專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及零件頻率的測(cè)試領(lǐng)域，特別提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件靜頻測(cè)試方法主要有兩種，一種是振動(dòng)臺(tái)共振法，另一種是接觸式傳感器的錘擊法。
振動(dòng)臺(tái)共振測(cè)頻法，是將零部件在可調(diào)頻率的激振力作用下，產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，當(dāng)激振力頻率等于其固有頻率時(shí)，振幅將急劇增大，此時(shí)零件進(jìn)入共振狀態(tài)。在共振狀態(tài)下測(cè)得的零件振動(dòng)頻率，就是其固有頻率。電磁振動(dòng)臺(tái)是一種成套設(shè)備，一般由振動(dòng)臺(tái)體和操縱控制臺(tái)兩大部分組成。其測(cè)試系統(tǒng)見圖2，振動(dòng)臺(tái)屬于接觸激振器，用它激振零部件測(cè)固有頻率，零部件通過(guò)夾具固定在振動(dòng)臺(tái)上，并與振動(dòng)臺(tái)一起振動(dòng)。電磁振動(dòng)臺(tái)適用范圍較廣，是當(dāng)前較為常用的一種激振設(shè)備。一些發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠還將電磁振動(dòng)臺(tái)定為葉片測(cè)固有頻率的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
電磁振動(dòng)臺(tái)適用于試驗(yàn)室使用，而且必須有專用的夾具與之匹配。對(duì)于夾具的要求也較高，夾具和振動(dòng)臺(tái)以及兩者的連接要有足夠的剛性，如果夾具與臺(tái)面接觸不良、連接不牢或與臺(tái)面剛性不足都會(huì)影響測(cè)頻精度。夾具結(jié)構(gòu)、夾緊方式、夾塊的加工精度及磨損、 裂紋也會(huì)影響測(cè)頻精度。當(dāng)測(cè)量一些不規(guī)則零件(如輪盤)時(shí)，很難設(shè)計(jì)出合適的夾具。而且，振動(dòng)臺(tái)測(cè)頻范圍受設(shè)備參數(shù)限制一般為3000Hz以下。因此，用電磁振動(dòng)臺(tái)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)零件固有頻率具有一定的局限。此方法主要適合發(fā)動(dòng)機(jī)葉片及小型簡(jiǎn)單易裝夾零部件對(duì)于大型復(fù)雜構(gòu)件很難實(shí)現(xiàn)測(cè)試。
錘擊法測(cè)振是古老而經(jīng)典的測(cè)振方法，過(guò)去由于沒(méi)有動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)，這種測(cè)振方法長(zhǎng)期停滯沒(méi)有發(fā)展。1965年提出了快速傅里葉變換(FFT)計(jì)算方法及電子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，使運(yùn)算速度大大提高，也使錘擊法測(cè)振得到了快速發(fā)展。
用錘擊法測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的振動(dòng)特性時(shí)，一次試驗(yàn)可獲得大量信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，能直接給出發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的多階振動(dòng)的固有頻率、振型、模態(tài)阻尼比以及模態(tài)質(zhì)量等參數(shù)。
錘擊法作振動(dòng)試驗(yàn)和常規(guī)法不同，它不用激振器、信號(hào)源等各種電子儀器，只用帶力傳感器的手錘和測(cè)量響應(yīng)的傳感器及響應(yīng)數(shù)據(jù)采集分析儀。用力錘擊發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，記錄沖力和零件的響應(yīng)。然后借助數(shù)采系統(tǒng)的快速傅氏變換(FFT)，迅速測(cè)出結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到模態(tài)參數(shù)。但錘擊法測(cè)試較小零部件固有頻率時(shí)，受到粘貼在零部件上的傳感器附加質(zhì)量影響，誤差較大。對(duì)于成批零部件測(cè)頻時(shí)，需要反復(fù)粘貼傳感器，而且傳感器粘貼位置，對(duì)測(cè)頻結(jié)構(gòu)影響較大。
隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的更新?lián)Q代，發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件越來(lái)越集成化、復(fù)雜化，如整體葉盤等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件在新一代發(fā)動(dòng)機(jī)中所占比重越來(lái)越大，而這樣復(fù)雜的構(gòu)件受到結(jié)構(gòu)及其安裝條件限制，無(wú)法采用傳統(tǒng)的固有頻率測(cè)試方法。
