基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置及其实验方法
【专利摘要】一种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置及其实验方法，涉及一种实验装置及方法，装置包括摩擦摆、轴套、调速电机、动态应变仪、计算机，摩擦摆包括连接在一起的摆块、摆杆、摆环，轴套安装在调速电机轴上，摆环套装在轴套外，摆杆两侧贴有应变片，应变片通过接线桩、导线与动态应变仪、计算机连接。方法包括步骤：A、对动态应变仪的读数进行标定；B、启动调速电机，电机轴连同轴套转动，轴套带动摩擦摆同向转动；摩擦摆转过一定角度后迅速摆回；待摆速降低后，摩擦摆开始下一个周期的摆动；C、通过动态应变仪、计算机记录与分析摩擦摆的摆动规律。本发明能科学合理而持续地研究摩擦自激振动现象，其结构简单、操作简便、成本低，易于推广应用。
【专利说明】基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置及其实验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种实验装置及其实验方法，特别是一种基于摩擦摆的摩擦自激振动 实验装置及其实验方法。
【背景技术】
[0002] 当外部的非振荡性能量转换为非线性系统内的振荡能量时，该系统所发生的振动 称为自激振动。自激振动是自然界和机械工程中一种相当普遍的现象，其最显著特征是，一 旦切断系统外部能量的供给，振动便立即消失。在绝大多数情况下，非线性机械系统都含有 滑动摩擦副，因此自激振动又可称为摩擦自激振动。
[0003] 摩擦自激振动往往伴有高频率噪声。这种振动和噪声对机械设备的使用寿命及人 们的身心健康都会带来严重危害；但此种振动及噪声的形成机理至今仍未完全被揭晓。
[0004] 现有的摩擦自激振动实验装置多如图2与图3所示。图2装置只是一种解释自激 振动现象的理论模型，11为主动带轮，12为传动带，13为从动带轮，14为拉伸弹簧，15为滑 动块；由于带传动的不平稳性，致使该模型无法具有实用价值。图3所示的现有摩擦自激振 动实验装置中，21为机床床身，22为滚动体，23为工作台，24为拉伸弹簧，25为滑动块，该装 置曾较长时间被用于机床滑动部件非稳定运动现象研究，但工作台23直线移动的行程极 为有限，而且在运动的起始和终止时段，工作台23的移动速度都无法确保为常数，这就使 得研究者们无法长时间持续对自激振动现象进行分析与研究。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提供一种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置及其 实验方法，以便科学、合理而持续地研究摩擦自激振动现象。
[0006] 解决上述技术问题的技术方案是：一种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置，包 括摩擦摆、轴套、调速电机、动态应变仪、计算机，所述的摩擦摆包括摆块、摆杆、摆环，所述 的轴套紧固安装在调速电机轴上，所述的摆环套装在轴套的外圆上，该摆环的内孔与轴套 的外圆滑动配合，摆环和摆块之间通过所述的摆杆连接在一起，所述的摆杆上部两侧还分 别贴有应变片，应变片的引出线连接到接线桩上，所述的接线桩安装在摆环外圆顶部，接线 桩通过导线与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与计算机连接。
[0007] 本发明的进一步技术方案是：所述的摆环两侧还各连接有标定操作手柄。
[0008] 本发明的更进一步技术方案是：所述的摆环两侧各设有一凸台，凸台内加工有螺 纹孔，所述的标定操作手柄端部加工有外螺纹，标定操作手柄通过螺纹与凸台连接在一起。
[0009] 本发明的更进一步技术方案是：所述轴套4的外圆径向跳动量< 0. 005mm。
[0010] 本发明的另一技术方案是：一种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验方法，该方法包 括如下步骤： A、 对动态应变仪的读数进行标定； B、 启动调速电机，调速电机轴连同轴套转动，轴套外表面通过摩擦力带动摆环同向转 动；摆环连同摆杆、摆块转过一定角度后，在重力作用下摆块、摆杆、摆环迅速摆回；待摆速 降低后，摆环内的摩擦力再次发挥作用使摩擦摆开始下一个周期的摆动； C、通过动态应变仪、计算机记录与分析摩擦摆的摆动规律，所述的摆动规律包括摆动 幅度、频率。
