本发明涉及机床主轴模态测试技术领域，具体涉及一种可定量激励的主轴固有频率多点测试系统。
背景技术：
工业设备向高精度、高效率方向飞速发展，尤其是旋转机械的工作转速已经进入高速、超高速时代，微小的振动都会引起加工精度和加工效率的降低。模态测试是机械振动研究领域非常重要的分析手段，已经被工程和科研技术人员广泛接受，在很多领域都非常适用。
许多测试模态的设备和手段被开发出来，其中应用广泛且最为有效的就是采用力锤激励进行测试的系统。但是，这种系统在进行模态测试的过程中，由于操作人员的不同，激励力的大小不同虽然不会明显影响分析结果，但是在很多时候会影响分析，尤其是经常会出现激励力无法满足要求而不得不多次进行锤击，不但影响实验的精度，而且严重时会造成冲击力超出传感器阈值，长期会导致传感器精度降低。
更为重要的是，很多实验分析人员因为缺乏经验，会导致激励信号出现畸形，不利于问题的进一步分析，如何获得定量稳定的激励是信号是非常关键的问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可定量激励的主轴固有频率多点测试系统，大大的减少测试人员的工作量，显著提高力信号的准确性。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种可定量激励的主轴固有频率多点测试系统，包括和主轴连接的定量激振装置，主轴上连接有一个以上的加速度传感器，加速度传感器的信号输出端、定量激振装置的力传感器通过数据采集卡和计算机连接，计算机安装有测试分析软件。
所述的定量激振装置，包括与主轴直接接触的激振头1，激振头1与力传感器2旋拧在一起，力传感器2的信号输出通过信号传输线3与数据采集卡连接，激振头1和力传感器2连接在激振杆7前端，激振杆7后端设有激振杆拉扭11，信号传输线3从激振杆7内部走线，激振杆7穿过基座21内部，基座21前端固定有前端盖5，基座21后端固定有后端盖22，后端盖22通过后端盖紧固盖12压紧在基座21上，基座21中部内侧设有中部校正盖18，中部校正盖18连接在基座21上，激振杆7穿过前端盖5、中部校正盖18、后端盖22、后端盖紧固盖12，恒力弹簧6前端铰接在激振杆7上，后端固定在中部校正盖18上，呈缠绕状分布在激振杆7的前端盖5和中部校正盖18之间的部分，激振杆挡块9固定在激振杆7的中部校正盖18和后端盖22之间的部分，激振杆挡块9和卡爪14配合，卡爪14一端和卡爪旋转铆钉13连接，卡爪14绕卡爪旋转铆钉13可旋转，另一端和紧固铆钉15连接，卡爪14绕紧固铆钉15可旋转，卡爪14和顶尖17的一端配合，顶尖17和顶尖旋转铆钉16连接，顶尖17绕顶尖旋转铆钉16可旋转，顶尖17的另一端与释放杆19后端铰接，释放杆19穿过中部校正盖18、前端盖5，释放杆19前端有释放杆推扭20。
所述的力传感器2前端安装有弹性激振头1来保护传感器和被测物体，力传感器2采集的数据通过激励力信号传输线3连接数据采集卡，激励力信号传输线3从激振杆7内部传输。
所述的定量激振装置的工作流程是：手动拉动激振杆拉扭11，激振杆7上的激振杆挡块9将与卡爪14配合，此时恒力弹簧6被压缩一定长度，其变形力符合胡克定律F＝kx，将激振装置对准被测试物体的激振点，旋动释放杆推扭20，推力自释放杆19推动顶尖17，顶尖17绕顶尖旋转铆钉16旋转，从而推动卡爪14在卡爪旋转铆钉13和紧固铆钉15的共同作用顺时针旋转到一定角度，松开释放杆推扭20，此时激振杆7将被释放，在恒力弹簧6的恢复力作用下，激振被测物体。
所述的测试分析软件的流程为：当被测物体被定量激励之后，测试分析软件通过数据采集卡采集到力传感器2传送的力信号，这便得到了稳定的激振力数值；与此同时，数据采集卡通过加速度传感器拾取相应响应点系统的被激响应，然后操作测试分析软件对激励信号和响应信号做信号相干性分析，之后进行固有频率的计算，分析原理如下：
其中A表示输入端的激励信号，B表示输出端的响应信号，rAB(f)表示输入输出的相干函数，SAB(f)表示输入输出的互功率谱，SAA(f)、SBB(f)分别表示输入和输出的自功率谱；
固有频率计算方法采用两种计算相互验证的方式进行，计算原理如下：
其中，HAB(f)为系统的传递函数，FB(f)为输出信号的傅里叶变换，FA(f)为输入信号的傅里叶变换，SAB(f)与SAA(f)的意义同上，通过提取传递函数的峰值就可以得到系统的固有频率。
所述的加速度传感器为PCB加速度传感器，数据采集卡为NI-4432采集卡。
