双自由度离心振动复合测量装置制造方法
【专利摘要】一种双自由度离心振动复合测量装置，其特征在于：该装置包括基座（1）、离心振动机构，数据采集装置，传动系统，驱动装置；所述离心振动机构固定在基座（1）上，离心振动机构和驱动装置通过传动系统连接；所述数据采集装置用于记录实验发生时所述双自由度振动系统的运动规律，数据采集装置通过卡块（14）固定于竖直的空心管顶端，同时也位于质量块（13）的正上端；双自由度振动系统和数据采集装置固定于支架（10）上；支架（10）固定在滑块上；所述驱动装置包括固定于基座（1）上的用于向离心振动机构提供驱动力的电机系统，电机驱动器和用于控制步进电机（4）向离心振动机构施加驱动力的主控装置。
【专利说明】双自由度离心振动复合测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及刚柔耦合动力学的实验测量装置领域，特别涉及一种双自由度离心振动复合测量装置。
【背景技术】
[0002]旋转结构的动特性和动力响应分析是进行旋转机械和旋转结构可靠性设计和安全性评价的理论基础。进行风力发电机风轮、直升机螺旋桨、离心机叶轮及其叶片设计时，了解旋转结构的特征频率变化既是材料选取和结构优化的依据，也为避免结构共振实施控制策略提供关键参数。旋转结构的动力分析涉及结构的变形以及应力状态等，为结构变形控制和强度校核、确定动态测试方案提供基础的分析数据。由于旋转结构运行在离心环境下，结构自身的弹性变形与旋转运动耦合在一起，造成离心环境严重影响结构的动特性和动力学响应。
[0003]离心振动系统的质点运动轨迹与振动初始条件、振动刚度、刚体转速和初始偏心距离有关。点运动轨迹由非偏心运动和偏心运动两部分构成，非偏心运动取决于振动初始条件、振动刚度和刚体转速，偏心运动取决于初始偏心距离、振动刚度和刚体转速，当初始偏心距离和振动刚度一定，偏心运动的振动幅值随刚体转速增加而增加。在有初始偏心情况下，离心振动系统存在临界刚体转速，超过临界转速后质点振动幅值迅速升高。对于大范围刚体运动下的线弹性振动系统，为保持线弹性范围内的振动，应考虑临界的刚体转速。因此，正确认识和分析旋转结构的特征频率变化，是研究旋转体自身变形和旋转体耦合的关键问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种双自由度离心振动复合测量装置，以便于观察和分析在弹性体做旋转运动时自身的变形和转动耦合对旋转结构特征频率的变化
[0005]本发明所涉及的一种双自由度离心振动复合测量装置，包括基座1、离心振动机构，数据采集装置，传动系统，驱动装置；
[0006]所述离心振动机构固定在基座1上，离心振动机构和驱动装置通过传动系统连接；离心振动机构由垂直于支架10的轻质柔性杆11，夹头12，质量块13和旋转臂构成，轻质柔性杆11和质量块13由夹头12连接，质量块13置于轻质柔性杆11的顶端，轻质柔性杆11，夹头12，质量块13固定于旋转臂上形成双自由度振动系统，双自由度振动系统随旋转臂转动做双自由度离心振动；
[0007]所述数据采集装置用于记录实验发生时所述双自由度振动系统的运动规律，数据采集装置通过卡块14固定于竖直的空心管顶端，同时也位于质量块13的正上端；双自由度振动系统和数据采集装置固定于支架10上，旋转臂由管座5、穿过管座5的两根空心管9和置于空心管9两端的管夹8组成，管座5和管夹8之间有用于固定双自由度振动系统和数据采集装置的滑块6 ;支架10固定在滑块上，滑块6可在旋转臂上滑动；[0008]所述驱动装置包括固定于基座1上的用于向离心振动机构提供驱动力的电机系统，电机驱动器和用于控制步进电机4向离心振动机构施加驱动力的主控装置；步进电机4固定于基座1上；
[0009]所述传动系统由传动箱2中的齿轮蜗杆机构和置于基座1与旋转臂之间的传动箱2构成；传动箱2固定于基座1的几何中心，传动系统通过位于传动箱2中心垂直于底座的转轴与旋转臂连接
[0010]本发明提供的双自由度离心振动复合测量装置，通过主控器，也就是PC端的控制，对步进电机驱动器输送控制信号并使电机驱动器向步进电机输入不同的运动。旋转臂通过传动系统实现转动，双自由度振动系统的运动规律可以通过与其一体化安装在旋转臂上的数据采集装置收集，并返送到主控制器，即PC端进行处理。
【专利附图】
【附图说明】:
[0011]图1为本发明实例提供的双自由度离心振动复合测量装置的结构示意图，
[0012]图2为数据采集部分的上视图，
[0013]图3为夹头12的正视图；
[0014]上述图中，1基座，2传动箱，3刻度盘，4步进电机，5管座，6滑块，7配重块，8管夹，9空心管，10支架，11轻质柔性杆，12夹头，13质量块，14卡块，15摄像头，16支架管。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0016]本实施例所涉及的双自由度离心振动复合测量装置，其结构如图1，图2，所示。
[0017]本实施例提供了一种双自由度离心振动复合测量装置，包括:基座1、固定于所述基座1上的离心振动机构，为上述离心振动机构提供动力输入的驱动装置，为上述离心振动机构和上述驱动装置提供连接的传动系统。其重点在于，所述离心振动机构包括:与所述传动系统连接的可以在水平面转动的旋转臂，用于发生实验所需的离心运动；固定于旋转臂上的双自由度振动系统,用于在所述旋转臂转动时做双自由度离心振动。与双自由度振动系统一体化固定于旋转臂上的数据采集装置，用于记录实验发生时双自由度振动系统的运动规律。其中旋转臂包括管座6、穿过管座6的两根空心管9和置于空心管9两端的管夹
