基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机的制作方法

[0001]
本发明属于振动试验设备技术领域，具体涉及基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机。


背景技术：

[0002]
随着加工技术的进步和制造业的高速发展，各种复合材料以其各自的性能优势为人们所广泛应用。在某些特种作业、精密作业或是极端环境下，它们更是占据了举足轻重的位置。在各种影响因素中，振动阻尼因素一直受到人们的重视，其关乎着生产工作的命脉，直接影响着设备的寿命长短、使用的安全性、可靠性、经济性等重要参数，因此对各种复合材料的阻尼性能提出了新的要求。然而人们对于传统材料阻尼性能的认识已略显匮乏，急需将大量新型复合材料的阻尼性能测定出来并应用于实际生产生活中。而一些传统的阻尼性能试验机效率过低，能耗过大，自动化程度低，已渐渐不适用于目前的生产发展状况。针对以上问题，有必要设计并发明一种测定复合材料的阻尼性能的设备，并能够实现大批量、自动化的特点，以提高实验效率，并能简化复杂繁琐的人工操作内容，准确、高效、快捷地得到所测材料的阻尼性能参数。
[0003]
目前人们对振动阻尼性能试验也都进行了初步的研究，发明了一些振动阻尼性能测定装置，但都存在一些问题。专利cn107941487为测定阻尼缸阻尼特性的试验装置，利用负载车移动并带动活塞拉杆移动的测量方法效率较低，并且负载车稳定性不易被保证，从而使得测量精度不高，导致测量结果不准；专利cn109470435a为测定机轮刚度的阻尼试验台，其夹持装置比较复杂，配合尺寸较多，使得被测机轮在被两平面进行夹持时容易产生稳定性不良问题，影响测量精度。同时，该试验台只能实现单件机轮测量，无法实现批量化，导致测量效率较低。并且以上两个专利均为特定物件的试验台，应用范围比较有限。专利cn207675401u，专利cn208635991u均为对传统振动试验机的改良，采用一些机械结构使得被测工件的夹紧更为稳定，但均不能实现被测件的批量化测定，无法大幅提高其测量效率。专利cn208043372u为一种新型的机械振动试验台，实现了能够同时使用不同的振动频率，但其未作定量化处理，难以保证可重复性，在测定结果上易产生误差。以上相关专利中均未排除空气阻尼造成的影响,测量结果会产生一定的偏差。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种针对复合材料振动阻尼性能的测量，能够实现大批量测量的、自动化的振动阻尼试验机。
[0005]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机，包括起振模块、若干传动模块、若干夹持模块、测量机构和机架，在机架的中央置物盘上安装有起振模块、若干传动模块和若干夹持模块。
[0006]
机架包括底板、支撑立柱、支撑架、中央置物盘、环形盘及真空罩，所述底板上表面密封连接有桶状真空罩，真空罩顶部密封连接有顶板，且在底板与顶板之间通过支撑立柱
支撑，所述顶板的中心处开设有圆孔，在圆孔上密封安装有透明玻璃，所述真空罩靠近底板部分通过法兰盘连接有排气管，排气管出口端与抽气泵相连，所述真空罩相对排气管侧设置有开口，且开口高度与真空罩等高设置，在开口上方的顶板和开口下方的底板上均开设有半圆弧滑槽，滑槽内滑动安装有玻璃密封门，且玻璃密封门的长度大于开口长度，所述底板上表面通过支撑架设置有环形盘，环形盘中心处设置有中央置物盘，中央置物盘通过下表面的导柱与底板上的环形凹槽滑动安装，在圆盘的中心处设置有主转轴，主转轴伸出圆盘下表面部分通过联轴器与伺服电机相连，伺服电机固定安装于底板上表面处，在环形盘的内圆面周向均匀加工有若干方槽ⅰ，且方槽ⅰ与圆环凹槽连接，方槽ⅰ内安装有光敏电阻，在圆盘的外圆面加工有与方槽ⅰ对应的一个方槽ⅱ，方槽ⅱ内安装有小型激光发射器。
