本发明属于材料力学性能测试领域，具体涉及一种正弦位移激励加载装置及测试设备。
背景技术：
随着国民经济的飞速发展及高速机械的广泛使用，振动和噪声的污染日益严重，以橡胶隔振器为代表的粘弹性阻尼材料在减振降噪领域的应用越来越广泛。其动力性能是隔振器设计的必要参数，对机械系统的运行稳定性、隔振器性能发挥具有重要的影响。因此，要想设计出性能优越的隔振器，首先需要对粘弹性阻尼材料的动力性能进行测试。
在粘弹性阻尼材料动力性能的测试方面，最常用的方法是强迫非共振法。通常将粘弹性阻尼材料制成一定规格的试样，将其夹持于测量系统中，采用正弦激励试验，使其受迫振动，产生相应的形变，测出施加到试样上的应力和位移周期幅值以及它们之间的相位角，然后根据所测得的这些参数值计算出材料的动力性能参数。所用的仪器是各种类型的动态机械分析仪。由于机械分析仪多局限在线性小应变范围内，通过机械分析仪试验获得的小应变范围内粘弹性阻尼材料动力性能结果与粘弹性阻尼材料动力性能在大应变情况下表现的动力性能差距较大，甚至无法测试粘弹性阻尼材料动力性能在大应变情况下的动力性能。因此，亟需一种满足工程应用需要的粘弹性阻尼材料动力性能测试设备，以克服现有测试设备测试时加载激励不易控制、稳定性差等缺陷。
技术实现要素：
鉴于此，本发明的目的在于提供一种正弦位移激励加载装置正弦位移激励加载装置及测试设备，以有效地改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例提供了一种正弦位移激励加载装置包括：支撑架、动力装置、传动装置和加载组件。所述动力装置和所述加载组件均安装于所述支撑架上。所述加载组件包括：轮轴和凸轮组，所述凸轮组包括：第一凸轮。所述第一凸轮设置于所述轮轴上，所述第一凸轮与所述轮轴可拆卸连接。所述动力装置通过所述传动装置与所述轮轴连接，所述传动装置用于将所述动力装置的功率传递到所述加载组件中的所述轮轴上，以使所述凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动。
在本发明较佳的实施例中，所述凸轮组还包括：第二凸轮和第三凸轮，所述第二凸轮和所述第三凸轮均与所述轮轴可拆卸连接，使用时，所述第一凸轮、所述第二凸轮和所述第三凸轮中的任意一个凸轮设置于所述轮轴上。
在本发明较佳的实施例中，所述正弦位移激励加载装置还包括：变频器，所述变频器与所述动力装置耦合，用于控制所述动力装置的输出转速。
在本发明较佳的实施例中，所述正弦位移激励加载装置还包括：作动装置，所述作动装置包括：作动头和传力压板，所述传力压板与所述作动头连接，所述传力压板通过弹簧组件与所述支撑架连接，所述传力压板与所述第一凸轮接触，在所述第一凸轮的作用下，所述传力压板可竖直运动。
在本发明较佳的实施例中，所述支撑架包括：底座、顶板和支撑件，所述底座通过所述支撑件与所述顶板连接，所述动力装置安装于所述底座上，所述加载组件安装于所述顶板上。
在本发明较佳的实施例中，所述支撑件包括：第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板的一端与所述底座连接，所述第一支撑板的另一端与所述顶板连接，所述第二支撑板的一端与所述底座连接，所述第二支撑板的另一端与所述顶板连接。
在本发明较佳的实施例中，所述传动装置为同步带。
在本发明较佳的实施例中，所述动力装置包括：电机，所述电机为三相异步电机。
本发明实施例还提供了一种测试设备包括：包括：控制器和上述的正弦位移激励加载装置，所述控制器与所述正弦位移激励加载装置中的动力装置耦合，用于控制所述动力装置转动，以使所述凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动。
在本发明较佳的实施例中，所述测试设备还包括：控制终端，所述控制终端与所述控制器耦合。
