弹性梁非线性振动测试平台

摘要

本发明公开了一种弹性梁非线性振动测试平台，包括台体、交叉滚子轴承、转台和电机；交叉滚子轴承和转台自下而上设置在台体的顶板上；交叉滚子轴承的轴承外圈固定在台体上、其轴承内圈与转台底端相配合且二者连接固定为一体，使转台能够相对于台体自由转动；转台为正三棱柱的三个棱角沿其轴向等体积切割而成的径向截面为六边形的台体，其中心开设有轴向通孔、三个切割面均沿径向开设有间隔设置的上弹性梁安装孔和下弹性梁安装孔；电机固定在台体的顶板下方，其电机输出轴穿过台体顶板上开设的通孔并固定在轴向通孔内；该弹性梁非线性振动测试平台结构简单、可操作性强，且在结构设计上有效消除固定方式导致的间隙误差，并提升测量效率。

权利要求

1.一种弹性梁非线性振动测试平台，其特征在于，包括台体(1)、交叉滚子轴承(2)、转台(3)和电机(5)；其中，交叉滚子轴承(2)和转台(3)自下而上设置在台体(1)的顶板上；交叉滚子轴承(2)的轴承外圈固定在台体(1)上，交叉滚子轴承(2)的轴承内圈与转台(3)底端相配合且二者连接固定为一体，使转台(3)能够相对于台体(1)自由转动；

转台(3)为正三棱柱的三个棱角沿其轴向等体积切割而成的径向截面为六边形的台体；转台(3)中心开设有轴向通孔(2a)，且自其三个切割面均沿径向开设有间隔设置的上弹性梁安装孔(2b)和下弹性梁安装孔(2c)；每个切割面上的上弹性梁安装孔(2b)和下弹性梁安装孔(2c)的中轴线位于同一竖向平面上，且各上弹性梁安装孔(2b)的中轴线位于同一水平面上，各下弹性梁安装孔(2c)的中轴线位于同一水平面上；各上弹性梁安装孔(2b)和各下弹性梁安装孔(2b)的内壁上加工有完全一致的内螺纹，使各弹性梁的端部能够以螺纹连接的方式固定在安装孔内；

电机(9)固定在台体(1)的顶板下方，其电机输出轴穿过台体(1)顶板上开设的通孔并固定在轴向通孔(2a)内，以驱动转台(3)转动。

2.根据权利要求1所述的弹性梁非线性振动测试平台，其特征在于，台体(1)为由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成的轴向剖面为矩形的框体结构，且在顶板的底面上平行设置有一块电机安装平板(4)；电机安装平板(4)通过螺栓固定在顶板上，且在电机安装平板(4)和顶板上沿轴向开设有相贯通的轴向通孔。

3.根据权利要求1所述的弹性梁非线性振动测试平台，其特征在于，交叉滚子轴承(2)的下侧轴承外圈处压配有下压盖(7)，且下压盖(7)通过螺栓固定在台体(1)上；交叉滚子轴承(2)的上侧轴承内圈处压配有上压盖(8)，且上压盖(8)通过螺栓固定在转台(3)底部；轴承内圈与转台(3)底端采用过渡配合方式相配合。

4.根据权利要求1所述的弹性梁非线性振动测试平台，其特征在于，在台体(1)的底板上沿圆周方向均布开设有多个贯通底板上下底面的条形通孔，且多个条形通孔呈辐射状设置。

5.根据权利要求1所述的弹性梁非线性振动测试平台，其特征在于，各上弹性梁安装孔(2b)和各下弹性梁安装孔(2c)的轴向长度L0与待测量的弹性梁的长度L满足：0.05L≤L0≤

0.1L。

说明书

弹性梁非线性振动测试平台

技术领域

[0001] 本发明涉及机械振动检测技术领域，特别涉及一种弹性梁非线性振动测试平台。

背景技术

[0002] 随着机械行业的发展,挠性结构部件的振动抑制问题日见突出。挠性构件一旦受到激振,因为其微小的结构阻尼,挠性构件的振动将很难在较短的时间内停止,并且由于挠性构件的振动会导致共振,最后会影响整个产品的工作精度和使用寿命,所以对挠性构件的振动的研究是非常有实际意义的课题。

[0003] 从飞机螺旋桨到悬臂吊，悬臂梁结构得到广泛应用，但这些结构在做回转运动时都存在振动问题，如在机械工业中，机械振动作为一种常见的导致各种损耗和故障问题的机械危害，并且悬臂梁的振动在工程上害处比较大，旋转状态下的振动问题需要解决。悬臂梁的振动是由很多自由度和对应的固有频率的连续弹性振动，它的振动可以看作是由很多个主振型叠加而成。而目前，现有技术并没有针对悬臂梁在旋转状态下的振动测量的实验台设计，尤其是针对同时检测不同材料不同长度的悬臂梁的振动。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种可大范围调速并且可以同时测量六根相同直径的弹性梁在相同约束条件，相同激励条件下的振动情况的弹性梁非线性振动测试平台。