[0007]
所述起振模块包括中央置物盘、水平皮带传送机、凸轮架安装平台、三角式凸轮转换架；在中央置物盘的圆盘上表面设置有水平皮带传送机，水平皮带输送机的两条皮带之间设置有凸轮架安装平台，通过水平皮带输送机带动凸轮架安装平台精准移动，凸轮架安装平台上表面为倾斜表面，在凸轮架安装平台上表面中心处设置有三角式凸轮转换架。
[0008]
所述三角式凸轮转换架包括半球基座，半球基座外球面等角度安装有y 形支撑架，y形支撑架上平行的两个支臂通过凸轮轴安装有凸轮，在其中一个支臂上设置有舵机，舵机通过凸轮轴带动凸轮转动。
[0009]
夹持模块包括夹具支架、夹具固定板、夹具活动板、扭簧、螺栓，在环形盘周向均布有与方槽ⅰ一一对应的夹具固定板，所述夹具固定板底端对称设置有固定板转轴，两个固定板转轴与两个夹具支架转动安装，在固定板转轴上同轴套装有扭簧，扭簧一端通过扭簧挡板与夹具固定板相连，另一端与固定板转轴相连，夹具固定板远离主转轴一端侧壁一体成型有水平板，水平板上表面对称开设有燕尾槽，在水平板上表面滑动安装有夹具活动板，且夹具活动板与夹具固定板平行设置且通过螺栓连接，当被测件放入夹具固定板与夹具活动板中时，将螺栓拧紧，实现被测件的夹紧，所述夹具活动板底部设置有与燕尾槽配合的燕尾形凸起，在夹具固定板的靠近主转轴一端侧壁开设有长方形盲孔。
[0010]
所述传动模块包括t形传动杆、基座、两个弹簧，所述环形盘上表面沿周向设置有与h形底板一一对应的基座，基座一端侧壁与h形底板上的豁口配合，且端面与夹具固定板表面贴合，基座顶部设置有t形槽，基座通过其上的t形槽与t形传动杆上的t形块配合，使t形传动杆滑动安装于基座上，在基座上通过螺栓安装有挡板，两个弹簧沿t形传动杆的运动方向设置，弹簧一端与基座相连，另一端与t形传动杆上的t形块相连。
[0011]
测量机构包括激光测振仪、平面镜ⅰ及平面镜ⅱ，所述激光测振仪和平面镜ⅰ设置于顶板的上表面且靠近圆孔设置，激光测振仪与平面镜ⅰ相对设置，所述平面镜ⅱ设置于主转轴顶部端面上。
[0012]
所述平面镜ⅰ和平面镜ⅱ的镜面与水平面之间的夹角均为45
°
，且平面镜ⅰ与平面镜ⅱ镜面之间的夹角为90
°
。
[0013]
一种基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机的使用方法，采用基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机，包括以下步骤：
[0014]
步骤1，打开玻璃密封门，松拧其中一个夹持模块的螺栓，移动夹具活动板，将被测试件放置于夹具活动板与夹具固定板之间，拧紧螺栓夹紧被测试件；重复步骤1在其余夹持模块上装夹被测试件，装夹完成后，关闭玻璃密封门；
[0015]
步骤2，启动抽气泵，通过排气管对底板、顶板、玻璃密封门及真空罩围成的密闭空间抽真空；
[0016]
步骤3，启动伺服电机，伺服电机转动带动主转轴旋转，进而带动中央置物盘转动一定角度，通过方槽ⅰ处安装的光敏电阻和方槽ⅱ处安装的小型激光发射器配合使用使凸轮与t形传动杆正对；
[0017]
步骤4，启动水平皮带传送机，传送带转动带动凸轮架安装平台移动，至凸轮外圆面与t形传动杆接触，关闭水平皮带传送机；启动舵机，舵机转动带动凸轮转动，从而通过t形传动杆顶动夹具固定板使其后仰一定的角度，当凸轮旋转到最大半径后，t形传动杆在底部弹簧作用下回弹到初始位置，夹具固定板在底部扭簧作用下也会回弹到初始位置，从而为被测试件提供一个脉冲振动激励；
[0018]
步骤5，启动伺服电机，转动中央置物盘，重复步骤3-步骤4，依次给环形盘上的被测试件施加脉冲振动激励，通过激光测振仪将激光通过平面镜ⅰ传递给平面镜ⅱ后，照射在被测试件上，最后通过激光测振仪上的接收记录装置对振动进行监测记录反馈给计算机。
