一種用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置和方法
1.本發(fā)明涉及渦流阻尼測試領域，特別涉及一種用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置和方法。
背景技術：
2.機械設備廣泛應用于工業(yè)生產和日常生活中，然而在機械設備運作過程中會產生較大的振動和噪聲，這將影響其工作性能和使用壽命，嚴重時會導致零部件的過快失效。在建筑、橋梁、鐵路等結構工程中同樣存在著機械振動，這種振動會造成結構發(fā)生變形而產生嚴重后果。為了削弱這些有害的振動，各式各樣阻尼器被利用在結構工程中，其原理是通過耗散系統(tǒng)中的振動能量以實現(xiàn)減振目的。
3.相比于傳統(tǒng)依靠機械摩擦耗能、需要工作流體的液體阻尼器或氣體阻尼器，非接觸式的渦流阻尼更具優(yōu)勢，因此得到了越來越廣泛的應用。其工作原理是，利用導體切割磁感線，在導體中形成電渦流，從而形成反向感應磁場并產生渦流阻尼力，阻礙原磁場的運動。對于電渦流阻尼的測試方法，傳統(tǒng)方法是采用間接推算的方式得到，具體是利用自由落體運動，根據(jù)激光位移傳感器得到的位置信息進一步推算得出阻尼力大小，這種方式得到的阻尼力數(shù)據(jù)往往不夠準確。
技術實現(xiàn)要素：
4.針對現(xiàn)有技術中存在的所測數(shù)據(jù)不夠精確的問題，本發(fā)明提供了一種用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置和方法。采用直接測量的方式，并利用靜壓氣體軸承原理實現(xiàn)磁體與缸筒的同軸心，從而更準確的測得筒式渦流阻尼大小。
5.本發(fā)明是通過如下技術方案得以實現(xiàn)的：
6.一種測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置，其特征在于：包括安裝平臺、運動部件、對中部件、導向組件、缸筒、被測磁體部件、供氣部件、控制系統(tǒng)、s型拉壓力傳感器；
7.所述運動部件包括第一伺服電機、單向滾珠絲杠滑臺、第一連接臺、第二伺服電機、雙向滾珠絲杠滑臺、第二連接臺、v形塊；所述單向滾珠絲杠滑臺固定在安裝平臺上，第一伺服電機經(jīng)聯(lián)軸器與單向滾珠絲杠滑臺內部的絲杠連接，第一連接臺裝在單向滾珠絲杠滑臺的滑臺座上；雙向滾珠絲杠滑臺固定在安裝平臺上、且與單向滾珠絲杠滑臺垂直，第二伺服電機通過聯(lián)軸器與雙向滾珠絲杠滑臺內部的絲杠連接，兩個第二連接臺分別固定在雙向滾珠絲杠滑臺的兩個滑臺座上，兩個v形塊分別固定在兩個第二連接臺上、且開口相對；缸筒通過v形塊裝夾固定在第二連接臺上；
8.所述導向組件安裝在缸筒的端部，包括空氣軸承、空氣軸承進氣口、導向套、橡膠環(huán)，空氣軸承安裝在導向套內部，導向套另一側通過橡膠環(huán)與缸筒內壁過盈配合；
9.所述對中部件包括中空桿和中空活塞，中空活塞位于缸筒內、且壁面上開有多個節(jié)流孔；所述中空桿的一端穿過空氣軸承與位于缸筒內的中空活塞螺紋連接，另一端與s型拉壓力傳感器的一端相連，且中空桿上開有與中空桿內的通孔連通的進氣口；所述s型拉壓
力傳感器的另一端固定在第一連接臺上；
10.所述被測磁體部件包括磁性部件和磁體裝夾機構，所述磁性部件固定裝夾在磁體裝夾機構上，被測磁體部件與中空活塞螺栓連接；
11.供氣部件與進氣口和空氣軸承進氣口連通，且由常閉高速開關閥控制氣路的通斷；
12.所述控制系統(tǒng)包括pc機、數(shù)據(jù)采集卡、pwm信號發(fā)生器，pc機通過數(shù)據(jù)采集卡與s型拉壓力傳感器、第一伺服電機、第二伺服電機相連，通過pwm信號發(fā)生器與常閉高速開關閥相連。
13.上述方案中，所述磁體裝夾機構包括旋轉盤、支撐塊、固定盤、彈性圈、卡簧、軸承、滑動片、橡膠模，所述三個滑動片分別置于固定盤的三個槽內，所述旋轉盤通過軸承安裝在固定盤的伸出軸上，所述三個滑動片的滑動軸置于旋轉盤的三個槽內，并分別通過卡簧卡住，所述三個橡膠模分別安裝在三個滑動片的擋片上，所述三個滑動片還設有凹槽，彈性圈放置在凹槽中，內六角螺栓穿過三個支撐塊上的沉頭孔將磁體裝夾機構與對中組件端部的中空活塞固定連接。
