一種參數可調的鉸間隙動力學特性研究試驗臺和試驗方法與流程
2023-04-28 06:52:56
本公開屬於鉸接副機構領域，特別涉及一種參數可調的鉸間隙動力學特性研究試驗臺和試驗方法。
技術背景
對於在機械結構中大量使用的鉸接副，由於正常轉動的需要以及製造誤差、安裝誤差、熱效應等因素的影響，不可避免的存在間隙。由於鉸間隙的存在，鉸接結合面的相對位置會不斷發生變化，這種不確定性必然導致機構的實際運動軌跡與期望運動軌跡之間發生偏離，從而導致機構運動精度和定位精度下降。另外，鉸間隙的存在會使鉸接部件之間產生劇烈的衝擊碰撞，從而改變部件間的受力情況，導致部件間磨損加劇，嚴重影響機構可靠性。含鉸間隙結構的非線性動力學特性研究有助於了解不同鉸間隙非線性參數下系統的作用規律，為控制鉸間隙的不良效應奠定基礎。因此，研究參數可調的鉸間隙非線性試驗臺具有重要的學術意義和工程價值。
技術實現要素：
基於此，本發明公開了一種參數可調的鉸間隙非線性動力學特性研究試驗臺，
所述試驗臺包括：含軸承孔的剛性梁、剛性梁固定組件、鎖緊固定組件及試驗臺支承組件；
所述含軸承孔的剛性梁為試驗臺的受激勵部件；
所述剛性梁固定組件和鎖緊固定組件用於為所述試驗臺提供不同的鉸間隙值和不同的鎖緊剛度；
所述試驗臺支承組件用於緊固所述試驗臺的含軸承孔的剛性梁、剛性梁固定組件、鎖緊固定組件，保證試驗時試驗臺的穩定。
本發明還公開了一種參數可調的鉸間隙非線性動力學特性研究試驗方法，所述方法包含如下步驟：
s100、初始化實驗參數；
s200、實驗測量；
s201、通過所述鎖緊固定裝置的扭轉彈簧的扭轉剛度等效試驗臺的鎖緊剛度，通過激振器給試驗臺施加水平激勵，採集剛性梁的位移信號和加速度信號；
s202、通過更換鎖緊固定裝置改變試驗臺的剛度值，通過更換螺紋銷改變含軸承孔的剛性梁與螺紋銷之間的間隙值；
s203、重複步驟s301-s302三到五次；
s300、分析不同間隙值以及不同鎖緊剛度對振動位移信號和加速度信號的影響，最終得到不同鎖緊剛度和不同間隙值對動力學特性的影響規律。
本公開具有如下有益效果：
1)利用鎖緊固定裝置的扭轉剛度等效試驗臺的鎖緊剛度，並通過更換扭轉剛度不同的鎖緊固定裝置實現對試驗臺鎖緊剛度的調節，簡單巧妙地解決了剛度因素變化的難題。
2)通過更換不同直徑的螺紋銷實現對鉸間隙大小的調節，更換方便，可實現間隙值的準確調節，便於實驗操作。
3)本公開能夠研究機構鉸間隙對非線性動力學特性的影響，包括不同鉸間隙的非線性特性，不同鉸間隙和不同鎖緊剛度間的耦合關係，以及在這種耦合關係下系統的動態特性，對機構適用性強，應用範圍廣泛。
4)含軸承孔的剛性梁側向放置，可以避免重力對於非線性的影響，而且便於激振器等實驗儀器的安裝。
5)本公開能夠研究鉸間隙和鎖緊剛度對於機構動力學特性的影響，研究鉸間隙和鎖緊剛度對於機械系統的耦合影響。
6)本公開所述試驗臺結構緊湊，通用型強，加工裝配容易；通過更換剛性梁固定組件和鎖緊固定組件即可實現鉸間隙和鎖緊剛度的調節，操作簡單，適合於鉸間隙非線性試驗的研究。
附圖說明
圖1為本公開一個實施例中參數可調的鉸間隙非線性研究試驗臺的結構示意圖；
圖2為本公開一個實施例中參數可調的鉸間隙非線性研究試驗臺的鎖緊固定組件的結構示意圖；
其中：1底座；2含軸承孔的剛性梁；3鎖緊組件固定螺栓；4螺紋銷；5止旋固定套環；6鎖緊固定裝置；7鎖緊組件固定螺母；8支座；9支座緊固螺栓；10支座緊固螺母。
具體實施方式
