一种基于模态试验质量线的激励辅助装置及计算方法与流程

1.本发明涉及刚体惯性参数识别技术领域，具体是一种基于模态试验质量线的激励辅助装置及计算方法。


背景技术：

2.高效、便捷、精确的获取诸如导弹、传动轴等复杂构件的刚体惯性参数一直是热点与难点。基于模态试验质量线的惯性参数测量方法凭借简便性、高效性得到大量学者的研究与企业应用。但该方法在测试回转类复杂构建时，往往面临着难以激起待测件回转轴的振型，导致惯性参数求解精度很低。针对以上测试实验问题，设计一种激励辅助装置及计算方法，能够实现激励出不同尺寸复杂件的振型，方便安装拆卸，同时提出除掉附加装置对原待测件惯性参数结果影响的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于模态试验质量线的激励辅助装置及计算方法。
4.实现本发明的目的的技术方案是：
5.一种基于模态试验质量线的激励辅助装置，包括一对锁紧机构，待测件的两端设在锁紧机构上，每个锁紧机构包括4个锁紧单元，4个锁紧单元通过紧固钢丝连接形成矩形框架；
6.所述的锁紧单元，是直角形的基体，基体的一端凹槽，凹槽内设有棘轮转动轴，棘轮转动轴的两端贯穿基体，棘轮转动轴的其中一端固定有棘轮，棘轮上方的基体上设有卡针基座，卡针基座固定在基体上，卡针基座上设有卡针轴，卡针轴的端部设有卡针，卡针与棘轮啮合；凹槽内的棘轮转动轴上间隔设有两个钢丝套，棘轮转动轴的前下方设有与棘轮转动轴平行的导线轴，导线轴前方的凹槽底部上设有细准调节片，细准调节片的两端分别设有竖直设置的导向轴，导向轴贯穿细准调节片，两根导向轴之间的细准调节片的中部设有螺纹孔，细调螺栓从凹槽顶部的基体穿入凹槽内与细准调节片上的螺纹孔连接并穿过凹槽底部的基体；钢丝套上分别缠绕紧固钢丝，紧固钢丝的端部从钢丝套引出绕过导线轴的底部，并穿过导线轴与细准调节片之间的间隙从细准调节片的上表面穿出凹槽，与相邻的锁紧单元基体另一端上的钢丝紧固孔通过紧固螺栓连接。
7.所述的基体，直角处的内侧设有磁铁槽，磁铁槽上镶嵌有磁铁，利用磁铁的磁力，用于对设在锁紧机构上的待测件进行初步固定。
8.所述的棘轮转动轴，设有棘轮一端的端面设为六边形，便于用工具紧固。
9.用上述一种基于模态试验质量线的激励辅助装置测量并计算惯量参数的方法，包括如下步骤：
10.1)将激励辅助装置放置于工作台上，待测件的两端设在锁紧机构上，先用基体中的磁铁初步固定待测件的位置；
11.2)将紧固钢丝从钢丝套引出绕过导线轴的底部，并穿过导线轴与细准调节片之间的间隙从细准调节片的上表面穿出凹槽，与相邻的锁紧单元基体另一端上钢丝紧固孔通过紧固螺栓连接扭紧；
12.3)确定紧固钢丝的长度后，扭转棘轮转动轴，对钢丝绳进行初步紧固；初步紧固后，通过扭转细调螺栓，使细准调节片升高，加紧钢丝绳，在此过程中，通过力锤敲击激励辅助装置，检验紧固性，直到满足紧固条件后，停止扭转细调螺栓，完成待测件的紧固工作，采用模态锤击法敲击辅助装置直角处的边角点，保证xyz方向至少有2次敲击，获取待测件的频响函数，按照质量线算法计算整个系统的(包括激励辅助装置)惯性参数；
13.4)确定激励辅助装置的质量m0和相对激励辅助装置的基体中某一点的转动惯量和惯性积并将该点定义为参点，同时布置激励装置时要按对称方式成对的布置，激励装置布置在待测件坐标轴的某个方向的最外侧，激发整个系统的六阶刚体模态；
14.5)布置完装置后，测量传感器放置的响应坐标和力锤激励的坐标，同时测量参点在待测件参考坐标系下的坐标(x
0 y
0 z0)，按照质量线的测试结果和下述公式(1)、公式(2)计算方法，计算整个系统的惯性参数，
[0015][0016]
公式(1)中，设在待测刚体上的某点i处施加的激励力f
i
＝(f
ix f
iy f
iz
)，为f
i
激励力下待测物的角加速度，(x
c y
c z
c
)为测试系统的质心，为点j相对于参考点o的牵连加速度，m
a
为测试系统总质量(待测件和激励辅助装置)；
[0017][0018]
公式(2)中，(x
ji y
ji z
ji
)为激励点坐标，
[0019]
6)通过下述公式(3)、公式(4)、公式(5)和公式(6)，计算待测件实际质量m
z
、待测件的惯性参数(j
zxx j
zyy j
zzz
)、惯性积(j
zyz j
zxz j
zxy
)换热质心坐标(x
zc y
zc z
zc
)：
[0020]
m
z
＝m
a
‑
m0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021][0022]
[0023][0024]
质心位置由待测件质量分布决定，由于激励辅助装置为成对且对称分布的，对质心影响可忽略不计。
[0025]
本发明提供的一种基于模态试验质量线的激励辅助装置及计算方法，该装置结构简单，能够以质量线的方法对复杂回转零部件进行惯性参数测试，激励辅助装置本身灵活的组合式结构能应用在一定范围变化的待测件尺寸；通过分析计算，能够剔除辅助激励装置对待测件测试结果的影响，正确计算待测件惯性参数，大大提高试验精度和效率。