[0011] 本发明的进一步技术方案是：所述步骤A中对动态应变仪的读数进行标定的具体 内容如下： A. 1、首先使摩擦摆自动处于静止平衡状态，将动态应变仪读数调为零； A. 2、人工顺时针依次搬动标定手柄，使摩擦摆转动一定角度，测定其转角大小、记录动 态应变仪读数并画出相应标定曲线； A. 3、逆时针依次搬动标定手柄，使摩擦摆转动一定角度，测定其转角大小、记录动态应 变仪读数并画出相应标定曲线。
[0012] 由于采用上述结构，本发明之基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置及其实验方法 与现有技术相比，具有以下有益效果： 1.可以科学、合理而持续地研究摩擦自激振动现象： 由于本发明之基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置包括摩擦摆、轴套、调速电机、动态 应变仪、计算机，由于调速电机可在很大范围内使调速电机轴获得非常平稳的任意转速；而 且借助动态应变仪、计算机，可以非常准确地测定摩擦摆在各种工况下的摆动幅度与频率； 因此，本发明可以非常科学、合理而持续地研究摩擦自激振动现象。
[0013] 2.可以获得更为精确的定量分析结果： 本发明借助于标定曲线和计算机，可以很精确地测定摩擦摆的最大摆角和摆动周期， 进而经过换算可以很精确地求出不同工况下摩擦副之间的摩擦力和摩擦系数。
[0014] 3.结构简单、成本低、易于推广应用： 本发明之基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置包括摩擦摆、轴套、调速电机、动态应变 仪、计算机，各组成部件都比较简单，成本也比较低，易于推广应用。
[0015] 4.方法简便，易于操作： 本发明方法的各步骤均比较简便，易于调整摩擦副间的工作状况，其操作十分方便。
[0016] 下面，结合附图和实施例对本发明之基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置及其实 验方法的技术特征作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1 :本发明之基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置的结构示意图； 图2?图3 :现有摩擦自激振动实验装置的结构示意图； 图2 :现有摩擦自激振动实验装置的结构示意图一； 图3 :现有摩擦自激振动实验装置的结构示意图二。
[0018] 图中，各标号如下： I- 摆块，2-摆杆，3-应变片，4-轴套，5-调速电机轴， 6_标定操作手柄，7-摆环，701-凸台，8-接线桩， II- 主动带轮，12-传动带，13-从动带轮，14-拉伸弹簧，15-滑动块； 21-机床床身，22-滚动体，23-工作台，24-拉伸弹簧，25-滑动块。
【具体实施方式】
[0019] 实施例一： 一种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置，包括摩擦摆、轴套4、调速电机、动态应变 仪、计算机，所述的摩擦摆包括摆块1、摆杆2、摆环7,所述的轴套4紧固安装在调速电机轴 5上，且轴套4的外圆径向跳动量< 0. 005mm ;所述的摆环7套装在轴套4的外圆上，该摆环 7的内孔与轴套4的外圆滑动配合，摆环7和摆块1之间通过所述的摆杆2以螺纹连接的方 式连接在一起，所述的摆杆2上部两侧还分别贴有应变片3,应变片3的引出线紧贴摆杆2 和摆环7向上延伸并连接到接线桩8上，所述的接线桩8安装在摆环7外圆顶部，接线桩8 通过导线与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与计算机连接。
[0020] 所述的摆环7两侧还各连接有标定操作手柄6,即在摆环7两侧各设有一凸台 701，凸台701内加工有螺纹孔，所述的标定操作手柄6端部加工有外螺纹，标定操作手柄6 通过螺纹与凸台701联接在一起。
[0021] 本发明之基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置的工作原理： 调速电机可以在很宽的范围内实现无级变速，根据需要，调速电机轴5连同轴套4既可 顺时针，也可逆时针转动。轴套4的外表面和摆环7的内表面之间既可处于干摩擦状态，也 可施加各种类型的润滑剂。电机轴5连同轴套4转动时，轴套4外表面即通过摩擦力带动 摆环7同向转动。但当摆环7转过一定角度后，摆环7孔内所受摩擦力矩便难以继续与摆 杆2及摆块1对电机轴回转中心的重力恢复力矩相平衡，致使摆块系统迅速摆回。待摆速 降低到某一值后，摆环内的摩擦力矩再次发挥作用而使摩擦摆开始下一个周期的摆动。
