一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态试验装置

技术领域

本发明属于模态测试技术领域，具体涉及一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态试验装置。

技术背景

模态测试是获得结构件振动特性的重要手段，在预估与诊断结构件存在的故障方面有很大作用，为了分析细长旋转轴的振动特性，需对细长旋转轴的模态进行测试。传统的模态测试一般采用的方法是锤击激励测模态法，即：用力锤来敲击轴段，用传感器收集不同位置处的振动响应，基于软件分析得到轴系模态的测试方法。然而对于细长旋转轴的模态测试实验中如果采用传统的锤击激励法，数据采集时会出现相干性差和双击等现象，导致模态测试的实验结果并不理想。经过分析，如果采取锤击激励模态法测试细长旋转轴的模态会存在以下问题：

1.每次敲击相干性差。由于轴为细长轴，轴的直径和力锤的锤头尺寸相近，则每次敲击都不能保证以同样的角度及敲击点进行激励；并且轴在滑动轴承中可以自由旋转，随着敲击的进行轴会发生偏转，而固定在轴段上的加速度传感器的方向会发生改变。以上因素导致在试验过程中，力谱的敲击相干性特别差。

2.容易出现双击。轴为细长轴，相当于大跨距的轴，在垂直于轴线方向刚度较小；同时，相对于轴系来说试验所用力锤为“大”力锤。所以在试验过程中频发双击状况，导致试验效率低下。

3.轴承处未形成油膜。由于传统的锤击激励测模态法是在静态下进行的，轴承处并没有形成油膜。在工作过程中，油膜为轴系提供支撑作用。因此模态试验应该考虑油膜刚度，并且油膜刚度对低阶模态影响显著。只有得到建立起油膜之后的系统模态，才能够进行精确的系统响应计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够准确测试细长旋转轴模态的基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态试验装置。

一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态试验装置，包括电机，滑动轴承，等效力锤，细长轴，圆盘，绳索，重物，采集仪；电机连接细长轴，细长轴上有两个滑动轴承和一个圆盘，圆盘位于细长轴最右端，等效力锤位于两个滑动轴承之间，等效力锤通过绳索连接重物。

所述一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态试验装置，等效力锤包括螺母，力传感器，配重，轴瓦，尼龙垫，弹簧，力传感器位于配重左端，力传感器通过螺母固定，等效力锤通过配重右边拉钩固定在细长轴上，细长轴与拉钩之间有轴瓦和尼龙垫，拉钩右边连接弹簧。

所述一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态试验装置，装置工作时，采集仪连接等效力锤，细长轴上安装两个电涡流传感器，两个电涡流传感器分别位于等效力锤两边，两个电涡流传感器也连接采集仪，采集仪连接电脑。

本发明的有益效果在于：

本发明考虑到轴系静止与运动时的差异，设计了等效力锤，保证可以在轴系旋转的情况下提供激励，进行模态测试。考虑到油膜刚度对模态测试的影响，本发明设计的试验装置可以在保证不破坏油膜的情况下，对轴系进行模态测试。同时等效力锤作用原理保证了每次敲击以同样的角度及敲击点进行激励，细长轴在滑动轴承中可以自由旋转，细长轴不会因激励而发生偏转，固定的加速度传感器的方向不会发生改变，因此提高力锤敲击的相干性。本发明设计的一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态试验装置能够更准确的测到保证油膜完整与运动状态下细长轴的模态。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图2为本发明等效力锤原理图；

图3为本发明连接示意图；

图4为本发明等效力锤实验结束时位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如附图1所示，为本发明设计的一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态测试装置原理示意图；包括电机1，滑动轴承2，等效力锤3，细长轴4，滑动轴承5，圆盘6，绳索7，绳索8，重物9，采集仪16；电机1连接细长轴4，细长轴上有滑动轴承2、5和圆盘6，圆盘位于细长轴最右端，等效力锤3位于两个滑动轴承之间，等效力锤通过绳索8连接重物9。

如附图2所示，为本发明设计的一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态测试装置等效力锤原理图；附图4为本发明设计的一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态测试装置等效力锤实验结束时位置示意图。等效力锤3包括螺母10，力传感器11，配重12，轴瓦13，尼龙垫14，弹簧15，力传感器11位于配重12左端，力传感器通过螺母10固定，等效力锤通过配重右边拉钩固定在细长轴4上，细长轴与拉钩之间有轴瓦13和尼龙垫14，拉钩右边连接弹簧15。

如附图3所示，为本发明设计的一种基于预加载荷突然释放激励法的细长旋转轴模态测试装置连接示意图；装置工作时，采集仪16连接等效力锤3，细长轴4上安装两个电涡流传感器18，两个电涡流传感器分别位于等效力锤两边，两个电涡流传感器也连接采集仪16，采集仪连接电脑17。

重物9作为轴系的预加载荷，在试验时突然剪断或用火烧断提拉重物的绳索8时，此时轴系的预加载荷突然释放，以此作为轴系的激励进行模态测试。等效力锤3是整个试验设备中最关键部件，其中配重12决定了冲击力的幅值大小，配重12可以选用多种规格，当配重12大时，等效力锤3的输入力幅值大，反之亦然；力传感器11可以测量出当F2＝0瞬时，作用在轴系上的力波动量，该力信号被采集仪16采集用于模态计算；F2为重物9的重量，作为轴系的预加载荷；F1的大小为等效力锤3的重力，其作用线通过等效力锤3的重心位置；轴瓦13同细长轴4表面贴合，轴瓦13同细长轴4之间摩擦较小可以顺滑滑动；尼龙垫14影响敲击力的脉宽，可以选用不同材质不同硬度的材料来获得理想冲击输入力；弹簧15初始状态为拉伸，其作用是为了防止当F2＝0时即剪断绳索8之后，弹簧15则恢复原长，防止等效力锤3对轴系的多次敲击。

选择适当重量的重物，连接好试验仪器。仪器连接完成后，调试测试系统可正常工作后，可以开始试验：

第一步：检查试验场地的电源情况；在测试电脑上完成对通道、传感器灵敏度、触发等参数设定后，建立测试模型后可进行第二歩；

第二歩：开动电机，让电机转速升至合适转速时，等待滑动轴承处建立稳定的油膜时，可进行第二步；

第三步：再次检查测试系统是否处于正常状态，若正常，用剪刀剪断或用火烧断提吊重物的绳索8，这时加载在轴系上的载荷就会突然释放，激励出在油膜刚度支撑下的轴系模态。剪断绳索8后等效力锤3，在弹簧15的作用下同转轴完全分开，不会形成对轴系的多次敲击；

第四步：在试验现场检查试验结果的合理性，若无问题进行下次测量或结束试验；

第五步：收回试验仪器，整理试验现场；

以上本发明提供细长旋转轴模态测试的创新思路，用的思想，类似方法的提出均属于本专利覆盖范围。