附图说明
[0026]
图1为待测件固定在激励辅助装置上的示意图；
[0027]
图2为锁紧单元的结构示意图；
[0028]
图3为图2中a部放大图；
[0029]
图4为锁紧单元的侧视剖视图；
[0030]
图5为图4中b部放大图；
[0031]
图6为锁紧单元设有凹槽端的正视图；
[0032]
图中：1.待测件 2.锁紧单元 3.紧固钢丝 4.细调螺栓 5.凹槽 6.导向轴 7.细准调节片 8.棘轮转动轴 9.棘轮 10.棘轮转动轴的六边形端面 11.卡针 12.卡针轴 13.卡针基座 14.导线轴 15.钢丝套 16.磁铁。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述，但不是对发明的限定。
[0034]
实施例：
[0035]
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示：
[0036]
一种基于模态试验质量线的激励辅助装置，包括一对锁紧机构，待测件1的两端设在锁紧机构上，每个锁紧机构包括4个锁紧单元2，4个锁紧单元2通过紧固钢丝连接形成矩形框架；
[0037]
所述的锁紧单元2，是直角形的基体，基体的一端凹槽5，凹槽5内设有棘轮转动轴8，棘轮转动轴8的两端贯穿基体，棘轮转动轴8的其中一端固定有棘轮9，棘轮9上方的基体上设有卡针基座13，卡针基座13固定在基体上，卡针基座13上设有卡针轴12，卡针轴12的端部设有卡针11，卡针11与棘轮9啮合；凹槽内的棘轮转动轴8上间隔设有两个钢丝套15，棘轮转动轴8的前下方设有与棘轮转动轴8平行的导线轴14，导线轴14前方的凹槽5底部上设有细准调节片7，细准调节片7的两端分别设有竖直设置的导向轴6，导向轴6贯穿细准调节片7，两根导向轴6之间的细准调节片7的中部设有螺纹孔，细调螺栓4从凹槽5顶部的基体穿入凹槽5内与细准调节片7上的螺纹孔连接并穿过凹槽5底部的基体；钢丝套15上分别缠绕紧固钢丝3，紧固钢丝3的端部从钢丝套15引出绕过导线轴14的底部，并穿过导线轴15与细准调节片7之间的间隙从细准调节片7的上表面穿出凹槽5，与相邻的锁紧单元2基体另一端上的钢丝紧固孔通过紧固螺栓连接。
[0038]
所述的基体，直角处的内侧设有磁铁槽，磁铁槽上镶嵌有磁铁16，利用磁铁的磁力，用于对设在锁紧机构上的待测件1进行初步固定。
[0039]
所述的棘轮转动轴8，设有棘轮9一端的端面设为六边形10，便于用工具紧固。
[0040]
用上述一种基于模态试验质量线的激励辅助装置测量并计算惯量参数的方法，包括如下步骤：
[0041]
1)将激励辅助装置放置于工作台上，待测件的两端设在锁紧机构上，先用基体中的磁铁初步固定待测件的位置；
[0042]
2)将紧固钢丝从钢丝套引出绕过导线轴的底部，并穿过导线轴与细准调节片之间的间隙从细准调节片的上表面穿出凹槽，与相邻的锁紧单元基体另一端上钢丝紧固孔通过紧固螺栓连接扭紧；
[0043]
3)确定紧固钢丝的长度后，扭转棘轮转动轴，对钢丝绳进行初步紧固；初步紧固后，通过扭转细调螺栓，使细准调节片升高，加紧钢丝绳，在此过程中，通过力锤敲击激励辅助装置，检验紧固性，直到满足紧固条件后，停止扭转细调螺栓，完成待测件的紧固工作，采用模态锤击法敲击辅助装置直角处的边角点，保证xyz方向至少有2次敲击，获取待测件的频响函数，按照质量线算法计算整个系统的(包括激励辅助装置)惯性参数；
[0044]
4)确定激励辅助装置的质量m0和相对激励辅助装置的基体中某一点的转动惯量和惯性积并将该点定义为参点，同时布置激励装置时要按对称方式成对的布置，激励装置布置在待测件坐标轴的某个方向的最外侧，激发整个系统的六阶刚体模态；
[0045]
5)布置完装置后，测量传感器放置的响应坐标和力锤激励的坐标，同时测量参点在待测件参考坐标系下的坐标(x
0 y
0 z0)，按照质量线的测试结果和下述公式(1)、公式(2)计算方法，计算整个系统的惯性参数，
[0046][0047]
公式(1)中，设在待测刚体上的某点i处施加的激励力f
i
＝(f
ix f
iy f
iz
)，为f
i
激励力下待测物的角加速度，(x
c y
c z
c
)为测试系统的质心，为点j相对于参考点o的牵连加速度，m
a
为测试系统总质量(待测件和激励辅助装置)；
[0048][0049]
公式(2)中，(x
ji y
ji z
ji
)为激励点坐标，
[0050]
6)通过下述公式(3)、公式(4)、公式(5)和公式(6)，计算待测件实际质量m
z
、待测件的惯性参数(j
zxx j
zyy j
zzz
)、惯性积(j
zyz j
zxz j
zxy
)换热质心坐标(x
zc y
zc z
zc
)：
[0051]
m
z
＝m
a
‑
m0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0052][0053][0054][0055]
质心位置由待测件质量分布决定，由于激励辅助装置为成对且对称分布的，对质心影响可忽略不计。