[0022] 在摆动过程中，摩擦摆的摆块及摆杆产生的重力恢复力矩必定引起应变片3电阻 的变化，并且必然存在摆幅大小与应变片电阻改变量之间的对应关系。借助动态应变仪和 计算机即可记录与分析摩擦摆的摆动规律。
[0023] 实施例二： 一种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验方法，该方法包括如下步骤： A、 对动态应变仪的读数进行标定； B、 启动调速电机，调速电机轴5连同轴套4转动，轴套4外表面通过摩擦力带动摆环7 同向转动；摆环7连同摆杆2、摆块1转过一定角度后，在重力作用下摆块1、摆杆2、摆环7 迅速摆回；待摆速降低后，摆环7内的摩擦力再次发挥作用使摩擦摆开始下一个周期的摆 动； C、 通过动态应变仪、计算机记录与分析摩擦摆的摆动规律，所述的摆动规律包括摆动 幅度、频率。
[0024] 所述步骤A中对动态应变仪的读数进行标定的具体内容如下： A. 1、首先使摩擦摆自动处于静止平衡状态，将动态应变仪读数调为零； A. 2、人工顺时针依次搬动标定手柄6,使摩擦摆转动一定角度，测定其转角大小、记录 动态应变仪读数并画出相应标定曲线； A. 3、逆时针依次搬动标定手柄6,使摩擦摆转动一定角度，测定其转角大小、记录动态 应变仪读数并画出相应标定曲线。
【权利要求】
1. 一种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置，其特征在于：包括摩擦摆、轴套（4)、调 速电机、动态应变仪、计算机，所述的摩擦摆包括摆块（1)、摆杆（2)、摆环（7)，所述的轴套 (4)紧固安装在调速电机轴（5)上，所述的摆环（7)套装在轴套（4)的外圆上，该摆环（7) 的内孔与轴套（4)的外圆滑动配合，摆环（7)和摆块（1)之间通过所述的摆杆（2)连接在一 起，所述的摆杆（2)上部两侧还分别贴有应变片（3)，应变片（3)的引出线连接到接线桩（8) 上，所述的接线桩（8)安装在摆环（7)外圆顶部，接线桩（8)通过导线与动态应变仪的输入 端连接，动态应变仪的输出端与计算机连接。
2. 根据权利要求1所述的基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置，其特征在于：所述的 摆环（7 )两侧还各连接有标定操作手柄（6 )。
3. 根据权利要求2所述的基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置，其特征在于：所述的 摆环（7)两侧各设有一凸台（701)，凸台（701)内加工有螺纹孔，所述的标定操作手柄（6)端 部加工有外螺纹，标定操作手柄（6 )通过螺纹与凸台（701)联接在一起。
4. 根据权利要求3所述的基于摩擦摆的摩擦自激振动实验装置，其特征在于：所述轴 套（4)的外圆径向跳动量彡0· 005mm。
5. -种基于摩擦摆的摩擦自激振动实验方法，其特征在于：该方法包括如下步骤： A、 对动态应变仪的读数进行标定； B、 启动调速电机，调速电机轴（5 )连同轴套（4)转动，轴套（4)外表面通过摩擦力带动 摆环（7)同向转动；摆环（7)连同摆杆（2)、摆块（1)转过一定角度后，在重力作用下摆块 (1)、摆杆（2)、摆环（7)迅速摆回；待摆速降低后，摆环（7)内的摩擦力再次发挥作用使摩擦 摆开始下一个周期的摆动； C、 通过动态应变仪、计算机记录与分析摩擦摆的摆动规律，所述的摆动规律包括摆动 幅度、频率。
6. 根据权利要求5所述的基于摩擦摆的摩擦自激振动实验方法，其特征在于：所述步 骤A中对动态应变仪的读数进行标定的具体内容如下： A. 1、首先使摩擦摆自动处于静止平衡状态，将动态应变仪读数调为零； A. 2、人工顺时针依次搬动标定手柄（6)，使摩擦摆转动一定角度，测定其转角大小、记 录动态应变仪读数并画出相应标定曲线； A. 3、逆时针依次搬动标定手柄（6)，使摩擦摆转动一定角度，测定其转角大小、记录动 态应变仪读数并画出相应标定曲线。
【文档编号】G01M7/02GK104111155SQ201410319599
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】高中庸, 黄嫦娥, 高尚晗 申请人:广西科技大学