可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可施加不同大小預(yù)緊力的航空薄壁件固有頻率綜合測試裝置，分為三個部分：測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，包括底座、活動端一、活動端二、把手、定位板、絲杠、加速度傳感器、彈性力錘、力傳感器、薄壁試件、計(jì)算機(jī)、DASP、智能控制(變送)儀、開口銷、彈簧、擋圈、螺紋連桿一和螺紋連桿二。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，測試原理清晰，通過轉(zhuǎn)動把手改變預(yù)緊力可以測量薄壁件在不同載荷狀態(tài)下的動態(tài)特性參數(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有很高的效率、穩(wěn)定性和精度。
【專利說明】可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固有頻率的綜合測試裝置，特別是涉及一種可施加不同大小預(yù)緊力的航空薄壁件固有頻率綜合測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]制造業(yè)是一個國家的支柱產(chǎn)業(yè)，制造技術(shù)更是各種高科技產(chǎn)業(yè)賴以生存和發(fā)展的技術(shù)支撐。航空制造業(yè)作為制造業(yè)的一個重要分支，近年來得到了迅速的發(fā)展。隨著航空發(fā)動機(jī)對工作溫度、工作轉(zhuǎn)速、推重比、功重比等參數(shù)和輕量化的極限化追求，難加工材料(鈦合金、高溫合金、復(fù)合材料等)和難加工結(jié)構(gòu)(整體葉盤結(jié)構(gòu)、葉環(huán)結(jié)構(gòu)、復(fù)雜葉片結(jié)構(gòu)、整體機(jī)匣結(jié)構(gòu)、薄壁盤環(huán)軸結(jié)構(gòu)等)得到了廣泛的應(yīng)用，新材料和新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也帶來了諸多棘手的問題，其中加工變形已成為航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)的難題之一?，F(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵零件(機(jī)匣、盤軸類等)的材料去除率可高達(dá)70%以上，壁薄處只有幾毫米甚至不到一毫米。在毛坯制造過程中，因外力或者不均勻溫度場的作用而引起材料不均勻彈塑性變形，在毛坯中產(chǎn)生殘余應(yīng)力。整體結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)現(xiàn)場和理論研究均表明，毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力對整體結(jié)構(gòu)件的變形影響較大。當(dāng)毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力平衡遭到破壞時，零件內(nèi)部應(yīng)力重新分布以達(dá)到新的平衡，從而導(dǎo)致工件的變形(同時薄壁位置在加工和裝卡時容易產(chǎn)生讓刀變形和裝卡變形)。零件加工后綜合變形量可達(dá)幾毫米甚至幾十毫米，嚴(yán)重影響零件精度和后續(xù)的裝配工序。整體結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力對加工變形有很大影響，但不容易進(jìn)行測試，所以非常需要找到一種方式能夠快速的測試殘余應(yīng)力，以用于加工變形的分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本設(shè)計(jì)是基于上述背景，根據(jù)材料固有頻率可以通過簡單實(shí)驗(yàn)測出這一事實(shí)。擬以材料動態(tài)特性和殘余應(yīng)力之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)可施加不同預(yù)緊力的薄壁件固有頻率綜合測試實(shí)驗(yàn)平臺，得出一種簡單的測定其殘余應(yīng)力的方式，為進(jìn)一步分析研究殘余應(yīng)力對薄壁件加工變形影響提供基礎(chǔ)。
[0004]根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍?，綜合測試試驗(yàn)平臺需要滿足三個要求:實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，故將綜合試驗(yàn)平臺分為三個部分:測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。測試系統(tǒng)包括支承系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和施力裝置，主要用于預(yù)緊力的加載和產(chǎn)生信號輸出；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用相應(yīng)的傳感器(力傳感器、加速度傳感器和彈性力錘)采集力信號和頻率信號，向分析系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)處理設(shè)備分析處理數(shù)據(jù)并在顯示屏顯示，用于數(shù)據(jù)分析、曲線擬合，生成實(shí)驗(yàn)報告。本綜合實(shí)驗(yàn)平臺主要設(shè)計(jì)部分為測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組成可施加不同預(yù)緊力的薄壁件固有頻率綜合測試實(shí)驗(yàn)平臺。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是綜合測試試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)原理框圖；[0006]圖2是綜合測試試驗(yàn)平臺測試系統(tǒng)；
