[发明专利]一种测试横梁拴接结合部动态特性的实验装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种测试横梁拴接结合部动态特性的实验装置，属于机械设计与制造领域。

背景技术

在机械行业中，机床甚至各类机械设备为了满足各种功能、性能和加工要求以及运输上的方便，一般都不是一个连续的整体，而是由许多零部件按照一定的要求组合起来。称零件、组件、部件之间相互接触的表面为“机械结合面”，简称“结合面”。横梁是重型数控机床最关键的大型结构件，其精度保持性直接影响整机的精度及精度保持性和可靠性。影响横梁结合面动态特性(包括法向刚度和阻尼，切向刚度和阻尼)的因素很多，而且作用机理十分复杂，这些因素主要有：结合面材质和加工方法、结合面的加工质量、结合面的介质状况、接触表面的几何形状误差和微观不平度、结合面预紧力的大小、螺栓分数量及分布、结合面的动载荷性质和大小等因素。

由于拴接结合部动态特性受不同因素的影响，并且每种因素的影响规律又多为非线性，因素影响又相互耦合，从而无法以理论解析的方法直接确定它们的影响规律和影响参数的确定，因此必须以实验的方法来确定影响参数的数值。

为了系统地研究和探明横梁拴接结合部动态特性与其基本影响因素之间的关系，并掌握重型机床横梁结合面动态基础特性参数，需要一套完整的测试结合面动态特性的实验装置与方法，然而目前还没有一种针对大型横梁结合面动态特性的测试装置。

发明内容

本发明的目的在于设计一套模拟重型机床横梁的结合面动态测试装置，设计一系列螺栓连接的框型件，通过不同预紧力和不同的螺栓个数来获得整体结构的固有特性，采用单点激振，多点响应数据采集(SIMO)的方法对其进行锤击模态测试实验。利用该装置可获得各种结合条件下结合面动态特性参数，获取整体结构的固有特性(模态振型、固有频率、阻尼比、频响函数等)，利用频响函数辨识出结合面的等效动力学参数。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种测试横梁拴接结合部动态特性的实验装置，该装置包括力锤、试件A、试件B、高强应变螺栓3、加速度传感器、电桥、动态应变仪、信号采集系统和计算机；试件A和试件B均是框型件，框型件用以模拟机床横梁的特性，试件A和试件B通过不同数量的高强应变螺栓3连接形成框型组件，框型件等效为一个拴接结合面模型；加速度传感器2均匀对称布置在试件A和试件B的表面；框型件具有不对称性，在模态试验中通过振型及各阶频率，体现拴接结合面的特性；所述高强应变螺栓3是将电阻式应变片嵌入高强螺栓螺杆中，在对螺栓施加预紧力时，由于螺杆的压缩导致应变片同步发生变形，应变片的变形便导致自身电阻值发生变化。高强应变螺栓3中的应变片的外延长导线与电桥连接，电桥与动态应变仪的输入接口相连接，应变片的电阻值发生变化并转变为对应变化的电压值，动态应变仪的输出端连接到LMS测试系统的信号采集通道，LMS测试系统与计算机连接，动态应变仪与计算机相连；对试件A、试件B和高强应变螺栓3连接组成的机械结构施加一个外部激励的力锤，力锤与LMS测试系统的信号采集通道相连，用于测量响应信号的加速度传感器2与到LMS测试系统，LMS测试系统连接至计算机。

试件A与试件B材料相同，结构尺寸相同，加工方法相同。

所述加速度传感器2通过磁片均匀和对称固定在框型件的表面。

所述试件A和试件B的材料采用HT250-HT250或QT600-QT600或Q235-Q235。

所述试件A和试件B的表面粗糙度为精铣-精铣或磨-磨。

所述螺栓为M16的10.9S级高强度扭剪型螺栓。

所述力锤采用LC-03A脉冲型力锤；所述加速度传感器采用型号为PCB-333B30的加速度传感器；动态应变仪采用BZ2668动态应变仪。

所述试件A和试件B间不加任何润滑油。

本发明的有益效果在于：

从实验装置可看出，测试出来的特性参数仅仅是试件A和试件B之间的结合面部动态特性，减少了测量的物理量的个数，而且采用的是直接测量法；

为了便于对影响结合面动态特性的各基本影响因素进行研究，本实验装置保证试件易于更换、易于定位，能够进行重复试验；由于仅仅是测试试件A和试件B之间结合面的动态特性，所以能够保证结合面动态特性从实验装置系统的动态特性中较容易分离出来；

本发明所设计的试件为框型组件，可以更好的模拟重型机床横梁的结合面特性；设计不同个数、不同预紧力的螺栓连接结构模型，通过该模型的不同组合，可以预测不同预紧力和螺栓数量布置对拴接结合面的动态特性的影响。

附图说明