14.上述方案中，所述供氣部件包括氣源、分離器、減壓閥、氣罐、壓力傳感器、常閉高速開關閥、過濾器，所述氣源經(jīng)過分離器和減壓閥輸送至氣罐，壓力傳感器用于測量氣罐出氣口的氣壓，常閉高速開關閥置于氣罐后端，氣體經(jīng)過過濾器與進氣口和空氣軸承進氣口連通，所述壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與pc機相連。
15.上述方案中，s型拉壓力傳感器通過球型鉸鏈與中空桿相連。
16.上述方案中，所述第二連接臺側邊各設有擋塊，所述擋塊與v形塊后端之間各安裝一個緩沖彈簧，所述v形塊為非金屬材料制成。
17.上述方案中，所述中空活塞內的空腔內壁開有的多個節(jié)流孔，在軸向至少分布兩排、周向至少分布三個；所述中空桿與中空活塞螺紋連接，并通過密封圈密封防止氣體泄漏。
18.上述方案中，所述磁性部件為永磁鐵或電磁裝置。
19.上述方案中，所述安裝平臺為水平放置或豎直放置。
20.上述方案中，所述裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：
21.(1)控制系統(tǒng)首先控制第二伺服電機帶動雙向滾珠絲杠滑臺內部絲杠工作，使兩個v形塊靠近，夾緊缸筒；
22.(2)控制系統(tǒng)經(jīng)pwm信號發(fā)生器控制常閉高速開關閥打開，向進氣口和空氣軸承進氣口提供壓縮空氣從而在缸筒內壁與中空活塞外壁之間、空氣軸承和中空桿之間產生高壓承載氣膜，使得中空活塞與缸筒同軸心，隨后控制系統(tǒng)控制第一伺服電機帶動第一連接臺做往復運動，進而實現(xiàn)被測磁體部件在缸筒內部做勻速直線運動；在此過程中，控制系統(tǒng)實時采集所述s型拉壓力傳感器測得的勻速運動時的拉力或壓力，即為阻尼力，根據(jù)阻尼力與勻速運動的速度之間的關系計算得到阻尼系數(shù)。
23.上述測試方法中，當所述安裝平臺水平放置時s型拉壓力傳感器上測得的力即為所受的渦流阻尼力；當所述安裝平臺豎直安裝時，渦流阻尼力為s型拉壓力傳感器上測得的力減去對中部件及被測磁體部件的重力。
24.本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，產生的有益效果是：
25.首先，本發(fā)明提供的用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置和方法，依靠對中空活塞和空氣軸承提供壓力足夠大的壓縮空氣，以產生能夠支撐起對中組件的承載力，從而保證測試過程中磁體模塊與缸筒同軸心，提高測試結果準確性；
26.其次，該裝置是利用一個力傳感器直接測量得到渦流阻尼大小，相比于傳統(tǒng)方法通過自由落體和激光位移傳感器測得位置信息來間接推算得到的阻尼大小更準確；
27.再次，本發(fā)明提供的用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置和方法，其安裝平臺即可以水平放置，也可以豎直安裝，可以適用于多種測試場景；
28.最后，本發(fā)明所述的一種用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置和方法，能夠更換不同尺寸參數(shù)的缸筒及磁體模塊進行測試，因此應用范圍十分廣泛。
附圖說明
29.圖1是用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置的主視圖。
30.圖2是用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置的整體示意圖。
31.圖3是第二連接臺的局部主視圖。
32.圖4是對中組件、導向組件的局部剖視圖。
33.圖5是導向組件的局部主視圖。
34.圖6是被測磁體部件的局部主視圖。
35.圖7是被測磁體部件和對中組件局部剖視圖。
36.圖8是用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置的控制系統(tǒng)原理圖。