8。其中，旋转臂以管座5中心孔为中心对称轴，在管座5和所述管夹8之间还有用于固定双自由度振动系统和所述数据采集装置的滑块6。双自由度振动系统包括垂直于底座的轻质柔性杆11及置于所述轻质柔性杆顶端的质量块13。
[0018]本发明实例提供的双自由度离心振动复合测量装置，通过计算机控制程序，对电机输送控制信号，使旋转机构以设定的角速度进行匀速或变速运动。
[0019]为了能获得较理想的实验数据，轻质柔性杆11的端面直径应保持在3mm以下，其径向尺寸为横向的尺寸的50倍以上为佳。在本实施例中，轻质柔性杆11端面直径选取2mm的空心杆，其长度取值区间为150?250mm为宜，柔性杆过长受到外界干扰大，振动运动有可能失真，柔性杆过短，振幅小，不利于数据的后期处理。质量块13选取质量为50?100g。在本实施例中，质量块为一底面半径30mm，高10mm的圆柱，质量约为60g。质量块13与轻质柔性杆11由夹头12连接。夹头12如图3所示，为一“凸”字形连接件，质量块与夹头用螺丝固定，插入“凸”字形夹头顶部圆孔的轻质柔性杆12的一端通过夹头侧部的螺丝夹紧。轻质杆的另一端同样用夹头12与支架10连接。夹头12通过螺丝固定，可以方便拆卸，并可以轻松的调整轻质杆11和质量块13的高度。支架10作为双自由度振动系统和数据采集装置共同的底座，固定在滑块6的几何中心处。
[0020]数据采集装置与主控制端通过无线通信连接，因此可以在PC端实时观察运动图像，并截取较好的运动图像通过matlab程序处理。
[0021 ] 优选地，空心管9，支架管16均为圆柱形空心管。选用空心管减小了整个旋转系统的质量。
[0022]旋转臂的臂长大概在200?300mm左右，旋转臂上的配重块7理论上应该与旋转臂上的双自由度振动系统和数据采集装置的质量相当，使系统保持平衡。质量块可以通过调整其质量和调整其位置来达到平衡系统的目的。
[0023]固定于基座上的步进电机为整个系统的发动机，选用步进电机是因为其通过脉冲信号控制运动，易于操作和调整，由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步，因而有较好的位置精度和运动的重复性；而且步进电机可以优秀的起停和反转响应，使运动过程趋于平滑；
[0024]由于步进电机是直流供电，因此需要一个稳定的直流电源。在本实施例中，直流电源的额定电压为24V，额定电流为3.2A。
[0025]为了 PC端的简单控制，本实施例中还有一个电机控制驱动器，其可同时支持RS232和RS485进行通讯，内置高级运动控制器，可以进行加减速运动。电机控制驱动器作为电机和PC端的中介，可以方便的使用软件在PC端发送运动命令。
[0026]传动系统是由连接电机转轴的蜗杆和连接旋转臂中心转轴的蜗轮组成。由于电机转速过高，无法满足双自由振动系统的低转速要求，所以通过蜗轮蜗杆减速装置使电机的高速转动转化为以旋转臂中心为转轴的低速旋转。
[0027]本说明书中的各个实例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0028]本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种双自由度离心振动复合测量装置，其特征在于:该装置包括基座(1)、离心振动机构，数据采集装置，传动系统，驱动装置；所述离心振动机构固定在基座(1)上，离心振动机构和驱动装置通过传动系统连接；离心振动机构由垂直于支架(10)的轻质柔性杆(11)，夹头(12)，质量块(13)和旋转臂构成，轻质柔性杆(11)和质量块(13)由夹头(12)连接，质量块(13)置于轻质柔性杆(11)的顶端，轻质柔性杆(11)，夹头(12)，质量块(13)固定于旋转臂上形成双自由度振动系统，双自由度振动系统随旋转臂转动做双自由度离心振动；所述数据采集装置用于记录实验发生时所述双自由度振动系统的运动规律，数据采集装置通过卡块(14)固定于竖直的空心管顶端，同时也位于质量块(13)的正上端；双自由度振动系统和数据采集装置固定于支架(10)上，旋转臂由管座(5)、穿过管座(5)的两根空心管(9)和置于空心管(9)两端的管夹(8)组成，管座(5)和管夹(8)之间有用于固定双自由度振动系统和数据采集装置的滑块(6);支架(10)固定在滑块(6)上，滑块(6)可在旋转臂上滑动；所述驱动装置包括固定于基座(1)上的用于向离心振动机构提供驱动力的电机系统，电机驱动器和用于控制步进电机(4)向离心振动机构施加驱动力的主控装置；步进电机(4)固定于基座(1)上；所述传动系统由传动箱(2)中的齿轮蜗杆机构和置于基座(1)与旋转臂之间的传动箱(2)构成；传动箱(2)固定于基座(1)的几何中心，传动系统通过位于传动箱(2)中心并垂直于底座的转轴与旋转臂连接。
【文档编号】G01M7/06GK103698123SQ201410010026
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】刘占芳, 刘健, 魏榛 申请人:重庆大学