本发明实施例提供了一种正弦位移激励加载装置及测试设备。与现有技术相比，该正弦位移激励加载装置包括：支撑架、动力装置、传动装置和加载组件。其中，所述加载组件包括：轮轴和凸轮组，所述凸轮组包括第一凸轮。在传动装置的带动下，可以将所述动力装置的功率传递到所述加载组件中的所述轮轴上，以实现所述轮轴与所述动力装置的同步转动，以使所述第一凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动，进而产生一个正弦位移加载激励。通过控制动力装置的输出功率，便可以改变该激励的扰动频率。解决了现有技术产生的正弦力激励不易控制，以及其加载频率不能满足测试的需求的问题。此外，本发明还具备：结构简单、调节方便、效果好、成本低、受人工的主观因素影响较小、适用性强等诸多优点。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1示出了本发明实施例提供的一种正弦位移激励加载装置的第一视角的结构示意图。
图2示出了本发明实施例提供的一种正弦位移激励加载装置的第二视角的结构示意图。
图3示出了本发明实施例提供的图1中的凸轮组的廓形示意图。
图4示出了本发明实施例提供的一种测试设备的结构框图。
图标：10－正弦位移激励加载装置；11－支撑架；111－底座；112－顶板；113－支撑件；114－第一支撑板；115－第二支撑板；13－动力装置；15－传动装置；17－加载组件；171－轮轴；172－凸轮组；173－第一凸轮；174－第二凸轮；175－第三凸轮；18－变频器；19－作动装置；191－传力压板；192－作动头；193－弹簧组件；30－测试设备；31－控制器；33－控制终端。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“耦合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供了一种正弦位移激励加载装置10，请参阅图1和图2。该正弦位移激励加载装置10包括：支撑架11、动力装置13、传动装置15和加载组件17。
所述支撑架11用于固定动力装置13、传动装置15和加载组件17。即，所述动力装置13和所述加载组件17均安装于所述支撑架11上，所述动力装置13和所述加载组件17通过所述传动装置15连接。于本实施例中，优选地，所述支撑架11包括：底座111、顶板112和支撑件113。
所述底座111的形状可以有多种，例如，可以是圆形，也可以是长方形，还可以是三角形等等。于本实施例中，优选地，所述底座111的形状可以为长方形。优选地，所述底座111的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。
所述底座111与所述顶板112通过所述支撑件113连接。其中，所述底座111与所述支撑件113的连接的方式可以有多种，例如，可以是通过中间件连接，例如，该中间件为：螺母和螺杆、螺钉等；也可以是通过粘合、焊接等方式连接，还可以是通过组合方式连接，例如，通过凹槽与凸块等组合方式连接；亦或者是一体成型等。于本实施例中，优选地，所述底座111与所述支撑件113通过中间件连接。
所述支撑件113用于固定所述顶板112，即，所述支撑件113的一端与所述底座111连接，所述支撑件113的另一端与所述顶板112连接，从而将顶板112固定住。于本实施例中，优选地，所述支撑件113包括：第一支撑板114和第二支撑板115。
所述第一支撑板114的一端与所述底座111连接，所述第一支撑板114的另一端与所述顶板112连接。所述第一支撑板114的形状可以有多种，于本实施例中，优选地，所述第一支撑板114的形状可以为长方形。优选地，所述第一支撑板114的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。
所述第二支撑板115的一端与所述底座111连接，所述第二支撑板115的另一端与所述顶板112连接。所述第二支撑板115的形状可以有多种，于本实施例中，优选地，所述第二支撑板115的形状可以为长方形。优选地，所述第二支撑板115的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。
其中，优选地，该第一支撑板114的一端与所述底座111的一端连接，所述第一支撑板114的另一端与所述顶板112的一端连接。该第二支撑板115的一端与所述底座111的另一端连接，所述第二支撑板115的另一端与所述顶板112的另一端连接。底座111、第一支撑板114、第二支撑板115和顶板112构成一个长方形或者梯形等。
所述顶板112与所述底座111通过所述支撑件113连接。其中，所述顶板112与所述支撑件113的连接的方式可以有多种，于本实施例中，优选地，所述顶板112与所述支撑件113通过中间件连接。优选地，所述顶板112的一端与第一支撑板114连接，所述顶板112的另一端与所述第二支撑板115连接。
