一种沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置的制作方法

本发明涉及机械领域，特别是一种沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置。

背景技术：

工程中很多场合都会使用扭振激励的方式对转轴零件进行扭振加载，如发动机曲轴、汽轮发电机和船舶轴系等旋转部件的疲劳试验、扭转振动试验，进行模态分析、振动响应分析，以了解这些轴系零件的性能，模拟其在某些工况下的动力学性能，获取相关试验数据。采用弯扭耦合共振产生的动应力来消除转轴类零件的残余应力，在实施过程中需要对转轴施加扭振激励，当电机旋转频率等于弯曲固有频率和扭转固有频率之差时，施加的扭振激励等于扭转固有频率，由弯扭耦合理论，偏心转轴会同时激发弯曲共振，弯曲共振与扭转共振相互加强，产生足够的动应力。目前采用的扭振激振器有电磁激振器、气动激振器、液压激振器，然而这些激振器结构复杂，可靠性不高，价格昂贵，维修成本高，实施困难，难以普及使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置，通过转动轴与激振机架刚性连接，振动力臂与激振机架刚性连接，两致动沟槽凸轮分别与激振力臂末端固联，分别以力臂圆心为中心，两侧对称安装。转轴由动力源带动旋转，激振力臂和激振机架由于与转动轴刚性连接，随转轴一同旋转。致动沟槽凸轮产生的交变切向力在圆心处造成交变力矩，使得转轴受到扭振激励。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置，包括转轴、激振筒架、激振力臂、正电极环、负电极环、第一圆柱凸轮激励器、第二圆柱凸轮激励器、正电刷、负电刷和电刷底座；第一圆柱凸轮激励器包括第一沟槽圆柱凸轮、第一致动电机、第一致动杆件和第一致动滑块，第二圆柱凸轮激励器包括第二沟槽圆柱凸轮、第二致动电机、第二致动杆件和第二致动滑块；

激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接，第一圆柱凸轮激励器和第二圆柱凸轮激励器分别安装在激振筒架底面并且靠近激振力臂两端的位置上，

所述第一圆柱凸轮激励器的结构如下：第一沟槽圆柱凸轮连接在第一致动电机的输出轴上，第一致动滑块安装在第一致动杆件上并且同时嵌入在沟槽圆柱凸轮的沟槽中；第二圆柱凸轮激励器的结构与第一圆柱凸轮激励器相同；

正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上，正电极环和负电极环分别通过导线与第一致动电机和第二致动电机连接，

正电刷和负电刷都固定在电刷底座上，正电刷与正电极环接触，负电刷与负电极环接触，正电刷和负电刷连接至电源，

转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。

所述激振力臂、第一圆柱凸轮激励器和第二圆柱凸轮激励器以激振力臂的中心形成中心对称，进而对转轴产生扭矩。

所述激振力臂除了中心与激振筒架的连接处之外，其余的两端部分处于悬空状态。

本发明的突出优点在于：

本设计所述的激振器大多由机械零部件构成，可靠性高，结构简单紧凑，安装方便简捷，零部件强度高，可以适应较大的激振范围，而且激振力臂可调，致动沟槽凸轮布置方式可调，致动沟槽凸轮的激振力和激振频率由外部变频电源控制，可以根据试验零部件的实际情况加以调整，灵活性强，成本低，维修容易，效果明显，极大扩大了扭振激振器的应用范围。

附图说明

图1为本发明所述沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置的结构示意图。

图2为本发明所述沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置的正视图。

图3为本发明所述沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置的第一圆柱凸轮激励器的结构示意图。

图4为本发明所述沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置的右视图。

图5为图4中A位置的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置，包括转轴1、激振筒架2、激振力臂3、正电极环5、负电极环6、第一圆柱凸轮激励器、第二圆柱凸轮激励器、正电刷7、负电刷和电刷底座8；第一圆柱凸轮激励器包括第一沟槽圆柱凸轮11、第一致动电机10、第一致动杆件15和第一致动滑块16，第二圆柱凸轮激励器包括第二沟槽圆柱凸轮13、第二致动电机12、第二致动杆件和第二致动滑块；

激振力臂3的中心与激振筒架2底面的圆心固定连接，第一圆柱凸轮激励器和第二圆柱凸轮激励器分别安装在激振筒架2底面并且靠近激振力臂3两端的位置上，

所述第一圆柱凸轮激励器的结构如下：第一沟槽圆柱凸轮11连接在第一致动电机10的输出轴上，第一致动滑块16安装在第一致动杆件15上并且同时嵌入在沟槽圆柱凸轮的沟槽中；第二圆柱凸轮激励器的结构与第一圆柱凸轮激励器相同；

正电极环5和负电极环6安装在固定在激振筒架2的外筒壁上，正电极环5和负电极环6分别通过导线9与第一致动电机10和第二致动电机12连接，

正电刷7和负电刷都固定在电刷底座8上，正电刷7与正电极环5接触，负电刷与负电极环6接触，正电刷7和负电刷连接至电源，

转轴1一端固定连接在激振筒架2底面的圆心处。

进一步的，所述激振力臂3、第一圆柱凸轮激励器和第二圆柱凸轮激励器以激振力臂3的中心形成中心对称，进而对转轴1产生扭矩。

进一步的，所述激振力臂3除了中心与激振筒架2的连接处之外，其余的两端部分处于悬空状态。

工作时，转轴1由动力源带动旋转，电机带动转轴1旋转，转轴1带动扭振激励器旋转，第一致动电机10、第二致动电机12的电源线通过导线9穿过激振筒架2上的孔与正电极环5和负电极环6相连，扭振激励器旋转时，正电极环5和负电极环6始终保持与正电刷7和负电刷接触，从而给第一致动电机10、第二致动电机12提供电源和信号。第一圆柱凸轮激励器的工作原理为：第一转动电机带动第一沟槽圆柱凸轮11旋转，由于第一致动滑块16嵌入在沟槽圆柱凸轮的沟槽中，所以在第一转动滑块的传动下第一致动杆件15往复运动。在安装第一圆柱凸轮激励器的零部件时，要求第一沟槽圆柱凸轮11与第一致动电机10同轴，第一致动杆件15平行与第一沟槽圆柱凸轮11的轴线，并且要求第一致动杆件15往复运动的行程范围内能够对激振力臂3进行有效撞击使得激振力臂3发生振动，进而对转轴1产生扭矩。第二圆柱凸轮激励器的工作原理与第一圆柱凸轮激励器的工作原理相同。所述激振机架为圆柱筒形，正电极环6和负电极环15同轴安装在圆柱筒形激振机架的圆柱外壁面上，圆柱筒形激振机架的一端设有底面或者两端都设有底面。

由扭振激励器输出的扭转振动施加到高刚度的旋转的转轴1上，当转轴1的旋转频率等于弯曲固有频率与扭转固有频率之差时，由弯扭耦合共振理论，一个频率等于扭转固有频率的扭振激励可以同时激发起弯曲共振，弯曲共振与扭转共振相互加强，产生足够的动应力来消除高刚度转轴1的残余应力。