所述的一种可定量激励的主轴固有频率多点测试系统，其中的多点测试中的最佳测试点和最佳激振点是通过有限元方法分析得来的。
所述的测试分析软件是用MATLAB和C语言混编开发的测试分析软件。
本发明的有益效果为：本发明测试系统操作非常简单可靠，尤其可定量激励，完全不需要经验，可以帮助测试人员很快上手；其次，测试更加准确可靠，因为实现了定量激励，不会存在超过传感器测试范围或者由于激振力过小等现象的发生，保证了系统的稳定性，激振力的信号更加可信，保证了计算的准确性；通过测试分析软件可以有效的帮助主轴设计人员测试主轴固有频率和振型，从而帮助其在设计和工作的过程中提高效率，可以产生实际的经济价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为定量激振装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
参照图1，一种可定量激励的主轴固有频率多点测试系统，包括和主轴连接的定量激振装置，主轴上连接有一个以上的加速度传感器，加速度传感器的信号输出端、定量激振装置的力传感器通过数据采集卡和计算机连接，计算机安装有测试分析软件。
所述的加速度传感器采用磁力吸附在被测主轴的测试点上，加速度传感器通过数据传输线连接在数据采集卡上；所述数据采集卡通过USB数据连接线与计算机相连接。
参照图2，所述的定量激振装置，包括与主轴直接接触的激振头1，激振头1与力传感器2旋拧在一起，力传感器2的信号输出通过信号传输线3与数据采集卡连接，激振头1和力传感器2连接在激振杆7前端，激振杆7后端设有激振杆拉扭11，信号传输线3从激振杆7内部走线，激振杆7穿过基座21内部，基座21前端通过第一紧固螺钉4固定有前端盖5，基座21后端通过第三紧固螺钉10固定有后端盖22，后端盖22通过后端盖紧固盖12压紧在基座21上，基座21中部内侧设有中部校正盖18，中部校正盖18通过第二紧固螺钉8固定在基座21上，激振杆7穿过前端盖5、中部校正盖18、后端盖22、后端盖紧固盖12，恒力弹簧6前端铰接在激振杆7上，后端固定在中部校正盖18上，呈缠绕状分布在激振杆7的前端盖5和中部校正盖18之间的部分，激振杆挡块9固定在激振杆7的中部校正盖18和后端盖22之间的部分，激振杆挡块9和卡爪14配合，卡爪14一端和卡爪旋转铆钉13连接，卡爪14绕卡爪旋转铆钉13可旋转，另一端和紧固铆钉15连接，卡爪14绕紧固铆钉15可旋转，卡爪14和顶尖17的一端配合，顶尖17和顶尖旋转铆钉16连接，顶尖17绕顶尖旋转铆钉16可旋转，顶尖17的另一端与释放杆19后端铰接，释放杆19前端有释放杆推扭20。
所述的力传感器2前端安装有弹性激振头1来保护传感器和被测物体，力传感器2采集的数据通过激励力信号传输线3连接数据采集卡，激励力信号传输线3从激振杆7内部传输。
所述的定量激振装置的工作流程是：手动拉动激振杆拉扭11，激振杆11上的激振杆挡块9将与卡爪14配合，此时恒力弹簧6被压缩一定长度，其变形力符合胡克定律F＝kx，将激振装置对准被测试物体的激振点，旋动释放杆推扭20，推力自释放杆19推动顶尖17，顶尖17绕顶尖旋转铆钉16旋转，从而推动卡爪14在卡爪旋转铆钉13和紧固铆钉15的共同作用顺时针旋转到一定角度，松开释放杆推扭20，此时激振杆7将被释放，在恒力弹簧6的恢复力作用下，激振被测物体。
所述的测试分析软件的流程为：当被测物体被定量激励之后，测试分析软件通过数据采集卡采集到力传感器2传送的力信号，这便得到了稳定的激振力数值。与此同时，数据采集卡通过加速度传感器拾取相应响应点系统的被激响应，然后操作测试分析软件对激励信号和响应信号做信号相干性分析，之后进行固有频率的计算，分析原理如下：
其中A表示输入端的激励信号，B表示输出端的响应信号，rAB(f)表示输入输出的相干函数，SAB(f)表示输入输出的互功率谱，SAA(f)、SBB(f)分别表示输入和输出的自功率谱；
固有频率计算方法采用两种计算相互验证的方式进行，计算原理如下：
其中，HAB(f)为系统的传递函数，FB(f)为输出信号的傅里叶变换，FA(f)为输入信号的傅里叶变换，SAB(f)与SAA(f)的意义同上。通过提取传递函数的峰值就可以得到系统的固有频率。
所述的加速度传感器为PCB加速度传感器，数据采集卡为NI-4432采集卡。
所述的一种可定量激励的主轴固有频率多点测试系统，其中的多点测试中的最佳测试点和最佳激振点是通过有限元方法分析得来的。
所述的测试分析软件是用MATLAB和C语言混编开发的测试分析软件。