[0005] 为此，本发明技术方案如下：

[0006] 一种弹性梁非线性振动测试平台，包括台体、交叉滚子轴承、转台和电机；

[0007] 交叉滚子轴承和转台自下而上设置在台体的顶板上；交叉滚子轴承的轴承外圈固定在台体上，交叉滚子轴承的轴承内圈与转台底端相配合且二者连接固定为一体，使转台能够相对于台体自由转动；

[0008] 转台为正三棱柱的三个棱角沿其轴向等体积切割而成的径向截面为六边形的台体；转台中心开设有轴向通孔，且自其三个切割面均沿径向开设有间隔设置的上弹性梁安装孔和下弹性梁安装孔；每个切割面上的上弹性梁安装孔和下弹性梁安装孔的中轴线位于同一竖向平面上，且各上弹性梁安装孔的中轴线位于同一水平面上，各下弹性梁安装孔的中轴线位于同一水平面上；各上弹性梁安装孔和各下弹性梁安装孔的内壁上加工有完全一致的内螺纹，使各弹性梁的端部以螺纹连接的方式固定在安装孔内；

[0009] 电机固定在台体的顶板下方，其电机输出轴穿过台体顶板上开设的通孔并固定在轴向通孔内，以驱动转台转动。

[0010] 进一步地，台体为由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成的轴向剖面为矩形的框体结构，且在顶板的底面上平行设置有一块电机安装平板；电机安装平板通过螺栓固定在顶板上，且在电机安装平板和顶板上沿轴向开设有相贯通的轴向通孔。

[0011] 进一步地，交叉滚子轴承的下侧轴承外圈处压配有下压盖，且下压盖通过螺栓固定在台体上；交叉滚子轴承的上侧轴承内圈处压配有上压盖，且上压盖通过螺栓固定在转台底部；轴承内圈与转台底端采用过渡配合方式相配合。

[0012] 进一步地，在台体的底板上沿圆周方向均布开设有多个贯通底板上下底面的条形通孔，且多个条形通孔呈辐射状设置；该结构设计使台体底板与底座连接时只需要将每个孔之间的夹角测量准确即可，不需要精确测量每个孔的位置尺寸，降低了加工精度，但不影响定位精度和稳定性。

[0013] 进一步地，各上弹性梁安装孔和各下弹性梁安装孔的轴向长度L0与待测量的弹性梁的长度L满足：0.05L≤L0≤0.1L。

[0014] 与现有技术相比，该弹性梁非线性振动测试平台的结构简单、可操作性强，其整体结构更加紧凑以减小不必要的振动；其中用于固定弹性梁的转台结构，其上通过开设有6个具有螺纹的弹性梁安装孔，使弹性梁与转台之间以相同形式螺纹连接固定为一体，紧密程度佳且拆卸方便，有效消除目前多采用螺钉和螺母的固定方式所导致的间隙误差；同时还实现在同一驱动源下同时对六根不同材质、不同长度的弹性梁进行测量，保证了检测到的六根弹性梁的振动情况是在相同约束的情况下测得，不仅提升测量效率，也避免不同次试验测量之间可能存在的结果误差。

附图说明

[0015] 图1为本发明的弹性梁非线性振动测试平台的结构示意图；

[0016] 图2为图1的A‑A剖视图；

[0017] 图3(a)为本发明的弹性梁非线性振动测试平台的转台的侧视图；

[0018] 图3(b)为图3(a)的T‑T剖视图；

[0019] 图3(c)为本发明的弹性梁非线性振动测试平台的转台的俯视半剖图；

[0020] 图3(d)为图3(c)的D‑D剖视图；

[0021] 图4(a)为本发明的弹性梁非线性振动测试平台的台体的底板的俯视图；

[0022] 图4(b)为本发明的弹性梁非线性振动测试平台的台体的底板的剖视图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

[0024] 如图1所示，该弹性梁非线性振动测试平台包括台体1、交叉滚子轴承2、转台3和电机9；其中，

[0025] 台体1为由顶板、左侧板、底板和右侧板依次连接形成的轴向剖面为矩形的框体结构，且在顶板的底面上平行设置有一块电机安装平板4；电机安装平板4通过螺栓固定在顶板上，且在电机安装平板4和顶板上沿轴向开设有相贯通的轴向通孔；在台体1的底板上沿圆周方向均布开设有多个贯通底板上下底面的条形通孔，且多个条形通孔呈辐射状设置；

