一种机械振动多功能教学实验装置

1.本实用新型涉及机械振动技术领域，特别是涉及一种机械振动多功能教学实验装置。


背景技术：

2.振动测试试验台是《机械测试技术》课程实验的必须设备，主要用于测试结构的固有频率、阻尼比及进行模态分析，同时还应具备利用系统进行多种结构梁的振动测试、数据采集、信号分析以及完成系统隔振、减振相关实验的功能。使用振动测试试验台进行模型实验，可方便的研究现实中工程结构的动态特性，对现实结构起到指导意义。如：获取结构的固有频率、阻尼比，避免结构发生共振；得到结构的振型，确定部件的合理安装位置以及对振动严重处进行加固；通过对动态参数的分析，判断结构是否存在损伤；进行减振实验，为结构减振设计提供依据。
3.本装置旨在解决目前振动测试教学设备不满足动载荷实验要求，功能单一，价格昂贵等问题。现实桥梁等结构上除了各种静载荷外，必然还存在诸多情况更加复杂的运动载荷，如：汽车、行人，这些动载荷也会对梁的固有频率产生影响。对于桥梁结构的安全而言，这些动载荷不可忽略，因此在梁的振动实验中引入运动载荷可使模型更加贴近现实，起到更加准确的指导意义。通过改进设计解决现有缺陷，并进一步做到开展一些个性化的创新实验，可用于多专业振动测试相关课程的教学实验、开放实验，也可用于硕博士研究生及教师的科学研究。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种机械振动多功能实验教学装置，包括主体，所述主体包括支座、支架、简支梁、移动滑块、接触式激振器、偏心激振电机、滑轮架、尼龙线、空气阻尼器、移动重物小车。
5.进一步的，所述移动重物小车前后两端分别用尼龙线通过滑轮连接电机和重物，线和滑轮将电机的转动转化为小车的水平直线移动。
6.进一步的，所述小车通过直流减速电机提供动力，电机额定电压为12v，由可编程性直流电源提供。电机正转时，重物依靠自重使尼龙线始终保持拉紧状态，保证电机动力的良好传递；电机反转时，重物带动小车反向运动，实现自动回位。
7.进一步的，采集测试分析软件：基于振动分析教学软件，用于对动态数据采集器得到的数据进行分析与处理，包含有基础平台软件、频谱分析模块、频响分析模块、数字滤波模块，可进行示波和频谱分析等。
8.为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：设计一种机械振动多功能教学实验装置，主要包括支座2、支架3、简支梁5、移动滑块6、接触式激振器7、偏心激振电机9等零件，增加移动重物小车11，利用单片机技术，加入可调速度的动载荷施加装置，实现除静态以外的动态振动模拟实验。重物放置于重物小车顶，饼状重物开有槽，通过
槽插入小车顶部的螺钉，并由螺母与小车固定；重物小车通过四个小轮子在梁上移动，小车侧壁向下延伸，实现对梁的半包围，避免小车移动时左右偏转，将小车运动轨迹限制为沿着梁的直线；同时侧壁上装有4个小滑轮，将侧壁可能与梁产生的滑动摩擦改为滚动摩擦，减少小车运动过程中不必要的阻力损耗。简支梁的两端均有约束，放置于两侧支座上的u形支撑块中，仅限制其水平和垂直移动，但梁端任可自由转动；安装方式采取两端用顶丝支撑，这样梁只是不能上下运动但可以转动。模拟梁夹持于两侧支座，信号发生器产生的信号经功率放大器放大后，传送给力锤或激振器，根据实验需求产生瞬态或周期性激励信号作用于梁；动态数据采集器连接传感器用于采集梁受到激励后产生的振动信号，并对振动信号进行处理后传递给电脑；电脑通过软件分析梁的振动信号，获取梁的动态特性参数(各阶固有频率、阻尼比等)，同时可通过模态分析软件得到梁的各阶振型动画。实现静态和动态实验的数据采集和分析。
9.本实用新型的有益效果是：(1)完成搭建的振动测试试验系统，包括试验台架部分、电机控制部分、信号发生与采集部分、电脑软件处理部分，整个测试系统将各部分高度整合，从开展实验到软件分析得出结果，实现多功能一体化。(2)测试系统能满足多专业实验要求，并且性价比高，动载荷施加装置的创新性加入使设备能满足更多的个性化实验需求。
附图说明
10.图1是本实用新型的机械振动多功能实验教学装置的结构示意图
11.图中：回线重物1、支座2、支架3、回线端轮滑架4、简支梁5、移动滑块6、接触式激振器7、尼龙线8、偏心激振电9、空气阻尼器10、移动重物小车11、u形支撑块12、动力端滑轮架13、紧固螺钉14。
12.图2是该装置的移动重物小车实物图
13.图3是该实验装置连接示意图
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明作进一步说明。
15.如图1、2、3所示，本实用新型公开了一种机械振动多功能教学实验装置，包括主体支座、支架、简支梁、移动滑块、接触式激振器、偏心激振电机、移动重物小车等。移动重物小车前后两端分别用尼龙线通过滑轮连接电机和重物，尼龙线和滑轮将电机的转动转化为小车的水平直线移动，具体通过支座、支架和简支梁组合而成的模拟桥梁上移动。小车通过直流减速电机提供动力，电机额定电压为12v，由可编程性直流电源提供。电机正转时，重物依靠自重使尼龙线始终保持拉紧状态，保证电机动力的良好传递；电机反转时，重物带动小车反向运动，实现自动回位；移动过程中可实现低中高速的转变。在进行动态数据采集，从传感器(位移、速度、加速度等)和其它待测设备中自动采集信息。一般要求在结构动作运行过程中采集数据，而采集点一般是静态测试数值较大的位置和比较关键的部位。通过高速计数器测量输入、输出数据，通过传感器测量输入、输出轴扭矩，并将所测数据信息上传给电脑。并借由电脑上的分析软件完成对信号的分析，得到梁的动态特性。


技术特征：
1.一种机械振动多功能教学实验装置，其特征是：支座(2)与支架(3)连接，所述支座(2)上安装激振器(7)和偏心激振电机(9)，给与装置激振；所述支架(3)与简支梁(5)连接，简支梁(5)上安装有移动滑块(6)和重物小车(11)；重物放置于移动重物小车(11)车顶，饼状重物开有槽，通过槽插入小车顶部的螺钉，并由螺母与小车固定；重物小车通过四个小轮子在梁上移动，小车侧壁向下延伸；简支梁(5)的两端均有约束，放置于两侧支座上的u形支撑块中，仅限制其水平和垂直移动，但梁端可自由转动；简支梁的安装方式采取两端用顶丝支撑。

技术总结
本实用新型公开了一种机械振动多功能教学实验装置，包括支座(2)、支架(3)、简支梁(5)、移动滑块(6)、接触式激振器(7)、偏心激振电机(9)、移动重物小车(11)等。针对实验室现有振动测试试验台功能单一、软硬件契合度不高等问题，提出了一种改进设计方案。克服原有缺陷的同时，利用单片机技术，加入可调速度的动载荷施加装置。选择合适的激振装置、测量采集设备、电脑分析软件，将硬件与软件整合形成一个完整的测试系统，能实现从试验采集到自动分析得出结果的整个过程，满足各专业及各种个性化振动试验需求。试验需求。试验需求。


技术研发人员：廖海鑫 孟晓平 黄子轩
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2021.07.24
技术公布日：2022/3/29