[发明专利]用于求取试样的机械特性的设备及方法

说明书

本发明涉及一种用于求取具有铁磁材料成分的试样(1)的机械特性的设备(10)，所述试样特别是用于机动车的制动衬片，所述机械特性例如是固有频率、阻尼或者固有振动形式。设有电磁执行器、特别是电磁体，用于施加磁吸引力到试样上，从而执行器施加力冲击到试样上并且使得试样处于振动，该振动的频谱包含试样的至少一个固有频率振动。

技术领域

本发明涉及根据权利要求1和权利要求12前序部分所述的用于求取试样(特别是用于机动车的制动衬片)的机械特性(例如固有频率)的设备及方法。

背景技术

构件的机械特性(例如固有频率或模态阻尼)例如在品质监控的范畴内应用于构件制造(特别是机动车领域)。

构件(例如机动车的制动衬片或机动车研发中的其他部件)可能会在制造过程中具有缺陷，这些缺陷会引起在运行中不期望的振动、过载和由此导致的不期望的噪声生成或附加能耗。这种振动可能是由于构件的发生变化的物理特性、几何特性、在转动的部件中的不平衡、不一致的摩擦、重量、湿度或应力而引起。

在汽车制动工业中，制动衬片的品质参数之一是可压缩性。然而，用于测量该参数的测试通常是非常昂贵且高成本的，这是因为该测试在大型生产线中难以实现，在这种大型生产线中采用基于抽样的压缩分析。

一般地，经激励的试样的振动性能通过在其固有频率下发生固有振动来确定。这些固有振动可以具有不同形式。这些固有频率是系统特性值(或构件特性值)，也即：对该构件起表征作用的频率。对于这些固有频率中的每种固有频率都存在所属的固有形式，也即是这样的变形：待分析的构件在以该频率发生振动时会呈现为这种变形。通过构件的固有频率和固有形式获知这样的信息：主体或系统在动态负荷下表现如何。借助于模态分析，可以通过求取固有频率和固有形式来检查且量化该试样出现的振动性能。模态分析的结果(也即是固有特性值、固有频率和固有形式)是针对关于动态负荷方面结构设计的重要参数。模态模型的基础是测得的一个或多个传递函数。

在模态分析中，在要检查的试样的一个点上引入力，在另一点上测得试样的响应信号(或反应)并且由此计算出传递函数。通过确定在试样的多个点上的传递函数，求得所谓的模态形式(即振动形式)。根据这些信息可以确定该试样的振动性能。对于试样的固有频率的数量和分布起决定性作用的因素在于：材料的几何结构和物理特性(也即质量和刚性或阻尼)。

为了确定出模态参数，通常给要检查的试样以适合的激励源(例如脉冲锤或电动或液压振荡器)通过力冲击进行激励。起激励作用的力可以借助压电式力传感器测得。同时(例如利用加速度传感器、测量麦克风或激光振动计)检测结构响应(Strukturantworten)。随后，通过快速傅里叶变换(FFT/FRF)计算出激励与响应之间的频率响应(或传递函数)。

在脉冲锤方法中，对试样的激励是借助于(优选通过模态锤或脉冲锤)脉冲来实现，以便求取传递函数。脉冲锤是配备用于通过脉冲来激励试样的锤。脉冲锤可以设有力传感器。

通过安装在试样上的其它传感器可以检查该脉冲在试样中的传递。这种检查会得出例如关于物体的结构特性或声学特性的结论。通过该方法，可以确定出在相应的试样(例如建筑材料或物质材料)内部中的材料缺陷并评估其程度。在声学测量技术中，脉冲锤用于激励出固体声波

为了确定出特定试样的传递性能，利用脉冲锤以通常由力传感器已知的力曲线来激励试样。利用固体声波传感器可以确定出试样的振动，并且利用麦克风可以确定出辐射的空气声波。基于这些测得的信号可以计算出试样的传递性能。

理想的力冲击在时间上几乎无限短地具有无限幅度，并且由此产生在所有频率上恒定的频谱功率密度。

为了获得优化的结果，可如此安放试样，使得该试样可自由振动。一般地，将该试样弹性悬挂或者安放在泡沫材料垫上。