需要說明的是，在說明書及權利要求當中使用了某些詞彙來指稱特定組件。本領域技術人員應可以理解，技術人員可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求並不以名詞的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及權利要求當中所提及的「包含」或「包括」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。說明書後續描述為實施本發明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，並非用以限定本發明的範圍。本發明的保護範圍當視所附權利要求所界定者為準。
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體附圖對本發明的結構原理和工作原理做進一步詳細說明。
在一個實施例中，本公開揭示了一種參數可調的鉸間隙非線性動力學特性研究試驗臺，所述試驗臺包括：含軸承孔的剛性梁、剛性梁固定組件、鎖緊固定組件及試驗臺支承組件；
所述含軸承孔的剛性梁為試驗臺的受激勵部件；
所述剛性梁固定組件和鎖緊固定組件用於為所述試驗臺提供不同的鉸間隙值和不同的鎖緊剛度；
所述試驗臺支承組件用於緊固所述試驗臺的含軸承孔的剛性梁、剛性梁固定組件、鎖緊固定組件，保證試驗時試驗臺的穩定。
在本實施例中，所述含軸承孔的剛性梁用於消除重力對所述試驗臺剛性梁連接處間隙效應的影響，而且便於實驗時激振器等外部設備的安裝；試驗臺通過更換剛性梁固定組件和鎖緊固定組件，能夠獲得不同的鉸間隙值和不同的鎖緊剛度，進而研究不同的鉸間隙值和鎖緊剛度對試驗臺非線性動力學特性的影響；所述試驗臺支承組件用於緊固所述試驗臺的各個組件，保證實驗時試驗臺的穩定。
在一個實施例中，所述試驗臺支承組件包括：底座、支座、支座緊固螺栓和支座緊固螺母；
所述支座通過支座緊固螺栓固定在所述底座上；
所述支座緊固螺母用於和所述支座緊固螺栓相配合。
在一個實施例中，所述剛性梁固定組件包括：止旋固定套環和螺紋銷；
所述螺紋銷中間為光滑面，兩側有螺紋；
所述螺紋銷的一端通過螺紋安裝在所述支座上，中間的光滑面裝有墊片和含軸承孔的剛性梁，另一端通過止旋固定套環固定所述含軸承孔的剛性梁。
在一個實施例中，所述鎖緊固定組件包括：鎖緊固定裝置、鎖緊組件固定螺栓和鎖緊組件固定螺母；
所述鎖緊固定裝置包括扭轉彈簧；
所述鎖緊固定組件通過鎖緊固定裝置中的扭轉彈簧實現對含軸承孔的剛性梁的限位，扭轉彈簧的剛度使含軸承孔的剛性梁失去了水平轉動的自由度，達到模仿鉸間隙關節鎖緊狀態的效果，從而模擬真實工程環境；
所述鎖緊固定組件通過鎖緊組件固定螺栓固定在支座上；
所述鎖緊組件固定螺母用於同鎖緊組件固定螺栓相配合；
鎖緊固定轉置中的扭轉彈簧焊接在鋼板上，通過更換含有不同剛度的扭轉彈簧的鎖緊固定裝置來實現對試驗臺鎖緊剛度值的調節。
在本實施例中，利用鎖緊固定裝置6的扭轉剛度等效試驗臺的鎖緊剛度，並通過更換扭轉剛度不同的鎖緊固定裝置6實現對試驗臺鎖緊剛度的調節，簡單巧妙地解決了剛度因素變化的難題。
在一個實施例中，所述試驗臺通過兩個鎖緊固定裝置將含軸承孔的剛性梁進行鎖緊，為含軸承孔的剛性梁添加鎖緊剛度。
在一個實施例中，通過改變所述螺紋銷中間光滑部分的直徑實現鉸間隙大小的調節。
在本實施例中，通過更換不同直徑的螺紋銷實現對鉸間隙大小的調節，更換方便，可實現間隙值的準確調節，便於實驗操作。
在一個實施例中，所述含軸承孔的剛性梁通過剛性梁固定組件固定豎直方向自由度，並與試驗臺支承組件連接；
所述鎖緊固定組件、含軸承孔的剛性梁分別和試驗臺支承組件相連接，保證所述含軸承孔的剛性梁水平方向的自由度。
在一個實施例中，本公開揭示了一種參數可調的鉸間隙非線性動力學特性研究試驗方法，所述方法包含如下步驟：
s100、初始化實驗參數；
s200、實驗測量；
s201、通過所述鎖緊固定裝置的扭轉彈簧的扭轉剛度等效試驗臺的鎖緊剛度，通過激振器給試驗臺施加水平激勵，採集剛性梁的位移信號和加速度信號；
