专利名称：单位面积结合面切向动静特性试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械结合面特性参数试验装置技术领域，具体涉及一种单位面积结合 面切向动静特性试验装置。
背景技术：
在机械系统设计中需要确定整机机械系统性能，影响整机机械系统性能的主要因 素是结合面的刚度和阻尼。结合面特性影响因素多达十几种，且为非线性特性，完全用实际 结构进行识别试验来获取结合面特性，由于非线性特征不具通用性，不能满足创新设计的 应用要求。可以首先通过试验获取具有通用性的单位面积结合面特性参数，即单位面积结 合面刚度和阻尼，单位面积结合面特性参数只涉及与结构无关的结合面接触表面层固有特 性的影响因素；然后，通过基于单位面积结合面特性参数的解析方法求出整个结合面特性。 因此，获取单位面积结合面特性的试验装置及方法必须满足通用性、准确性要求。现有的测 试结合面刚度和阻尼的装置与方法在获取结合面特性参数时，或者不能很好地反映单位结 合面实际受力和变形情况，在获取参数时往往引入其它外界因素，导致实验数据与实际工 况不符，无法满足通用性、准确性要求；或者不能获得在不同温度、频率和幅值条件下的结 合面特性参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种单位面积结合面切向动静特性试验装置，解决了现有测 试结合面刚度和阻尼的装置，在获取参数时不能很好地反映单位结合面实际受力和变形情 况，以及试验条件不能满足结合面实际工况要求的问题。本发明所采用的技术方案是一种单位面积结合面切向动静特性试验装置，其特 征在于包括试件组件、一套切向加载组件和两套法向加载组件；所述试件组件由中间试 件、左试件和右试件组成；中间试件由下段部分和上段部分组成；下段部分的侧面由四个 面组成，分别为A侧面、B侧面、与A侧面呈相对设置的C侧面和与B侧面呈相对设置的D侧 面，A侧面和C侧面分别为垂直平面且相互平行；左试件的一端通过设置在其端面上的圆形 凸台A与A侧面面接触，右试件的一端通过设置在其端面上的圆形凸台B与C侧面面接触； 所述切向加载组件设置在中间试件上段部分的上端，两套法向加载组件分别设置在左试件 与右试件的另一端；
切向加载组件包括切向螺杆，以及依次设置在切向螺杆下端与中间试件上端之间的切 向推力轴承、切向定位块、静切向压力传感器和动切向压力传感器；
法向加载组件包括法向螺杆，以及依次设置在法向螺杆一端与左试件或右试件另一端 之间的法向推力轴承、法向定位块和法向压力传感器；
切向螺杆中轴线、切向推力轴承中轴线、切向定位块中轴线、静切向压力传感器中轴 线、动切向压力传感器中轴线和中间试件中轴线位于同一条中轴线V上；
两套法向加载组件的法向螺杆中轴线、法向推力轴承中轴线、法向定位块中轴线、法向压力传感器中轴线与左试件中轴线、右试件中轴线位于同一条中轴线H上； 中轴线V与中轴线H垂直相交。其特点在于，中间试件的上段部分为圆柱形，上段部分的上端面上设置有两个加 速度传感器和两个涡流位移传感器；两个加速度传感器位于同一条直径上且是以中轴线V 为对称线的对称结构，两个涡流位移传感器位于同一条直径上且是以中轴线V为对称线的 对称结构，两条直径垂直。其特点还在于，该试验装置还包括箱体和设置在箱体上的温控组件；试件组件、切 向加载组件和两套法向加载组件位于箱体中；箱体的顶壁设置有切向法兰，切向螺杆沿垂 直方向通过切向法兰穿过箱体顶壁，且切向螺杆上端位于箱体外部；箱体相对的两个侧壁 上分别设置有法向法兰，两个法向螺杆沿水平方向通过法向法兰穿过箱体侧壁，且两个法 向螺杆的另一端分别位于箱体外部。其特点进一步在于，试件组件与箱体底部之间设置有底座。其中，左试件与右试件的侧面由4个面组成，分别为E侧面、F侧面、与E侧面呈相 对设置的G侧面、与F侧面呈相对设置的H侧面组成；其中，E侧面与G侧面为水平平面；左 试件与右试件位于底座的上端平面，左试件与右试件的G侧面与底座上端平面面接触；左 试件与右试件的E侧面上设置有压板A。其中，中间试件正下方的底座上设置有凹槽，凹槽内设置有内嵌在底座中的中心 定位销；中心定位销由销柱和在销柱上端的销头组成，销柱与销头都为圆柱形，销头的直径 小于销柱的直径；销柱底端与底座之间设置有弹簧，销柱上端面的边缘处设置有压板B ；与 销头对应的中间试件下段部分设置有中心定位孔；所述中心定位销与中心定位孔的中轴线 为中轴线V。其中，切向螺杆、切向定位块、静切向压力传感器、动切向压力传感器内设置有以 中轴线V为中轴线的中心孔。本发明的有益效果是，(1)可以直接获取不同激振频率和激振幅值条件下作用在 结合面上的动态力以及结合面的动态相对位移，最大限度排除其它非结合面因素的引入； (2)可以在一套装置上同时获得不同温度下的结合面静态和动态特性参数；(3)可以最大 限度保证结合面实际受力、变形和位移状态与单位面积结合面模型假设一致。
