方形的柱体，下试件6放置在工作台7上， 下试件6的底面设有定位凸台，定位凸台嵌入工作台7的T形槽内；法向加力装置1位于 下试件6上方，并与上试件3连接，法向加力装置1设有丝杠式手动预调节器，通过调节丝 杠，法向加力装置1可以上下移动，从而精细调节上试件3与下试件6接触，本实施例中上 试件3与下试件6以平面接触；同时在法向加力装置1与下试件6之间设置四个法向电涡 流传感器2，四个法向电涡流传感器2均勻设置在下试件6四边缘；在下试件6侧向的中心 位置，沿T形槽方向设置切向加力装置5，切向加力装置5固定在工作台7上；在切向加力 装置5与下试件6侧面之间设置切向力传感器9 ；对应切向加力装置5的下试件6的另一 侧，设置切向电涡流感器8 ；在下试件6的顶面上设置加速度传感器4。各传感器的信号送到计算机，通过测试程序得到结合面刚度与阻尼特性的测量结果。 法向加力装置1的加载由计算机控制，法向加力装置1中有采用线圈式激振器，该 激振器由计算机通过功率放大器驱动。一方面，激振器通过一定的驱动功率实现预紧力的 加载；另一方面，激振器通过变化的驱动功率实现动载。本装置中测试大型结合面的基本原理在于测量静态刚度时通过测量出结合面在施加pn。m的正压力时的变形量U，得出对应 正压力的刚度值
权利要求1.大型结合面实验装置，由在机械框架中的法向加力装置(1)、法向电涡流传感器 (2)、上试件(3)、加速度传感器(4)、切向加力装置(5)、下试件(6)、工作台(7)、切向电涡 流感器(8)、切向力传感器(9)以及计算结合面特性的上位机组成，其特征在于工作台(7) 设置在机械框架的下部，工作台(7)的台面为设有均勻的T形槽的工作面；下试件(6)放置 在工作台(7)上，下试件(6)的底面设有可拆卸定位凸台，定位凸台嵌入工作台(7)的T形 槽内；法向加力装置(1)位于下试件(6)上方，并与上试件C3)连接；在法向加力装置(1) 与下试件(6)之间设置四个法向电涡流传感器( ，四个法向电涡流传感器( 均勻设置在 下试件(6)边缘；在下试件(6)侧向的中心位置，沿T形槽方向设置切向加力装置(5)，切 向加力装置(5)固定在工作台(7)上；在切向加力装置(5)与下试件(6)侧面之间设置切 向力传感器(9)；对应切向加力装置(5)的下试件(6)的另一侧，设置切向电涡流感器⑶； 在下试件(6)的顶面上设置加速度传感器(4)；各传感器接到上位机，同时上位机通过功率 放大器和安装在激振器驱动法向加力装置(1)。
2.如权利要求1所述的大型结合面实验装置，其特征在于所述激振器采用线圈式加 载头。
3.如权利要求1所述的大型结合面实验装置，其特征在于所述法向加力装置(1)带 有丝杠式手动预调节器。
4.如权利要求1所述的大型结合面实验装置，其特征在于所述切向加力装置(5)为 手轮式手动调节器。
专利摘要大型结合面实验装置涉及一种大型结合面法向刚度与切向刚度检测装置及方法。由在机械框架中的法向加力装置(1)、法向电涡流传感器(2)、上试件(3)、加速度传感器(4)、切向加力装置(5)、下试件(6)、工作台(7)、切向电涡流感器(8)、切向力传感器(9)以及计算结合面特性的上位机组成。该装置利用Kelvin-Voight模型，测量出周期外力载荷及该载荷下结合面的变形，做出其周期过程的迟滞曲线，得出结合面刚度与阻尼特性。本实用新型能测量大型固定结合面的静态与动态法向刚度与阻尼测试装置，能够实现正载、偏载、及冲击载荷的加载时的结合面特性。
文档编号G01N19/00GK201852777SQ20102057435
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者刘志峰, 王 锋, 程强, 蔡力钢, 赵永胜, 郭铁能, 马仕明 申请人:北京工业大学