本发明属于机械制造及动力学领域，涉及一种装配结合面法向接触阻尼高精度检测装置及方法。
背景技术：
机械系统是由众多零部件装配连接而成，装配结合面大量存在于机械系统之中。结合面阻尼很大程度上影响着机械结构的振动特性，如在高端数控机床上结合面阻尼约占其总阻尼值的90％以上，装配结合面阻尼直接影响了数控机床整机动态响应特性以及颤振问题，进而影响机床加工精度的稳定性与保持性，因此装配结合面接触阻尼参数的高精度检测对于准确预测整机振动特性具有重要意义。
目前通过实验测量识别装配结合面接触阻尼的方法主要有：传递函数法、频率阻尼比法、相位频率法。传递函数法基于整体结构动态测试数据与阻尼间的高维矩阵关系，需要对高维矩阵求逆，增大了计算量，致使测试误差在阻尼识别过程中扩大，累计误差严重。频率阻尼比法基于结构固有频率和阻尼比间的关系，很大程度上依赖于信号周期估计，从而在精度上受到一定的限制。相位频率法就是通过测量所构建的质量块模型的频率和结合面处的相位来识别结合面参数。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种装配结合面法向接触阻尼高精度检测装置及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种装配结合面法向接触阻尼高精度检测装置，包括上支撑板和下支撑板，上支撑板和下支撑板通过立柱相连；上试件和下试件设置于上支撑板和下支撑板之间；下支撑板上安装有千斤顶，通过千斤顶对下试件施加预紧力；上支撑板上开设有通孔，激振器的下端连接激振杆，激振器通过激振杆对上试件施加激振力；通过第一压力传感器实时检测预紧力，通过第二压力传感器检测激振力，下试件上设置有用于测量下试件振动位移的第一位移传感器，上试件上设置有用于测量上试件振动位移的第二位移传感器和用于检测上试件振动加速度的加速度传感器。
本发明进一步的改进在于：
下支撑板上开设有用于安装千斤顶的t形槽。
上支撑板和下支撑板之间通过四根立柱相连。
第一压力传感器安装在千斤顶的端部；第二压力传感器安装在激振杆的末端，并粘接在上试件的上表面；加速度传感器用石蜡粘贴在上试件的表面；通过表座将电涡流位移传感器固定在上下试件。
第一压力传感器、第一位移传感器和第二位移传感器通过数据采集卡将采集到的数据发送给工控机，工控机与数据采集卡相交互，工控机通过数据采集卡将控制信号发送给功率放大器，通过功率放大器驱动激振器对上试件施加激振力。
一种装配结合面法向接触阻尼高精度检测方法，包括以下步骤：
1)安装被检测试件；
从下向上依次安装千斤顶、第一压力传感器、下试件和上试件，调整千斤顶使上下试件结合面处于初始接触状态，并采用水平仪测量和调整上下试件的水平；
2)安装及校正传感器；
将激振器竖直悬挂于台架上，激振杆与第二压力传感器连接，第二压力传感器粘在上试件上表面，调节激振杆的长度；加速度传感器用石蜡粘贴在上试件的表面，通过表座将电涡流位移传感器固定在上下试件，并进行校准；
3)激振力施加和数据采集：
采用lmstest.lab测试系统对数据进行分发和采集；设置数据采集器，使其触发一个单位幅值的正弦激振信号，经过功率放大器调整激振力的振幅大小fn，使激振器产生激振力fn，通过激振杆将力施加在上试件的上表面，并且用激振杆自带的压力传感器测量作用于上试件上的激振力；通过加速度传感器测量上试件的法向加速度
4)接触阻尼计算：
4.1)采集信号：
将lms软件与数据采集器通过网线连接，然后依次连接功率放大器和激振器，并将两个压力传感器、加速度传感器及两个位移传感器均与数据采集器的端口相连；调整千斤顶对上下试件施加法向面压力；采用lmstest.lab谱分析模块，设置测试通道，定义传感器的灵敏度和测量类型，选择源信号类型为正弦波，并设置源输出信号的幅值和频率，选择自由触发模式；重置功率放大器，控制激振力的大小；开始测试，并记录法向预紧力下各个传感器的采集数据；
4.2)计算接触阻尼：
通过
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明实验装置搭建简单，操作方便可行；能够在一定程度上减小了计算量，削弱了对测量信号的过度依赖；本发明提出的结合面法向接触阻尼高精度检测装置及方法还可用于机械结构中典型结合面法向阻尼的检测，例如，斜面、球面、球窝和圆锥面等。通过实验检测上试件的位移和加速度频谱，并分析识别相位差，得到结合面法向接触阻尼随结合面面压的变化规律。
附图说明
图1装配结合面接触阻尼高精度测试装置；
图2装配结合面接触阻尼高精度测试装置数据采集系统；
图3粗糙度ra＝6.3的装配结合面法向接触阻尼随法向载荷的关系图。
其中：1-上支撑板；2-立柱；3-下支撑板；4-千斤顶；5-第一压力传感器；6-下试件；7-上试件；8-第二压力传感器；9-第一位移传感器；10-第二位移传感器；11-加速度传感器；12-激振杆；13-激振器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1-3，本发明装配结合面法向接触阻尼高精度检测装置，包括上支撑板1和下支撑板3，上支撑板1和下支撑板3通过立柱2相连；上试件7和下试件6设置于上支撑板1和下支撑板3之间；下支撑板3上安装有千斤顶4，通过千斤顶4对下试件6施加预紧力；上支撑板1上开设有通孔，激振器13的下端连接激振杆12，激振器13通过激振杆12对上试件7施加激振力；通过第一压力传感器5实时检测预紧力，通过第二压力传感器8检测激振力，下试件6上设置有用于测量下试件振动位移的第一位移传感器9，上试件7上设置有用于测量上试件振动位移的第二位移传感器10和用于检测上试件7振动加速度的加速度传感器11。