所述顶板112的形状可以有多种，例如，可以是圆形，也可以是长方形，还可以是三角形等等。于本实施例中，优选地，所述顶板112的形状可以为长方形。优选地，所述顶板112的材质可以为金属材质，例如，可以是由铁质材料制成，也可以是由钢质材料制成，还可以是合金制成，例如由不锈钢材质制成等。
所述动力装置13安装于所述支撑架11上，优选地，所述动力装置13安装于所述底座111上。所述动力装置13与所述加载组件17通过所述传动装置15连接，用于使所述加载组件17产生正弦位移激励。于本实施例中，优选地，所述动力装置13包括但不限于：电机。其中，该电机可以是目前市场上常使用的交流电机。于本实施例中，优选地，所述电机为三相异步电机。
其中，应当理解的是，可以根据实际使用需要，可以选择性地选择是否使用驱动器来驱动电路。由于驱动器与电机之间的连接关系属于公知常识，在此，不对在选用驱动器的情况下，对驱动器与电机之间的连接关系进行说明。因此，不应将驱动器的有无理解成是对本发明的限制。
所述传动装置15分别与所述动力装置13和所述加载组件17连接，用于将所述动力装置13的功率传递到所述加载组件17上，以使所述加载组件17产生正弦位移激励。该传动装置15的结构可以有多种，例如，可以是同步带，也可以是链条，还可以是齿轮等，于本实施中，优选地，该传动装置15可以为同步带。
所述加载组件17安装于所述支撑架11上，优选地，所述加载组件17安装于所述顶板112上。所述加载组件17与动力装置13通过所述传动装置15连接，所述加载组件17可以根据该动力装置13输出的功率产生一个正弦位移激励。进一步优选地，所述加载组件17包括：轮轴171和凸轮组172。
所述轮轴171固定于所述顶板112上，通过所述传动装置15与所述动力装置13连接，该轮轴171在传动装置15的带动下，可以实现与所述电机的同步转动。
所述凸轮组172中的第一凸轮173设置于所述轮轴171上，在传动装置15的带动下所述第一凸轮173可以将所述轮轴171的转动转化为竖向运动，从而产生一个正弦位移激励。其中，所述第一凸轮173与所述轮轴171的连接方式可以有多种，优选地，该第一凸轮173通过螺杆和螺母、螺钉等中间件与该轮轴171可拆卸连接，以便于更换该第一凸轮173。其中，为了更可能的满足测试的需求，需要改变正弦位移激励的振幅，发明人经过研究发现，通过改变凸轮的凸起高度可实现改变正弦位移激励的振幅，因此，本实施例中，如图3所示，所述凸轮组172至少包括三种不同结构的凸轮，分别为第一凸轮173、第二凸轮174和第三凸轮175。根据实际的使用需求，使用时，选择性的将所述第一凸轮173、所述第二凸轮174和所述第三凸轮175中的其中一个凸轮设置于所述轮轴171上。例如，将第一凸轮173设置于所述轮轴171上。
为了尽可能满足在大频率范围内弹性垫板动力性能的测试需求，例如，0－1000hz范围内，优选地，所述正弦位移激励加载装置10还包括：变频器18。所述变频器18与所述动力装置13耦合，用于控制所述动力装置13的输出转速，以实现对位移激励扰动频率的改变。其中，变频器18和三相异步电机连接时，优选地，直接将变频器18的u/v/w三个端子用合适的导线按顺序分别连接到的电机的u/v/w端子即可。
其中，还可以通过在凸轮上设置凸起部的方式来实现对位移激励扰动频率的改变，即可以通过变频器18控制三相异步电机的输出转速，与改变凸轮上凸起部的数目相结合的方式控制位移激励扰动频率，极大地增加了动载激励频率范围，可实现1000hz范围内弹性垫板动力性能的测试。
其中，以图3所示的凸轮组172的廓形示意图对第一凸轮173、第二凸轮174和第三凸轮175进行说明。其中，设置于第一凸轮173上的凸起部的数量与设置于第二凸轮174上的凸起部的数量相同，例如，其凸起部的数量为1。设置于第三凸轮175上的凸起部的数量与设置于第一凸轮173上的凸起部的数量不同，例如，设置于第三凸轮175上的凸起部的数量为5，优选地，5个凸起部等间隔设置于第三凸轮175上。其中，使用第一凸轮173时，其产生的激励的振幅为1mm；使用第二凸轮174时，其产生的激励的振幅为2mm；使用第三凸轮175时，其产生的激励的振幅为1mm。其中，凸起部的数量可以改变位移激励扰动频率，凸轮的凸起高度可以改变激励的振幅。