图1是本发明装置的结构示意图； 图2是本发明试件组件的结构示意图； 图3是图2的A向示意图4是图2的B向示意图； 图5是温控组件设置箱体上的结构示意图。图中1.中间试件，2.左试件，3.右试件，4.下段部分，4-1. A侧面，4-2. B侧面， 4-3. C侧面，4-4. D侧面，5.上段部分，6.切向螺杆，7.切向推力轴承，8.切向定位块，9.静 切向压力传感器，10.动切向压力传感器，11.法向螺杆，12.法向推力轴承，13.法向定位 块，14.法向压力传感器，15.加速度传感器，16.涡流位移传感器，17.箱体，18.温控组件， 19.切向法兰，20.法向法兰，21. E侧面，22. F侧面，23. G侧面，24. H侧面，25.底座，26.压板A，27.凹槽，28.中心定位销，29.销柱，30.销头，31.弹簧，32.中心定位孔，33.中心 孔，34.圆形凸台A，35.圆形凸台B，36.压板B。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1所示，本发明提供了一种单位面积结合面切向动静特性试验装置，包括箱 体17，以及设置在箱体17中的试件组件、一套切向加载组件和两套法向加载组件，箱体17 上还设置有温控组件18。如图2、3和4所示，试件组件由中间试件1、左试件2和右试件3组成；中间试件 1由下段部分4和上段部分5组成；上段部分5为圆柱形，上段部分5的上端面上设置有两 个加速度传感器15和两个涡流位移传感器16 ；两个加速度传感器15位于同一条直径上且 是以中间试件1中轴线为对称线的对称结构，两个涡流位移传感器16位于同一条直径上且 是以中间试件1中轴线为对称线的对称结构，两条直径垂直。下段部分4的侧面由四个面 组成，分别为A侧面4-1、B侧面4-2、与A侧面4-1呈相对设置的C侧面4_3、与B侧面4_2 呈相对设置的D侧面4-4，A侧面4-1和C侧面4-3分别为垂直平面且相互平行；左试件2 的一端通过设置在其端面上的圆形凸台A34与A侧面4-1面接触，右试件3的一端通过设 置在其端面上的圆形凸台B35与C侧面4-3面接触，形成试验研究用的切向结合面。如图1所示，中间试件1的上端设置有切向加载组件，左试件2与右试件3的另一 端分别设置有法向加载组件；切向加载组件包括切向螺杆6、切向推力轴承7、切向定位块 8、静切向压力传感器9和动切向压力传感器10;切向螺杆6沿着垂直方向通过设置在箱体 17顶壁的切向法兰19穿过箱体17顶壁，切向螺杆6与切向法兰19通过螺纹连接，切向螺 杆6下端与中间试件1上端之间依次设置有切向推力轴承7、切向定位块8、静切向压力传 感器9和动切向压力传感器10 ；切向螺杆6的上端位于箱体17外部。法向加载组件包括 法向螺杆11、法向推力轴承12、法向定位块13和法向压力传感器14 ；两个法向螺杆11沿着 水平方向分别通过设置在箱体17相对两个侧壁上的法向法兰20穿过箱体17侧壁，法向螺 杆11与法向法兰20通过螺纹连接，法向螺杆11的一端与左试件2或右试件3的另一端之 间依次设置有法向推力轴承12、法向定位块13和法向压力传感器14，两根法向螺杆11的 另一端位于箱体17外。两个法向法兰20的螺纹方向是相反的。试件组件与箱体17底部之间设置有底座25。左试件2与右试件3的侧面由4个 面组成，分别为E侧面21、F侧面22、与E侧面21呈相对设置的G侧面23、与F侧面22呈 相对设置的H侧面24 ；其中，E侧面21与G侧面23为水平平面；左试件2与右试件3位于 底座25的上端平面，左试件2与右试件3的G侧面23与底座25上端平面面接触；左试件 2与右试件3的E侧面21上设置有压板A26。中间试件1正下方的底座25上设置有凹槽 27，凹槽27内设置有内嵌在底座25中的中心定位销28 ；中心定位销28由销柱29和在销 柱29上端的销头30组成，销柱29与销头30都为圆柱形，销头30的直径小于销柱29的直 径；销柱29底端与底座25之间设置有弹簧31，销柱29上端面的边缘处设置有压板B36 ；与 销头30对应的中间试件1下段部分4设置有中心定位孔32。另外，切向螺杆6、切向定位块8、静切向压力传感器9、动切向压力传感器10内设 置有相通的中心孔33。