下支撑板3上开设有用于安装千斤顶4的t形槽。上支撑板1和下支撑板3之间通过四根立柱相连。第一压力传感器5安装在千斤顶4的端部；第二压力传感器8安装在激振杆12的末端，并粘接在上试件7的上表面；加速度传感器11用石蜡粘贴在上试件7的表面；通过表座将电涡流位移传感器固定在上下试件。第一压力传感器5、第一位移传感器9和第二位移传感器10通过数据采集卡将采集到的数据发送给工控机，工控机与数据采集卡相交互，工控机通过数据采集卡将控制信号发送给功率放大器，通过功率放大器驱动激振器对上试件施加激振力。
本发明还公开了一种装配结合面法向接触阻尼高精度检测方法，包括以下步骤：
1)被检测试件安装：如图1所示，从下向上依次安装千斤顶4、上下试件，调整千斤顶4使试件结合面处于初始接触状态，并采用水平仪测量和调整上下试件的水平；
2)传感器安装和校正：
将激振器13竖直悬挂于台架上，激振杆12与压力传感器连接，压力传感器粘在上试件7上表面，调节激振杆12的长度；加速度传感器11用石蜡粘贴在上试件7的表面，通过表座将电涡流位移传感器固定在上下试件，并进行校准。
3)激振力施加和数据采集：采用lmstest.lab测试系统对数据进行分发和采集；设置数据采集器，使其触发一个单位幅值的正弦激振信号，经过功率放大器可以调整激振力的振幅大小fn，使激振器13产生激振力fn，通过激振杆12将该力施加在上试件7的上表面，并且用激振杆12自带的压力传感器测量作用于上试件7上的激振力；通过加速度传感器11测量上试件7的法向加速度
4)接触阻尼计算
4.1)采集信号：将lms软件与数据采集器通过网线连接，然后依次连接功率放大器、激振器13，并压力传感器、加速度传感器11及位移传感器均与数据采集器的端口相连；调整千斤顶4对上下试件施加法向面压力；采用lmstest.lab谱分析模块，设置测试通道，定义传感器的灵敏度和测量类型，选择源信号类型为正弦波，并设置源输出信号的幅值和频率，选择自由触发模式；重置功率放大器，调整至一定倍数控制激振力的大小；开始测试，并记录一定法向预紧力下各个传感器的采集数据。
4.2)计算接触阻尼：通过
实施例：
本实施例试件选用2a12铝，表面粗糙度为6.3，试件大小为100mm*100mm*20mm，试件在实验范围内可视为刚体，不发生边缘效应。其中，激振频率为500hz，激振力为200n，具体如下：
如图1所示，本实施例的主体框架结构：装配结合面接触阻尼高精度检测装置的主体框架结构有带圆孔的上支撑板1、四个立柱2和带t形槽的下支撑板3；在预紧力施加与检测时：用千斤顶4对上下试件施加预紧力；用压力传感器实时检测预紧力；再激振力施加和检测时：用激振器13和激振杆12施加激振力，用压力传感器检测激振力；在激振特征检测时：用位移传感器分别测量上下支撑板的振动位移，用加速度传感器11检测上支撑板的振动加速度。
检测步骤具体如下：
1)被检测试件安装：如图1所示，从下向上依次安装千斤顶4、上下试件，调整千斤顶4使试件结合面处于初始接触状态，并采用水平仪测量和调整上下试件的水平，
2)传感器安装和校正：
将激振器13竖直悬挂于台架上，激振杆12与压力传感器连接，压力传感器粘在上试件7上表面，调节激振杆12的长度；加速度传感器11用石蜡粘贴在上试件7的表面，通过表座将电涡流位移传感器固定在上下试件，并进行校准。
3)激振力施加和数据采集：采用lmstest.lab测试系统对数据进行分发和采集；设置数据采集器，使其触发一个单位幅值的正弦激振信号，经过功率放大器可以调整激振力的振幅大小fn，使激振器13产生激振力fn，通过激振杆12将该力施加在上试件7的上表面，并且用激振杆12自带的压力传感器测量作用于上试件7上的激振力；通过加速度传感器11测量上试件7的法向加速度
4)接触阻尼计算
4.1)采集信号：将lms软件与数据采集器通过网线连接，然后依次连接功率放大器、激振器13，并压力传感器、加速度传感器11及位移传感器均与数据采集器的端口相连；调整千斤顶4对ra＝6.3的2a12铝磨削表面上下试件，施加10～80mpa的法向面压力；采用lmstest.lab谱分析模块，设置测试通道，定义传感器的灵敏度和测量类型，选择源信号类型为正弦波，并设置源输出信号的幅值和频率，选择自由触发模式；重置功率放大器，调整至一定倍数控制激振力的大小；开始测试，10～80mpa范围内每间隔10mpa调整一次法向面压力，并记录每个面压下各个传感器的采集数据。
4.2)计算接触阻尼：通过
最终计算出10～80mpa范围内每间隔10mpa面压力下，结合面法向接触阻尼，并绘制法向接触阻尼随法向载荷的关系图，如图3所示。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。