s202、通過更換鎖緊固定裝置改變試驗臺的剛度值，通過更換螺紋銷改變含軸承孔的剛性梁與螺紋銷之間的間隙值；
s203、重複步驟s301-s302三到五次；
s300、分析不同間隙值以及不同鎖緊剛度對振動位移信號和加速度信號的影響，最終得到不同鎖緊剛度和不同間隙值對動力學特性的影響規律。
在一個實施例中，步驟s100具體為：準備光滑面具有不同直徑的螺紋銷、不同扭轉剛度的鎖緊固定裝置，設定外部激振器，準備位移、加速度傳感器和數據採集儀。
在一個實施例中，
所述方法還包括在實驗測量之前組裝試驗臺，具體包括以下步驟：
s21、在所述底座上設置並固定所述支座；
s22、通過止旋固定套環固定含軸承孔的剛性梁，調節含軸承孔的剛性梁固定組件的初始位置，使含軸承孔的剛性梁與試驗臺底座平行；
s23、安裝兩套鎖緊固定組件，保持鎖緊固定裝置的扭轉彈簧和含軸承孔的剛性梁接觸；
s24、調整外部激振器和試驗臺的相對位置，將激振器對準含軸承孔的剛性梁根部，保證激勵能夠穩定的輸出。
在一個實施例中，參照圖1及圖2所示，一種參數可調的鉸間隙非線性研究試驗臺，包括含軸承孔的剛性梁2、剛性梁固定組件、鎖緊固定組件、試驗臺支承組件等。通過剛性梁固定組件和鎖緊固定組件，獲得不同鉸間隙值和不同鎖緊剛度，研究鉸間隙值和鎖緊剛度對機構動力學特性的影響。
其中剛性梁固定組件由止旋固定套環5和螺紋銷4組成，該組件通過螺紋銷4固定在試驗臺的支座8上。螺紋銷4與含軸承孔的剛性梁2的接觸部分為光滑面，能夠減小摩擦力對於間隙的影響。止旋固定套環5通過螺紋將含軸承孔的剛性梁2固定住，避免含軸承孔的剛性梁2另一端下墜，同時止旋固定套環6不能將含軸承孔的剛性梁2固定太緊，避免影響間隙效應的作用。
鎖緊固定組件由鎖緊固定裝置6、鎖緊組件固定螺栓3和鎖緊組件固定螺母7組成，該組件通過扭轉彈簧實現對含軸承孔的剛性梁2的限位，添加鎖緊剛度，鎖緊固定組件通過鎖緊組件固定螺栓3固定在支座8上。鎖緊固定轉置4中的扭轉彈簧焊接在鋼板上，通過更換含有不同剛度的扭轉彈簧的鎖緊固定裝置6來實現試驗臺鎖緊剛度值的調節。
試驗臺支承組件由底座1、支座8、支座緊固螺栓9和支座緊固螺母10組成。所述底座1上開有倒t型槽，支座8通過支座緊固螺栓9固定在底座1的t型槽內，使整個鉸間隙非線性試驗臺穩定工作。
在一個實施例中，本公開揭示了一種使用鉸間隙非線性試驗臺進行可調鉸間隙和可調鎖緊剛度的實驗方法，包括以下步驟：
步驟一、初始化實驗參數：包括準備不同光滑面直徑的螺紋銷4、不同扭轉剛度的鎖緊固定裝置6，設定外部激振器、位移、加速度傳感器和數據採集儀等。
步驟二、組裝試驗臺：根據步驟一設定的初始化參數，在所述底座1上設置並固定所述支座8；通過止旋固定套環5安裝固定含軸承孔的剛性梁2，調節剛性梁固定組件的初始位置，使含軸承孔的剛性梁2與試驗臺底座1平行；安裝兩套鎖緊固定組件，保持鎖緊固定裝置6的扭轉彈簧和含軸承孔的剛性梁2剛好接觸；調整外部激振器和試驗臺的相對位置，將激振器對準含軸承孔的剛性梁2根部，保證激勵能夠穩定地輸出。
步驟三、實驗測量：通過所述鎖緊固定裝置6的彈簧的扭轉剛度等效試驗臺的鎖緊剛度，通過激振器給試驗臺施加水平激勵，使含軸承孔的剛性梁2在水平方向上發生振動；更換鎖緊固定裝置6改變試驗臺的鎖緊剛度值，更換螺紋銷4來改變鉸間隙值，並重複步驟三。
步驟四、通過數據採集器對測量結果進行採集，並將採集到的數據進行分析處理。
以上所述僅為本公開的優選實施例，並不用於限制本公開，對於本領域的技術人員來說，本公開可以有各種更改和變化。凡在本公開的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本公開的保護範圍之內。