[发明专利]一种负刚度特性测试装置及方法

权利要求书

1.一种负刚度特性测试装置，其特征在于：包括中心轴(1)、固定轴(2)、刻度轴(3)、固定板(4)、磁环套，所述中心轴(1)、固定轴(2)、刻度轴(3)排列在同一直线上，所述固定板(4)和磁环套均具有三个通孔，所述固定板(4)和磁环套通过通孔套装在中心轴(1)、固定轴(2)、刻度轴(3)上，所述固定板(4)设置在磁环套的上方，所述磁环套包括上磁环套(5)和下磁环套(6)，所述上磁环套(5)设置在下磁环套(6)的上方，所述上磁环套(5)和下磁环套(6)的内部分别设有上磁环(7)和下磁环(8)，所述中心轴(1)上套装有内磁环(9)，所述内磁环(9)设置在上磁环套(5)和下磁环套(6)之间，所述中心轴(1)的顶端通过螺栓固定连接有测力计(10)，所述测力计(10)通过螺钉固定在测力计板(11)上，所述测力计板(11)上有圆柱通槽，所述测力计板(11)套装在刻度轴(3)上，所述刻度轴(3)和固定板(4)均通过固定座(12)固定在底座(13)上，所述固定板(4)上固定有上直线轴承(14)，所述底座(13)上固定有下直线轴承(15)，所述中心轴(1)穿过上直线轴承(14)和下直线轴承(15)。

2.根据权利要求1所述的一种负刚度特性测试装置，其特征在于：所述磁环套包括套盖(16)和套体(17)，所述套盖(16)通过螺钉固定在套体(17)上。

3.根据权利要求1所述的一种负刚度特性测试装置，其特征在于：所述固定板(4)、磁环套均通过手拧螺丝(18)固定在固定轴(2)和刻度轴(3)上，所述测力计板(11)通过手拧螺丝(18)固定在刻度轴(3)上。

4.根据权利要求1所述的一种负刚度特性测试装置，其特征在于：所述上磁环(7)、下磁环(8)和内磁环(9)均采用钕铁硼材料，所述测力计板(11)、固定板(4)、磁环套、底座(13)均采用PLA材质，所述固定座(12)采用铝合金材质，所述中心轴(1)、固定轴(2)和刻度轴(3)均采用弱磁性材料。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种负刚度特性测试装置的测试方法，其特征在于：包括下列步骤：

S1、将测力计归零；

S2、寻找(0，0)位置；

S3、将测力计板沿刻度轴向上移动，测试正方向的力和位移数据；

S4、将测力计板沿刻度轴向下移动，测试负方向的力和位移数据；

S5、通过实验数据绘制得到力-位移曲线，数据整理计算后绘制出刚度曲线，验证准零负刚度机构的负刚度特性。

6.根据权利要求5所述的一种负刚度特性测试装置的测试方法，其特征在于：所述S1中将测力计归零的方法为：将测力计置于上下磁环外部，测力计与中心轴连接，内磁环也固定在中心轴上，若内磁环和中心轴质量较小，重力可以忽略不计，手握测力计垂直放置，内磁环自由在下，开启测力计并按下“归零”键，显示此时为0N。

7.根据权利要求5所述的一种负刚度特性测试装置的测试方法，其特征在于：所述S2中寻找(0，0)位置的方法为：将内磁环置于上下磁环之间后立刻受到磁力作用，测力计显示力的变化，通过移动套在刻度轴上的测力计板间接移动内磁环位置，同时观察测力计实时读数，当显示0N时立刻用手拧螺丝固定测力计板的位置，这一位置即上下磁环间距为n₀时内磁环的(0，0)位置点，记录刻度轴上这一刻度为0mm刻度。

8.根据权利要求5所述的一种负刚度特性测试装置的测试方法，其特征在于：所述S3中测试正方向的力和位移数据的方法为：每次以n₁为单位移动，拧开测力计板上的手拧螺丝，注视测力计板下沿在刻度轴上向上滑动n₁的刻度，然后拧紧手拧螺丝，在测力计示数稳定后读取力的数值，其他装置位置均不改变，得到+n₁的力大小以后再松开测力计板的手拧螺丝，继续上移至+2n₁处，固定手拧螺丝，待测力计示数稳定后读取得到+2n₁处力的数值，同理测到+3n₁、+4n₁的力的大小。

9.根据权利要求5所述的一种负刚度特性测试装置的测试方法，其特征在于：所述S4中测试负方向的力和位移数据的方法为：每次以n₁为单位移动，拧开测力计板上的手拧螺丝，注视测力计板下沿在刻度轴上向下滑动n₁的刻度，然后拧紧手拧螺丝，在测力计示数稳定后读取力的数值，其他装置位置均不改变，得到-n₁的力大小以后再松开测力计板的手拧螺丝，继续下移至-2n₁处，固定手拧螺丝，待测力计示数稳定后读取得到-2n₁处力的数值，同理测到-3n₁、-4n₁的力的大小。