在对粘弹性阻尼材料进行动力性能测试时，于本实施例中，所述正弦位移激励加载装置10还包括：作动装置19。所述作动装置19包括：作动头192和传力压板191。
所述传力压板191通过弹簧组件193与所述支撑架11连接。优选地，该传力压板191通过弹簧组件193固定于顶板112上，以保证凸轮与传力压板191紧密接触，在所述凸轮的作用下，所述传力压板191可竖直运动。所述传力压板191的形状可以有多种，于本实施例中，优选地，所述传力压板191呈“t”字状。其中，优选地，所述弹簧组件193可以是包括一组支撑弹簧，也可以是包括两组支撑弹簧，还可是包括两组以上的支撑弹簧。于本实施例中，优选地，该弹簧组件193包括两组支撑弹簧。由于传力压板191是通过弹簧组件193固定于顶板112上的，因此弹簧组件193处于压缩状态，以此保证凸轮与作动装置19紧密接触，即确保凸轮转动产生的竖向运动与作动装置19的竖向运动一致。
所述作动头192与所述传力压板191连接，所述作动头192的尺寸可以有多种。
其中，上述中的凸轮是第一凸轮173、第二凸轮174或第三凸轮175的简称。
本发明实施例还提供了一种测试设备30，如图4所示。该测试设备30包括：控制器31、控制终端33和上述的正弦位移激励加载装置10。
所述控制器31与所述正弦位移激励加载装置10中的动力装置13耦合，用于控制所述动力装置13转动，以使所述正弦位移激励加载装置10中的加载组件17产生正弦位移激励。优选地，该控制器31与动力装置13中的电机耦合，用于控制电机的转速、转向以及输出功率等，例如，控制电机逆时针旋转或顺时针旋转，进而实现轮轴171的逆时针旋转或顺时针旋转，以使凸轮将所述轮轴171的转动转化为竖向运动，从而产生一个正弦位移激励。
其中，进一步优选地，该控制器31通过控制变频器18输出交流频率，进而控制三相异步电机的转速和功率。其连接方式上，控制器31与变频器18通过plc模块和变频器18上的rs485通讯接口进行通信，采用plc编程通信控制。该变频器18与电机连接时，直接将变频器18的u/v/w三个端子用合适的导线按顺序分别连接到的电机的u/v/w端子即可。其中，优选地，该控制器31集成了plc控制模块，以便于控制变频器18输出交流频率，进而控制三相异步电机的转速和功率。
其中，所述控制器31可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器31可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该控制器31也可以是任何常规的处理器等。于本实施例中，优选地，该控制器31可以是stm32系列的处理器，例如stm32f103c8t6、stm32f103vet6等型号。优选地，该控制器31预留串行通讯接口(即com口)。
所述控制终端33与所述控制器31耦合，用于控制控制器31，以控制电机的转速、转向以及输出功率等，例如，所述控制终端33向控制器31发送控制指令，以控制电机逆时针或者顺时针旋转。其中，所述控制终端33包括但不限于：电脑。优选地，该控制终端33通过串口线与控制器31连接，实现对电机的控制。
综上所述，本发明实施例提供了一种正弦位移激励加载装置及测试设备。该正弦位移激励加载装置包括：支撑架、动力装置、传动装置、加载组件、变频器和作动装置。其中，该支撑架包括：底座、顶板、第一支撑板和第二支撑板。所述加载组件包括：轮轴和凸轮组，所述凸轮组包括：第一凸轮、第二凸轮和第三凸轮。在传动装置的带动下，可以将所述动力装置的功率传递到所述加载组件中的所述轮轴上，以实现所述轮轴与所述动力装置的同步转动，以使所述第一凸轮将所述轮轴的转动转化为竖向运动，进而产生一个正弦位移激励。其次，通过控制变频器输出交流频率，进而控制三相异步电机的转速和功率便可以改变该位移激励的扰动频率。此外，通过改变凸轮上凸起部的数目以及凸轮的凸起高度便可以改变位移激励扰动频率以及位移激励的振幅。该正弦位移激励加载装置解决了现有技术产生的正弦力激励不易控制，以及其加载频率不能满足测试的需求的问题。此外，本发明还具备：结构简单、调节方便、效果好、成本低、受人工的主观因素影响较小、适用性强等诸多优点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。