[0019]
本发明的有益效果为：本发明提供的复合材料阻尼性能试验机在进行测量工作时，可以实现试件的大批量测定，大幅提高了测量效率；并且试验机为自动化测量，能够迅速，方便地得到大批复合材料的阻尼性能；本发明采用单个旋转式起振模块、多个深度可调式夹具来实现大批量、自动化的设想，试验效率、自动化程度均大大提高，并且实验所采用的脉冲基础激励方法，在对被测结构进行振动激励时具有激励强度大、无附加刚度、质量的优势，在一次激振过程中就能激起被测件全部频率的振动。同时结构设计简单，更加易于实现，激励幅度也更加容易控制，能够快速对试件进行激振而达到测振的目的。
附图说明
[0020]
图1为本发明基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机整体结构示意图；
[0021]
图2为本发明基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机去掉真空罩部分结构示意图；
[0022]
图3为本发明基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机的起振模块结构示意图；
[0023]
图4为本发明基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机的夹持模块示意图；
[0024]
图5为本发明基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机去掉挡板的传动模块示意图；
[0025]
101-水平皮带传送机，102-凸轮架安装平台，103-三角式凸轮转换架， 104-半球基座，105-y形支撑架，106-凸轮，107-舵机,201-t形传动杆，202
-ꢀ
基座，203-弹簧，204-t形槽，205-t形块，206-配合圆柱，207-刻度尺ⅱ， 208-挡板，301-夹具支架，302-夹具固定板，303-夹具活动板，304-扭簧， 305-螺栓，306-水平板，307-燕尾槽，308-刻度尺ⅰ，309-长方形盲孔，310
-ꢀ
固定板转轴，311-扭簧挡板，401-激光测振仪，402-平面镜ⅰ，403-平面镜ⅱ，501-底板，502-真空罩，503-顶板，504-支撑立柱，505-圆孔，506-排气管，507-抽气泵，508-支撑架,509-环形盘，510-中央置物盘，511-主转轴,512-伺服电机，513-方槽ⅰ，514-方槽
ⅱ
，515-玻璃密封门。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027]
如图1和图2所示，一种基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机，包括起振模块、传动模块、夹持模块、测量机构和机架，在机架的中央置物盘510上安装有起振模块、六个传动模块和六个夹持模块。
[0028]
机架包括底板501、支撑立柱504、支撑架508、中央置物盘510、环形盘509及真空罩502，所述底板501上表面密封连接有桶状真空罩502，真空罩502顶部密封连接有顶板503，且在底板501与顶板503之间通过支撑立柱 504支撑，所述顶板503的中心处开设有圆孔505，在圆孔505上密封安装有透明玻璃，所述真空罩502靠近底板501部分通过法兰盘连接有排气管506，排气管506出口端与抽气泵507相连，保证测量仪在真空条件下进行测量，排除空气阻尼的影响，所述真空罩502相对排气管506侧设置有开口，且开口高度与真空罩502等高设置，在开口上方的顶板503和开口下方的底板501 