一种用于教学的高阶振型振动实验装置的制作方法

本发明涉及一种结构固有频率测量装置，特别是一种用于教学高阶振型振动的实验装置。

背景技术：

在机械工程领域中振动现象无处不在，无论是设备正常运行还是设备存在故障，都会通过振动形式表现出来。有些振动是有利的，可以加以利用；大多数振动则是对设备不利的，会增加设备故障发生率；振动也可以作为诊断信息提供给使用者，使人们便于了解设备的运行情况。《机械振动学》是机械工程学科的一门专业课程，其具有一定的理论深度，特别是对于高阶振型的振动系统来说，单纯通过学习课本知识和课堂讲解学生难以理解和掌握该振动现象，重要的是学生通过实验和实践环节的训练。

目前的振动学实验装置主要为一阶振型系统，结构上相当于一根简支梁，即一横梁的两端被两立柱支撑着，连接方式为固定连接，立柱与底板也采用固定连接方式连接；激振器安装于横梁的下方，其与横梁和底板的连接方式均为固定连接。该装置的不足之处是其仅仅能够测取出结构在自由振动和受迫振动下的一阶固有频率，不能测取结构的理论固有频率，因此不能够很好地与理论联系起来，且现有的装置不能观测结构共振时的振型，对于学校教学来讲，设计一台用于教学的高阶振型振动实验装置是非常必要的。

技术实现要素：

基于上述现有技术存在的问题，本发明提供一种能够测取结构理论固有频率、自由振动和受迫振动下的固有频率，并在结构共振时观测结构振型的用于教学的高阶振型振动实验装置。

本发明的技术方案是这样实现的。

一种用于教学的高阶振型振动实验装置，包括底板、左侧板、右侧板、上横梁、中横梁、下横梁、立柱及频闪仪；其特征在于：所述左侧板和所述右侧板固定在所述底板上，所述上横梁固定在所述左侧板和所述右侧板之间，且与所述左侧板和所述右侧板的顶端对齐，所述中横梁固定在所述左侧板和所述右侧板之间，且在所述上横梁的下方，所述下横梁固定在所述左侧板和所述右侧板之间，且在所述中横梁的下方，所述立柱固定在所述底板上，构成所述高阶振型振动实验装置。

本发明在所述左侧板和所述右侧板上设置有若干通孔，在所述左侧板上设置有若干通孔，在所述右侧板上设置有挂环。

本发明在所述上横梁、中横梁和下横梁内部设置有塞块，所述塞块由螺母和焊板焊接而构成。

本发明在所述左侧板上设置有数显千分表，在所述挂环上设置有砝码。

本发明在所述左侧板上设置有传感器ⅰ，所述传感器ⅰ与采集仪连接。

本发明在所述左侧板上设置有传感器ⅱ，所述传感器ⅱ与采集仪连接，在所述左侧板上设置有激振器，所述激振器与信号发生器连接。

本发明在所述左侧板上设置有激振器，所述激振器与信号发生器连接。

本发明在所述高阶振型振动实验装置设置有柔度法求固有频率和主振型应用程序。

本发明相对于现有用于教学的高阶振型振动实验装置，首先，能够测得结构理论固有频率计算所需的柔度矩阵和质量矩阵，可以计算出结构的理论固有频率；其次，能够测取结构在自由振动和受迫振动下的高阶固有频率，进而和理论固有频率比较；同时，还能够观察到结构共振时的振型，进一步提高了学生对振动的认识。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1中左侧板的结构示意图。

图3是图1中右侧板的结构示意图。

图4是图3中右侧板的俯视结构示意图。

图5是图1中上横梁、中横梁、下横梁结构示意图。

图6是图4中上横梁、中横梁、下横梁结构侧视图。

图7是图5中塞块结构示意图。

图8是权利要求4的使用结构状态图。

图9是权利要求5的使用结构状态图。

图10是权利要求6的使用结构状态图。

图11是权利要求7的使用结构状态图。

图12是本发明柔度法计算理论固有频率应用程序界面。

图中：1：底板；2：左侧板；3：右侧板；4：上横梁；5：中横梁；6：下横梁；7：立柱；8：通孔；9：挂环；10：塞块；11：螺母；12：焊板；13：数显千分表；14：砝码；15：传感器ⅰ；16：采集仪；17：第二传感器ⅱ；18：采集仪；19：激振器；20：信号发生器；21：频闪仪；22：激振器；23：通孔；24：信号发生器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，实施用于教学的高阶振型振动实验装置，包括底板1、左侧板2、右侧板3、上横梁4、中横梁5、下横梁6、立柱7，所述左侧板2和所述右侧板3固定在所述底板1上，方向如附图所示，所述上横梁4固定在所述左侧板2和所述右侧板3之间，且上横梁的顶端与左侧板2和右侧板3的顶端对齐，所述中横梁5固定在所述左侧板2和所述右侧板3之间，且在所述上横梁4的下方，所述下横梁6固定在所述左侧板2和所述右侧板3之间，且在所述中横梁5的下方，三根横梁之间的距离相等，所述立柱7固定在所述底板1上。

如附图2、附图3和附图4所示，在所述左侧板2和所述右侧板3上开有与横梁固定位置对应的通孔8，用于固定三根横梁；在所述的左侧板2上设置有若干通孔23，用于安装激振器；在所述右侧板3的通孔之间设置有挂环9，用于悬挂砝码14。

如附图5、附图6和附图7所示，在所述上横梁4、中横梁5和下横梁6内部设置有塞块10，用于三根横梁与左右侧板的连接；所述塞块10由螺母11和焊板12焊接而成。

如附图8所示，在所述左侧板2上设置有数显千分表13，用于测取结构的变形，进而得到结构的柔度矩阵；在所述的挂环9上设置有砝码14，用于使结构产生变形。

如附图9所示，在所述左侧板2上设置有传感器15，所述传感器15与采集仪16连接，用于测取结构自由振动时的振动波形，进而分析出结构自由振动下的固有频率。

如附图10所示，在所述左侧板2上设置有传感器17，所述传感器17与采集仪18连接，在所述左侧板2上设置有激振器19，所述激振器19与信号发生器20连接，用于使结构产生受迫振动，测取结构受迫振动时的振动波形，进而分析出结构受迫振动下的固有频率。

如附图11所示，包括频闪仪21，在所述的左侧板2上设置有激振器22，所述激振器22与信号发生器24连接，用于使结构产生共振，观察结构共振时的振型。

如附图12所示，将测得的柔度矩阵和质量矩阵输入到“柔度法求固有频率和主振型”应用软件对应的方框中，点击计算，即可计算出结构的理论各阶固有频率和振型。

上述用于教学的高阶振型振动实验装置的实施，在用于教学过程中，直观简单地表现了高阶振型振动实验，学生一目了然，收到了积极的教学效果，实用证明该装置能够测取结构的理论固有频率、自由振动和受迫振动下的固有频率，并在结构共振时观测结构振型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。