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切向螺杆6中轴线、切向推力轴承7中轴线、切向定位块8中轴线、静切向压力传 感器9中轴线、动切向压力传感器10中轴线、中间试件1中轴线、中心孔33中轴线、中心定 位孔32中轴线和中心定位销28中轴线同时位于同一条中轴线V上。两套法向加载组件的法向螺杆11中轴线、法向推力轴承12中轴线、法向定位块13 中轴线、法向压力传感器14中轴线与左试件2中轴线、右试件3中轴线同时位于同一条中 轴线H上。两套法向加载组件是以中轴线V为对称线的结构相同的对称结构；左试件2和右 试件3也是以中轴线V为对称线的结构相同的对称结构。左试件2端面上的圆形凸台A34与A侧面4_1的结合面为切向结合面，右试件3 端面上的圆形凸台B35与C侧面4-3的结合面为切向结合面。利用本发明装置测试切向结合面静态特性先松开设置在压板B36上的螺钉，中 心定位销28在弹簧31的作用下弹出，销头30进入中间试件1的中心定位孔32里，使中间 试件1中心定位，再松开设置在压板A26上的螺钉。用一个一体扳手同时拧动两个法向螺 杆11，由于两个法向法兰20的螺纹方向是相反的，两个法向螺杆11同时向试件组件方向旋 进，两个法向螺杆11分别通过法向推力轴承12、法向定位块13、法向压力传感器14同时对 左试件2与右试件3加载一定的预载荷，法向压力传感器14用来检测所加的静态预载荷的 大小，加载完后将压板A26上螺钉拧紧，使左试件2与右试件3紧压在底座25上端。然后 拧动压板B36上的螺钉，通过压板B36下压销柱29，使销头30退出中心定位孔32，再拧动 切向螺杆6，切向螺杆6通过切向推力轴承7、切向定位块8、静切向压力传感器9和动切向 压力传感器10对中间试件1加载一定的静态切向载荷，静切向压力传感器9用来检测所加 载静态切向载荷的大小。中间试件1上的涡流位移传感器16用来检测中间试件1与左试 件2和右试件3沿中轴线V的相对静态位移。利用本发明装置测试切向结合面动态特性激振杆穿过中心孔33，激振杆的下端 与中间试件1上段部分5的上端螺纹连接，激振器通过激振杆对中间试件1施加激振力，在 施加激振力的过程中，试验装置保持在测试切向结合面静态特性时的状态。动切向压力传 感器10用于检测激振力，加速度传感器15用于检测中间试件1沿中轴线V方向的加速度， 涡流位移传感器16用来检测中间试件1与左试件2和右试件3沿中轴线V的相对动态位 移。如图5所示，在箱体17上设置温控组件18，其目的是用于提供实验所需不同的温
度工况。在测试过程中，要保证中轴线H水平，中轴线V与中轴线H垂直相交。本发明可用于测试在不同面压、不同温度、不同频率、不同振幅下结合面单位面积 切向刚度和切向阻尼。结合面单位面积切向刚度通过由静切向压力传感器9所检测的静态切向载荷、由 涡流传感器16所检测的中间试件1与左试件2和右试件3沿中轴线V的相对静态位移获 得。结合面单位面积切向阻尼通过由动切向压力传感器10所检测的激振力、由涡流位移传 感器16所检测的中间试件1与左试件2和右试件3沿中轴线V的相对动态位移、由加速度 传感器15所检测的中间试件1沿中轴线V方向的加速度获得。
权利要求
一种单位面积结合面切向动静特性试验装置，其特征在于包括试件组件、一套切向加载组件和两套法向加载组件；所述试件组件由中间试件(1)、左试件(2)和右试件(3)组成；中间试件(1)由下段部分(4)和上段部分(5)组成；下段部分(4)的侧面由四个面组成，分别为A侧面(4 1)、B侧面(4 2)、与A侧面(4 1)呈相对设置的C侧面(4 3)和与B侧面(4 2)呈相对设置的D侧面(4 4)，A侧面(4 1)和C侧面(4 3)分别为垂直平面且相互平行；左试件(2)的一端通过设置在其端面上的圆形凸台A(34)与A侧面(4 1)面接触，右试件(3)的一端通过设置在其端面上的圆形凸台B(35)与C侧面(4 3)面接触；所述切向加载组件设置在中间试件(1)上段部分(5)的上端，两套法向加载组件分别设置在左试件(2)与右试件(3)的另一端；所述切向加载组件包括切向螺杆(6)，以及依次设置在切向螺杆(6)下端与中间试件(1)上端之间的切向推力轴承(7)、切向定位块(8)、静切向压力传感器(9)和动切向压力传感器(10)；所述法向加载组件包括法向螺杆(11)，以及依次设置在法向螺杆(11)一端与左试件(2)或右试件(3)另一端之间的法向推力轴承(12)、法向定位块(13)和法向压力传感器(14)；所述切向螺杆(6)中轴线、切向推力轴承(7)中轴线、切向定位块(8)中轴线、静切向压力传感器(9)中轴线、动切向压力传感器(10)中轴线和中间试件(1)中轴线位于同一条中轴线V上；所述两套法向加载组件的法向螺杆(11)中轴线、法向推力轴承(12)中轴线、法向定位块(13)中轴线、法向压力传感器(14)中轴线与左试件(2)中轴线、右试件(3)中轴线位于同一条中轴线H上；中轴线V与中轴线H垂直相交。