上均开设有滑轨，滑轨内滑动安装有玻璃密封门515，且玻璃密封门515的长度大于开口长度，所述底板501上表面通过支撑架508设置有环形盘509，环形盘509中心处设置有中央置物盘510，中央置物盘510与环形盘509上表面共面设置，中央置物盘510下表面设置有导柱，导柱底端的滑块与底板501 上截面为u形的环形凹槽滑动安装，在圆盘的中心处设置有主转轴511，主转轴511伸出圆盘下表面部分通过联轴器与伺服电机512相连，伺服电机512 固定安装于底板501上表面上，在环形盘509内圆面周向均匀加工有若干方槽ⅰ513，且方槽ⅰ513与圆环凹槽连接，方槽ⅰ513内安装有光敏电阻，在圆盘的外圆面加工有与方槽ⅰ513对应的一个方槽ⅱ514，方槽ⅱ514内安装有小型激光发射器，所述光敏电阻和小型激光发射器均与计算机相连，伺服电机512与计算机相连。
[0029]
如图3所示，所述起振模块包括水平皮带传送机101、凸轮架安装平台 102、三角式凸轮转换架103；在中央置物盘510的圆盘上表面设置有水平皮带传送机101，水平皮带输送机的两条皮带之间设置有凸轮架安装平台102，通过水平皮带输送机带动凸轮架安装平台102精准移动，凸轮架安装平台102 上表面为倾斜表面，在凸轮架安装平台102上表面中心处设置有三角式凸轮转换架103；所述水平皮带输送机101包括四个支架，相临两个支架之间通过轴承安装有转轴，且转轴与主转轴511垂直设置，每个转轴上对称安装有两个皮带轮，两个皮带轮之间安装有皮带，皮带与转轴垂直设置，皮带轮通过支架上的驱动电机驱动转动，水平皮带传送机的驱动电机与计算机相连，所述中央置物盘510上设置有与水平皮带传送机长度对应的刻度尺，用于标定凸轮106前进的距离。
[0030]
所述三角式凸轮转换架103包括半球基座104，半球基座104外球面等角度安装有三个y形支撑架105，y形支撑架105上平行的两个支臂通过凸轮轴安装有凸轮106，凸轮106为三个，三个凸轮106的外形轮廓相同，但三个凸轮106的最小半径和最大半径尺寸不相同，起到拓宽量程以适应不同的被测试件的需要，在其中一个支臂上设置有舵机107，舵机107通过凸轮轴带动凸轮106转动，所述舵机107与计算机相连。
[0031]
如图4所示，夹持模块包括夹具支架301、夹具固定板302、夹具活动板 303、扭簧304、螺栓305，在环形盘509周向均布有与方槽ⅰ513一一对应的夹具固定板302，所述夹具固
定板302底端对称设置有固定板转轴310，两个固定板转轴310与两个夹具支架301转动安装，在固定板转轴310上同轴套装有扭簧304，扭簧304一端嵌入扭簧挡板311一端的凹槽内，扭簧挡板311 通过螺栓安装在夹具固定板302上，扭簧挡板311靠近传动模块设置，另一端与固定板转轴310相连，夹具固定板302远离主转轴511一端侧壁一体成型有水平板306，水平板306上表面对称开设有燕尾槽307，在水平板306上表面滑动安装有夹具活动板303，且夹具活动板303与夹具固定板302平行设置且通过螺栓305连接，当被测件放入夹具固定板302与夹具活动板303中时，将螺栓305拧紧，实现被测件的夹紧，所述夹具活动板303底部设置有与燕尾槽307配合的燕尾形凸起，在夹具固定板302的靠近主转轴511一端侧壁开设有长方形盲孔309，在水平板306上方的夹具固定板302侧壁设置有刻度尺ⅰ308，用于标定被测试件底端被夹紧的长度。
[0032]