[0007]圖3是綜合測試試驗(yàn)平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0008]圖4是綜合測試試驗(yàn)平臺數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)；
[0009]圖5是綜合測試試驗(yàn)平臺整體結(jié)構(gòu)；
[0010]圖6是絲杠安裝示意圖；
[0011]圖7是力傳感器安裝示意圖。
[0012]圖中I為底座,2為活動端一,3為活動端二,4為把手,5為定位板,6為絲杠,7為加速度傳感器，8為彈性力錘，9為力傳感器，10為薄壁試件，11為計(jì)算機(jī)，12為DASP (DataAuto Sample and Process System), 13為智能控制(變送)儀，14為開口銷，15為彈簧，16為擋圈，17為螺紋連桿一，18為螺紋連桿二。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例附圖中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0014]在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置
關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0015]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理、各部分功能結(jié)構(gòu)及裝配工藝進(jìn)行介紹:
[0016]如圖1所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目纱_定設(shè)計(jì)原理。綜合測試試驗(yàn)平臺需要滿足三個要求:實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，故將綜合實(shí)驗(yàn)平臺分為三個部分:測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。綜合測試試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)原理框圖清晰的展示了設(shè)計(jì)思路及原理。
[0017]如圖2所示，測試裝置分為支承系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、施力裝置。支撐系統(tǒng)主要由底座I構(gòu)成，用于將測試系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)臺相連以及固定加載系統(tǒng)和施力系統(tǒng)；加載系統(tǒng)由活動端一
2、活動端二 3、把手4、定位板5和絲桿6構(gòu)成，用于對試件施加一定大小的預(yù)緊力；施力裝置既彈性力錘8，用于施加激振力。底座I為前后對稱結(jié)構(gòu)，底部有用于和試驗(yàn)臺固定的螺紋孔、用于和活動端配合的導(dǎo)向槽以及含有螺紋孔的用于固定力傳感器的左側(cè)板，右側(cè)有用于固定定位板5的螺紋孔；活動端一 2和活動端二 3底端均為與底座I導(dǎo)向槽配合的導(dǎo)向裝置，上端均為可用于與不同寬度的薄壁件連接的長方形連接孔，活動端一 2有用于固定力傳感器螺紋孔，活動端二 3有用于安裝絲杠的通孔；定位板5用于絲杠定位，上端設(shè)有和絲杠配合的螺紋孔以配合絲杠帶動活動端二 3運(yùn)動，下端螺紋通孔和底座I右端螺紋孔配和實(shí)現(xiàn)固定；絲杠6用于帶動活動端二 3，為試驗(yàn)時提供不同大小的預(yù)緊力；彈性力錘8型號為MSC-1,用于施加激振力。
[0018]如圖3所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于拉力、頻率和敲擊力的采集，包括加速度傳感器7，用于測定和采集振動的頻率信息加速度；彈性力錘8，含有力傳感器，可用來簡便有效直接地測量沖擊力大小及力脈沖寬度；力傳感器9，用于測定和采集測試裝置對試件施加的預(yù)緊力。加速度傳感器7型號為YD-67 ;彈性力錘的型號為MSC-1 ;力傳感器9型號為TDCQS-01、量程為 100kg、精度為 0.03% FS。
[0019]如圖4所示，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)用于分析數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括計(jì)算機(jī)11，用于操作分析系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、曲線擬合和生成分析報告；DASP12，用于分析彈性力錘對薄壁件施加的敲擊力和加速度傳感器收集的薄壁試件頻率數(shù)據(jù)；智能控制(變送)儀13，分析和顯示力傳感器收集的測試裝置對薄壁試件施加的預(yù)緊力數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)11為普通個人計(jì)算機(jī)；DASP12型號為DASP-V10，是由北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所開發(fā)的容量數(shù)據(jù)刺激與信號處理、頻譜分析、模態(tài)分析系統(tǒng)軟件智能控制(變送)儀型號為XMT604、工作電源為AC/DC85?260V、基本誤差為0.2% FS、饋電輸出為DC24V/30mA、采樣速率為3次/秒、觸點(diǎn)容量為AC220V/3A、變送輸出為4?20mA和O?20Ma (不同變送輸入)。