37.圖中：1、安裝平臺，2、運動部件，201、第一伺服電機，202、單向滾珠絲杠滑臺，203、第一連接臺，204、第二伺服電機，205、雙向滾珠絲杠滑臺，206、第二連接臺，206-1、擋塊，206-2、彈簧，207、v形塊，3、對中部件，301、中空桿，301-1、進氣口，302、中空活塞，302-1、節(jié)流孔，4、導向組件，401、空氣軸承，401-1、空氣軸承進氣口，402、導向套，403、橡膠環(huán)，5、缸筒，6、被測磁體部件，601、磁性部件，602、磁體裝夾機構，602-1、旋轉盤，602-2、支撐塊，602-3、固定盤，602-4、彈性圈，602-5、卡簧，602-6、軸承，602-7、滑動片，602-8、橡膠模，7、供氣部件，701、氣源，702、分離器，703、減壓閥，704、氣罐，705、壓力傳感器，706、常閉高速開關閥，707、過濾器，8、控制系統(tǒng)，801、pc機，802、數(shù)據(jù)采集卡，803、pwm信號發(fā)生器，804、s型拉壓力傳感器。
具體實施方式
38.下面結合附圖具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
39.實施例1：安裝平臺水平放置
40.圖1和圖2所示為本發(fā)明所述的一種用于測試磁體與缸筒間渦流阻尼系數(shù)的裝置的一種實施方式，其特征在于：包括安裝平臺1、運動部件2、對中部件3、導向組件4、缸筒5、被測磁體部件6、供氣部件7、控制系統(tǒng)8和s型拉壓力傳感器804。所述運動部件2包括第一伺服電機201、單向滾珠絲杠滑臺202、第一連接臺203、第二伺服電機204、雙向滾珠絲杠滑臺205、第二連接臺206、v形塊207。如圖2所示，所述單向滾珠絲杠滑臺202固定在安裝平臺1上，第一伺服電機201經(jīng)聯(lián)軸器與單向滾珠絲杠滑臺202內部的絲杠連接，第一連接臺203裝
在單向滾珠絲杠滑臺202的滑臺座上。雙向滾珠絲杠滑臺205固定在安裝平臺1上、且與單向滾珠絲杠滑臺202垂直，第二伺服電機204通過聯(lián)軸器與雙向滾珠絲杠滑臺205內部的絲杠連接，兩個第二連接臺206分別固定在雙向滾珠絲杠滑臺205的兩個滑臺座上，兩個v形塊207分別固定在兩個第二連接臺206上，缸筒5通過v形塊207裝夾固定在第二連接臺206上、且開口相對。
41.第二連接臺206側邊還各設有擋塊206-1，所述擋塊206-1與v形塊207后端之間各安裝一個緩沖彈簧206-2，如圖3所示。兩個緩沖彈簧206-2具有相同且較大的剛度，由于緩沖彈簧206-2的剛度較大，其變形量較小，從而能夠保證在夾緊缸筒5后，雙向滾珠絲杠滑臺205在微小的位移內活動，不對雙向滾珠絲杠滑臺205的內部絲杠螺母結構造成破壞。
42.所述第二伺服電機204驅動雙向滾珠絲杠滑臺205工作時，兩個v形塊207同時對向靠近，從而夾緊缸筒5，緩沖彈簧206-2起到緩沖作用，此處的兩個v形塊207為非金屬材料制成，能夠避免被測磁體部件6相對于缸筒5運動時，在v形塊207上產生渦流效應，影響測試結果，在運動過程中，即使缸筒5在水平方向有微小的位移變化，也可以通過對中部件3與s型拉壓力傳感器804之間的球型鉸鏈克服。
43.所述導向組件4安裝在缸筒5的端部，如圖5所示，包括空氣軸承401、空氣軸承進氣口401-1，導向套402、橡膠環(huán)403；空氣軸承401安裝在導向套402內部，導向套402另一側通過橡膠環(huán)403與缸筒5內壁過盈配合，橡膠環(huán)403便于導向組件4的拆裝，同時空氣軸承401還為對中組件3提供支撐作用。
44.如圖4所示，所述對中部件3包括中空桿301和中空活塞302，中空活塞302位于缸筒5內、且壁面上開有多個節(jié)流孔302-1，節(jié)流孔302-1在軸向至少分布兩排、周向至少分布三個，均勻開設的多個節(jié)流孔302-1便于壓縮氣體在缸筒5內壁與中空活塞302外壁之間、空氣軸承401和中空桿301之間產生高壓承載氣膜，使得中空活塞302與缸筒5同軸心，空氣軸承401和中空桿301之間產生的高壓承載氣膜作用到中空桿301和s型拉壓力傳感器804，利用球鉸鏈促進中空桿301和s型拉壓力傳感器804同軸心位置更加精準。所述中空桿301的一端穿過空氣軸承401與中空活塞302螺紋連接，另一端與s型拉壓力傳感器804的一端相連，且中空桿301上開有與中空桿301內的通孔連通的一進氣口301-1，所述s型拉壓力傳感器804的另一端固定在第一連接臺203上。