如图5所示，所述传动模块包括t形传动杆201、基座202、两个弹簧203，所述环形盘509上表面沿周向设置有与h形底板301一一对应的基座202，基座202一端侧壁延伸至h形底板301上的豁口内，且端面与夹具固定板302 表面贴合，基座202通过四角处的耳板与环形盘509通过螺栓305连接，基座202顶部设置有t形槽204，基座202通过其上的t形槽204与t形传动杆 201上的t形块205配合，使t形传动杆201滑动安装于基座202上，在基座 202上通过螺栓安装有挡板208，挡板208用于防止弹簧203的弹力过大致使 t形传动杆201脱离t形槽204，两个弹簧203沿t形传动杆201的运动方向设置，弹簧203一端与基座202相连，另一端与t形传动杆201上的t形块 205相连，所述基座202与夹具固定板302贴合侧壁内表面对称安装有配合圆柱206，且配合圆柱206同轴套装于弹簧203内，在基座202上表面沿t形传动杆201运动方向设置有刻度尺ⅱ207，用于标定t形传动杆201移动的距离。
[0033]
测量机构包括激光测振仪401、平面镜ⅰ402及平面镜ⅱ403，所述激光测振仪401和平面镜ⅰ402设置于顶板503的上表面且靠近圆孔505设置，激光测振仪401与平面镜ⅰ402相对设置，所述平面镜ⅱ403设置于主转轴511 顶部端面上，通过平面镜ⅰ402将激光测振仪401发射的激光垂直射在主转轴 511顶端的平面镜ⅱ403上；再通过主转轴511顶部的平面镜ⅱ403将垂直光线转化为水平方向射在被测件上，最后通过激光测振仪401上的接收记录装置进行监测记录并反馈给计算机。
[0034]
所述平面镜ⅰ402和平面镜ⅱ403的镜面与水平面之间的夹角均为45
°
，且平面镜ⅰ402与平面镜ⅱ403镜面之间的夹角为90
°
。
[0035]
一种基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机的使用方法，采用基于脉冲基础激励的复材阻尼性能大批量、自动化试验机，包括以下步骤：
[0036]
步骤1，打开玻璃密封门515，松拧其中一个夹持模块的螺栓305，移动夹具活动板303，将被测试件放置于夹具活动板303与夹具固定板302之间，拧紧螺栓305夹紧被测试件；重复步骤1在其余五个夹持模块上装夹被测试件，装夹完成后，关闭玻璃密封门515；
[0037]
步骤2，启动抽气泵507，通过排气管506对底板501、顶板503、玻璃密封门515及真空罩502围成的密闭空间抽真空；
[0038]
步骤3，启动伺服电机512，伺服电机512转动带动主转轴511旋转，进而带动中央置物盘510转动一定角度，通过方槽ⅰ513和方槽ⅱ514处安装的光敏电阻和小型激光发射器进行判断，小型激光发射器发射激光照射到光敏电阻上，使其阻值改变并将其位置反馈给计算机，
[0039]
当小型激光发射器发射激光没有照射到光敏电阻时，光敏电阻的阻值不会改变，说明三角式凸轮转换架103上的指定凸轮与t形传动杆201没有正对时，通过计算机控制伺服电机512正转或反转至凸轮与t形传动杆201正对，执行步骤4；当小型激光发射器发射激光照射在光敏电阻上时，光敏电阻的阻值发生变化并反馈给计算机，说明三角式凸轮转换架103上的指定凸轮与t形传动杆201正对时，关闭伺服电机512，执行步骤4；
[0040]
步骤4，启动水平皮带传送机101，传送带转动带动凸轮架安装平台102 移动，至凸轮外圆面与t形传动杆201接触，关闭水平皮带传送机101；启动舵机107，舵机107转动带动凸轮106转动，从而通过t形传动杆201顶动夹具固定板302使其后仰一定的角度，当凸轮106旋转到最大半径后，t形传动杆201在底部弹簧203作用下回弹到初始位置，夹具固定板302在底部扭簧 304作用下也会回弹到初始位置，从而为被测试件提供一个脉冲振动激励；
[0041]
步骤5，启动伺服电机512，转动中央置物盘510，重复步骤3-步骤4，依次给环形盘509上的被测试件施加脉冲振动激励，通过激光测振仪401将激光通过平面镜ⅰ402传递给平面镜ⅱ403后，照射在被测试件上，最后通过激光测振仪401上的接收记录装置对振动进行监测记录反馈给计算机。
[0042]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。