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述中间试件(1)的上段部分(5) 为圆柱形，上段部分(5)的上端面上设置有两个加速度传感器(15)和两个涡流位移传感器(16)；两个加速度传感器(15)位于同一条直径上且是以中轴线V为对称线的对称结构，两 个涡流位移传感器(16)位于同一条直径上且是以中轴线V为对称线的对称结构，两条直径垂直。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于该试验装置还包括箱体(17)和设 置在箱体(17)上的温控组件(18)；试件组件、切向加载组件和两套法向加载组件位于箱体(17)中；箱体(17)的顶壁设置有切向法兰(19)，切向螺杆(6)沿垂直方向通过切向法兰 (19)穿过箱体(17)顶壁，且切向螺杆(6)上端位于箱体(17)外部；箱体(17)相对的两个 侧壁上分别设置有法向法兰(20)，两个法向螺杆(11)沿水平方向通过法向法兰(20)穿过 箱体(17)侧壁，且两个法向螺杆(11)的另一端分别位于箱体(17)外部。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于所述试件组件与箱体(17)底部之间 设置有底座(25)。
5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于所述左试件(2)与右试件(3)的侧面 由4个面组成，分别为E侧面(21)、F侧面(22)、与E侧面(21)呈相对设置的G侧面(23)、 与F侧面(22)呈相对设置的H侧面(24)组成；其中，E侧面(21)与G侧面(23)为水平平 面；左试件(2)与右试件(3)位于底座(25)的上端平面，左试件(2)与右试件(3)的G侧面2(23 )与底座(25 )上端平面面接触；左试件(2 )与右试件(3 )的E侧面(21)上设置有压板A (26)。
6.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于所述中间试件(1)正下方的底座 (25)上设置有凹槽(27)，凹槽(27)内设置有内嵌在底座(25)中的中心定位销(28)；中心 定位销(28)由销柱(29)和在销柱(29)上端的销头(30)组成，销柱(29)与销头(30)都为 圆柱形，销头(30)的直径小于销柱(29)的直径；销柱(29)底端与底座(25)之间设置有弹 簧(31)，销柱(29)上端面的边缘处设置有压板B (36);与销头(30)对应的中间试件(1)下 段部分(4)设置有中心定位孔(32)；所述中心定位销(28)与中心定位孔(32)的中轴线为 中轴线V。
7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述切向螺杆(6)、切向定位块(8)、 静切向压力传感器(9)、动切向压力传感器(10)内设置有以中轴线V为中轴线的中心孔 (33)。
全文摘要
本发明提供一种单位面积结合面切向动静特性试验装置，包括试件组件、一套切向加载组件和两套法向加载组件；所述试件组件由中间试件、左试件和右试件组成；左试件的一端通过设置在其端面上的圆形凸台A与A侧面面接触，右试件的一端通过设置在其端面上的圆形凸台B与C侧面面接触；切向加载组件设置在中间试件的上端，两套法向加载组件分别设置在左试件与右试件的另一端。本发明的有益效果是，可以直接获取不同激振频率和激振幅值条件下作用在结合面上的动态力以及结合面的动态相对位移，最大限度排除其它非结合面因素的引入。
文档编号G01B7/02GK101915663SQ20101023967
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者傅卫平, 李守智, 杨红平, 王伟, 王雯, 黄玉美 申请人:西安理工大学