[0020]如圖5所示，根據(jù)設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)可以搭建可施加不同預(yù)緊力的薄壁件固有頻率綜合測試實(shí)驗(yàn)平臺。
[0021]下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0022]采用本發(fā)明中提出的方法及綜合測試試驗(yàn)平臺，對95mmX250mmX Imm的航空薄壁件材料在不同預(yù)緊力下的固有頻動態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行測試。
[0023]如圖5所示，首先搭建綜合測試試驗(yàn)平臺。用螺栓將底座I固定在鑄鐵實(shí)驗(yàn)平臺上，構(gòu)成試驗(yàn)測試基礎(chǔ)平臺。在基礎(chǔ)平臺上，將活動端一 2、活動端二 3上的導(dǎo)向裝置與底座I的導(dǎo)向槽配合，構(gòu)成活動連接，以便活動端可以沿著導(dǎo)向槽運(yùn)動。用螺釘將定位板5與底座I固定，用于絲杠定位。絲杠6穿過定位板5并與其上端螺紋孔配合，用以帶動活動端二3沿著導(dǎo)向槽運(yùn)動，把手4與絲杠6右端連接用于轉(zhuǎn)動絲杠。絲桿6與活動端二 3的連接方式如圖6所示，絲杠6穿過活動端二 3下端通孔，通過開口銷14、彈簧15、擋圈16，將絲杠6與活動端二 3形成可轉(zhuǎn)動連接。力傳感器9安裝方式如圖7所示，力傳感器9左側(cè)螺紋孔與螺紋連桿一 17連接，將螺紋連桿一 17左側(cè)與底座I左側(cè)板上螺紋孔連接，力傳感器9右側(cè)螺紋孔與螺紋連桿二 18連接，將螺紋連桿二 18右側(cè)與活動端一 2上端螺紋孔連接。用數(shù)據(jù)線將力傳感器9和智能控制(變送)儀13相連。薄壁試件10左右兩端分別開兩個通孔，用螺栓與活動端一 2和活動端二 3上端的長方形連接孔連接。將加速度傳感器7用強(qiáng)力磁鐵或者強(qiáng)力膠固定在薄壁試件10右側(cè)中心線上。用數(shù)據(jù)線將加速度傳感器7和彈性力錘8與DASP12相連。最后將DASP12和計(jì)算機(jī)用數(shù)據(jù)線連接。
[0024]在搭建完綜合測試試驗(yàn)平臺之后，先仔細(xì)確認(rèn)安裝以及連線是否正確。打開測量儀器電源，準(zhǔn)備試驗(yàn)測試。通過轉(zhuǎn)動把手4帶動活動端一 2和活動端二 3對薄壁試件10施加預(yù)緊力，這個預(yù)緊力通過力傳感器9采集可在智能控制(變送)儀13中讀出，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求應(yīng)該施加一系列具有代表性的預(yù)緊力。啟動DASP12，在計(jì)算機(jī)軟件中選擇動態(tài)特性分析模塊，用彈性力錘8敲擊薄壁試件10，每敲擊一次需注意計(jì)算機(jī)屏幕敲擊力的曲線，防止出現(xiàn)連擊，這個敲擊力為激振力，敲擊3?5次。敲擊完畢后在計(jì)算機(jī)中分析加速度傳感器7和力傳感器9傳回的數(shù)據(jù)，以得出薄壁試件10在不同預(yù)緊力下動態(tài)特性關(guān)系及固有頻率。最后分析數(shù)據(jù)得出振型圖和試驗(yàn)報告。在實(shí)驗(yàn)完畢后關(guān)閉儀器開關(guān)。
[0025]以上對本發(fā)明所提出的可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺，其特征在于，包括測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)；所述測試系統(tǒng)包括支承系統(tǒng)、加載系統(tǒng)和施力裝置，包括底座(I)、活動端一(2)、活動端二(3)、把手(4)、定位板(5)和絲桿(6)彈性力錘(8);所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括加速度傳感器(7)，彈性力錘(8)，力傳感器(9);所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(11)、DASP(12)智能控制(變送)儀器(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺，其特征在于:底座(I)為前后對稱結(jié)構(gòu)，底部有用于和試驗(yàn)臺固定的螺紋孔、用于和活動端配合的導(dǎo)向槽以及含有螺紋孔的用于固定力傳感器的左側(cè)板，右側(cè)有用于固定定位板(5)的螺紋孔。
3.如權(quán)利要求1所述的可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺，其特征在于:活動端一(2)和活動端二(3)底端均為與底座(I)導(dǎo)向槽配合的導(dǎo)向裝置，上端均為可用于與不同寬度的薄壁件連接的長方形連接孔，活動端一(2)有用于固定力傳感器螺紋孔，活動端二(3)有用于安裝絲杠的通孔。
4.如權(quán)利要求1所述的可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺，其特征在于:定位板(5)用于絲杠定位，上端設(shè)有和絲杠配合的螺紋孔以配合絲杠帶動活動端二(3)運(yùn)動，下端螺紋通孔和底座(I)右端螺紋孔配和實(shí)現(xiàn)固定。
5.如權(quán)利要求1所述的可施加預(yù)緊力的固有頻率綜合測試試驗(yàn)平臺，其特征在于:絲杠(6)穿過活動端二(3)下端通孔，通過開口銷(14)、彈簧(15)、擋圈(16)，將絲杠(6)與活動端二(3)形成可轉(zhuǎn)動連接，帶動活動端二(3)，為試驗(yàn)時提供不同大小的預(yù)緊力。
【文檔編號】G01H1/14GK103994812SQ201410251982
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】吳瓊, 李大鵬, 張以都, 莫帥 申請人:北京航空航天大學(xué)