[0026] 交叉滚子轴承2自下而上设置在台体1的顶板上；具体地，

[0027] 台体1的顶板中心处开设有通孔，且通孔上部内径大于下部内径，使变径处形成有一环形台阶；交叉滚子轴承2设置在通孔上部并使其下侧轴承外圈压配在环形台阶处[0028] 交叉滚子轴承2的下侧轴承外圈处压配有下压盖7，且下压盖7通过螺栓固定在台体1上；交叉滚子轴承2的上侧轴承内圈处压配有上压盖8，且上压盖8通过螺栓固定在转台3底部，使转台3能够相对于台体1自由转动；其中，轴承内圈与转台3底端采用过渡配合方式相配合；

[0029] 转台3为正三棱柱的三个棱角沿其轴向等体积切割而成的径向截面为六边形的台体；转台3中心开设有轴向通孔2a，且自其三个切割面均沿径向开设有间隔设置的上弹性梁安装孔2b和下弹性梁安装孔2c；每个切割面上的上弹性梁安装孔2b和下弹性梁安装孔2c的中轴线位于同一竖向平面上，且各上弹性梁安装孔2b的中轴线位于同一水平面上，各下弹性梁安装孔2c的中轴线位于同一水平面上；其中，各上弹性梁安装孔2b和各下弹性梁安装孔2b的内壁上设有内螺纹，使各弹性梁的端部以螺纹连接的方式固定在安装孔内；各上弹性梁安装孔和各下弹性梁安装孔的轴向长度L0与待测量的弹性梁的长度L满足：0.05L≤L0≤0.1L；

[0030] 电机9固定在台体1的顶板下方，其电机输出轴穿过台体1顶板上开设的通孔并固定在轴向通孔2a内，以驱动转台3转动。

[0031] 作为本实施例的一个优选技术方案，该弹性梁非线性振动测试平台还包括PLC控制器和一台计算机；电机9、PLC控制器和计算机依次连接，实现利用计算机和PLC控制器对电机9的工作状态进行调节，使其按照设定转动速度和转动方向维持实验设定的转动运动或摆动运动。

[0032] 该弹性梁非线性振动测试平台的使用方法如下：

[0033] 将该弹性梁非线性振动测试平台通过底板上的条形通孔将其与振动测试仪的底座通过螺栓和螺母相连接；将N根(N＝1～6)待测试的不同材质和长度的弹性梁的一端分别固定在转台的三个上弹性梁安装孔2b和三个下弹性梁安装孔2b内、另一端分别贴覆有振动测试仪的传感器贴片；按照实验设定设置电机9的驱动方式，使其做与实验设计一致的回转运动或者摆动运动，即可启动电机9和振动测试仪同步测定N根弹性梁的横向振动情况和纵向振动情况。

[0034] 采用本实施例的弹性梁非线性振动测试平台对六根弹性梁进行测试：

[0035] (1)Q235B型碳钢杆，其长度为382mm；

[0036] (2)Q235B型碳钢杆，其长度为482mm；

[0037] (3)Q235B型碳钢杆，其长度为582mm；

[0038] (4)45型铝合金杆，其长度为382mm；

[0039] (5)45型铝合金杆，其长度为482mm；

[0040] (6)45型铝合金杆，其长度为582mm；

[0041] 其中，六根连杆排列方式为：长度为382mm的Q235B型碳钢杆与长度为582mm的45型铝合金杆连接在转台3的同一侧，长度为482mm的Q235B型碳钢杆与长度为482mm的45型铝合金杆连接在转台3的同一侧，长度为582mm的Q235B型碳钢杆与长度为582mm的45型铝合金杆连接在转台3的同一侧。

[0042] 基于solidworks软件，对在此种排列方式下的转动机构进行重心计算，计算结果如下：

[0043] 1)六根连杆连接之前，x方向中心位置为0.000，y方向重心位置为‑0.015毫米，z方向重心位置为270.540毫米。

[0044] 2)六根连杆连接之后，x方向中心位置为1.829毫米，y方向重心位置为‑1.067毫米，z方向重心位置为283.062毫米。

[0045] 经过试验验证，该弹性梁非线性振动测试平台使进行同步试验的各弹性梁在x方向和y方向对重心影响较小，对转台做回转运动时由于动不平衡引起的振动可以忽略不计，对实验产生影响极小。

[0046] 与现有的其他单列连接的结构相比，本申请的转台结构以及连杆连接的排列方式可以平衡在转动过程中产生的动不平衡现象，机构整体刚度较大，抗变形能力更好，在弹性梁非线性振动实验中可以得到稳定准确的结果。