45.所述被測磁體部件6包括磁性部件601和磁體裝夾機構602，所述磁性部件601固定裝夾在磁體裝夾機構602上，被測磁體部件6與中空活塞302螺栓連接，如圖6所示，被測磁體部件6與缸筒5內壁無直接接觸。所述三個滑動片602-7分別置于固定盤602-3的三個槽內，旋轉盤602-1通過軸承602-6安裝在固定盤602-3的伸出軸上，所述三個滑動片602-7的滑動軸置于旋轉盤602-1的三個槽內，并分別通過卡簧602-5卡住，所述三個橡膠模602-8分別安裝在三個滑動片602-7的擋片上，所述三個滑動片602-7上還設有凹槽，彈性圈602-4放置在凹槽中，如圖7所示，內六角螺栓穿過三個支撐塊602-2上的沉頭孔將磁體裝夾機構602與對中組件3端部的中空活塞302固定連接。
46.磁體裝夾機構602在自然狀態(tài)下，由于彈性圈602-4的作用，使得三個滑動片602-7處于收縮狀態(tài)，放置磁體601時，克服彈性圈602-4的彈性力使三個滑動片602-7張開從而包裹磁體601，橡膠模602-8用于防止磁體601產生相對轉動，該磁體裝夾機構602可以夾持不同外徑的磁體601進行測試，因此應用范圍十分廣泛。
47.所述供氣部件7包括氣源701、分離器702、減壓閥703、氣罐704、壓力傳感器705、常閉高速開關閥706、過濾器707，如圖8所示，所述氣源701產生壓縮空氣經(jīng)過分離器702和減壓閥703輸送至氣罐704，壓力傳感器705放置在氣罐704后端，用于測量氣罐704出氣口的氣壓，并將數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)8，常閉高速開關閥706置于氣罐704后端，氣體經(jīng)過過濾器707向進氣口301-1和空氣軸承進氣口401-1供氣，且由常閉高速開關閥706控制氣路的通斷。
48.所述控制系統(tǒng)8包括pc機801、數(shù)據(jù)采集卡802和pwm信號發(fā)生器803，數(shù)據(jù)采集卡802和pwm信號發(fā)生器803均與pc機801電氣連接。所述s型拉壓力傳感器804的信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡802的a/d端口傳輸至pc機801，pc機801經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡802的d/a端口操控第一伺服電機201和第二伺服電機204進行工作，此時s型拉壓力傳感器804上測得的力即為所受的渦流阻尼大小。
49.測試時，將安裝平臺1水平放置，pc機801首先控制第二伺服電機204帶動雙向滾珠絲杠滑臺205以極低的速度移動，使兩個v形塊207靠近，從而夾緊缸筒5；pc機801經(jīng)pwm信號發(fā)生器803控制常閉高速開關閥706打開，向進氣口301-1和空氣軸承進氣口401-1提供壓縮空氣，從而在缸筒5內壁與中空活塞302外壁之間、空氣軸承401和中空桿301之間產生高壓承載氣膜，使得被測磁體部件6與缸筒5同軸心；同時，pc機801控制第一伺服電機201帶動第一連接臺203做往復運動，進而實現(xiàn)被測磁體部件6在缸筒5內部做勻速直線運動；在被測磁體部件6運動的過程中所述s型拉壓力傳感器804實時測得的受力數(shù)值經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡802的a/d端口傳輸至pc機801，在勻速運動時s型拉壓力傳感器804上測得的力即為所受的渦流阻尼大小，多次測量取平均值。
50.實施例2：安裝平臺豎直放置
51.與實施例1不同的是將安裝平臺1改為豎直放置，此時需減小對進氣口301-1和空氣軸承401內提供的壓縮空氣的壓力，在缸筒5內壁和中空桿301外壁產生高壓承載氣膜，使得被測磁體部件6與缸筒5實現(xiàn)同軸心。同樣是實時監(jiān)測被測磁體部件6勻速運動的過程中s型拉壓力傳感器804測得的力，在勻速運動時s型拉壓力傳感器804的受力為渦流阻尼力與對中部件3、被測磁體部件6兩部分重力的合力，減去這兩部分重力后，即可得到渦流阻尼力。
52.實施例3：使用電磁體作為被測磁體
53.沿用實施例1的技術方案，將磁體601替換為電磁體作為被測磁體，利用可調直流電源為電磁鐵供電，改變電流大小即可改變電磁體的磁場強度，獲得不同磁場強度下的渦流阻尼力及阻尼系數(shù)。
54.所述實例為本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