而對(duì)于這些成批量的葉片測(cè)頻工作來(lái)說(shuō)，測(cè)試前三、四階固有頻率時(shí)，振動(dòng)臺(tái)共振法需要從低頻段掃描到高頻段，耗時(shí)較長(zhǎng)，而一般振動(dòng)臺(tái)頻率范圍在3000Hz以下，高于 3000Hz的固有頻率就無(wú)法測(cè)試，如果采用加速度傳感器錘擊法測(cè)頻，需要反復(fù)粘貼安裝測(cè)試傳感器，通過(guò)計(jì)算力創(chuàng)感器與測(cè)振創(chuàng)感器的傳遞函數(shù)來(lái)得到零部件固有頻率，傳遞函數(shù)的好壞受到力錘作用太大、作用時(shí)間及測(cè)振傳感器安裝位置的影響很大。力錘作用力太大容易損壞零部件，力太小傳遞函數(shù)質(zhì)量就不好，高階頻率也激勵(lì)不出來(lái)。頻率較高的金屬部件或小部件頻率較高，要求力錘作用時(shí)間越短越好，而力錘作用的時(shí)間長(zhǎng)短與錘頭的材質(zhì)有關(guān)，越硬的錘頭作用時(shí)間越短(鋼錘頭)，但用較硬的錘頭必定對(duì)零部件有一定損傷。再者，測(cè)振傳感器的安裝位置對(duì)測(cè)頻結(jié)果影響也很大，如果測(cè)振傳感器安裝到零部件振動(dòng)節(jié)線上時(shí)就無(wú)法拾取振動(dòng)信號(hào)，也就測(cè)不出零部件的固有頻率
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，以解決振動(dòng)臺(tái)共振法和接觸式傳感器的錘擊法測(cè)量成批量生產(chǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的固有頻率存在的夾具復(fù)雜，測(cè)量范圍受限，以及測(cè)量結(jié)果誤差大的問(wèn)題。
本發(fā)明提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其測(cè)試過(guò)程的原理如下首先，用小木錘激振被測(cè)零部件，然后，用聲波感應(yīng)傳感器采集被測(cè)零部件激振聲波信號(hào)，聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再經(jīng)過(guò)前置放大器放大調(diào)理后傳輸給信號(hào)采集處理器，再經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)中的專業(yè)信號(hào)分析軟件(DHDAS信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)軟件)對(duì)信號(hào)采集處理器傳輸過(guò)來(lái)的聲波數(shù)字信號(hào)進(jìn)行自譜分析，這樣就可以通過(guò)聲波信號(hào)測(cè)試零部件的固有頻率了，其中，該方法的具體操作步驟如下，首先，將被測(cè)零部件(1)放置在工作平臺(tái)(3)上；然后，將聲波感應(yīng)傳感器(4)放置在距離被測(cè)零部件(1)的3cm 5cm處，再用小木錘激振被測(cè)零部件(1 )，通過(guò)聲波感應(yīng)傳感器 (4)采集被測(cè)零件發(fā)出的聲波，聲波依次經(jīng)過(guò)前置放大器(5)、信號(hào)采集處理器(6)，最終， 由計(jì)算機(jī)(7)輸出被測(cè)零部件的各階頻率。
其中，當(dāng)被測(cè)零部件為整體葉盤葉片，可以將整體葉盤葉片的盤體上放置膠皮墊后，再在盤體膠皮墊上放置配重夾具，然后再進(jìn)行激振測(cè)試，盤體膠皮墊上放置配重夾具是為了阻尼盤體振動(dòng)，這樣過(guò)濾掉盤體固有頻率聲波信號(hào)，同時(shí)，也可以將整體葉盤葉片中無(wú)需檢測(cè)的區(qū)域進(jìn)行阻尼，測(cè)試復(fù)雜構(gòu)件局部區(qū)域固有頻率時(shí)，考慮到振動(dòng)才能產(chǎn)生聲音，通過(guò)測(cè)試振動(dòng)聲波來(lái)測(cè)試局部區(qū)域固有頻率，這樣我們可以采取合理措施將復(fù)雜構(gòu)件不感興趣部分的振動(dòng)阻尼掉，不振動(dòng)就不產(chǎn)生聲波信號(hào)，這樣我們可以從振動(dòng)源處就將不感興趣部分的固有頻率過(guò)濾掉，優(yōu)選的阻尼方式為填充高吸收性物質(zhì)，如高密度海綿等，通過(guò)以上的措施既可以防止盤體耦合振動(dòng)，又可以放置相鄰葉片的振動(dòng)耦合，從而大大的提高的葉片固有頻率的測(cè)量精確度。
此外，由于整體葉盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的振動(dòng)臺(tái)共振法和接觸式傳感器的錘擊法都是無(wú)法測(cè)量的，而聲學(xué)法的測(cè)試優(yōu)點(diǎn)正好能滿足整體葉片的固有頻率測(cè)試，這樣整體葉盤的聲學(xué)法測(cè)試填補(bǔ)了該項(xiàng)技術(shù)空白。
當(dāng)被測(cè)零部件為發(fā)動(dòng)機(jī)工作葉片時(shí)，在測(cè)量之前需要使用相應(yīng)的夾具2將發(fā)動(dòng)機(jī)工作葉片1固定在工作平臺(tái)3上。
本發(fā)明提供的一種發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法要求測(cè)試環(huán)境噪聲不要超過(guò)葉片敲擊聲聲壓級(jí)，優(yōu)選在安靜的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，同吋，用小木錘激振吋，激振動(dòng)作 要快速、干凈。由干，聲波信號(hào)可以看作一個(gè)連續(xù)的隨時(shí)間變化的樣本函數(shù)X (t)，它的自相關(guān)函 數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于具體的測(cè)試步驟如下， 首先，將被測(cè)零部件(1)放置在工作平臺(tái)(3)上；然后，將聲波感應(yīng)傳感器(4)放置在距離被測(cè)零部件(1)的3cm 5cm處，再用小木錘激振被測(cè)零部件(1)，通過(guò)聲波感應(yīng)傳感器 (4)采集被測(cè)零件發(fā)出的聲波，聲波依次經(jīng)過(guò)前置放大器(5)、信號(hào)采集處理器(6)，最終， 由計(jì)算機(jī)(7)輸出被測(cè)零部件的各階頻率。
2.按照權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于所述的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件為整體葉盤葉片。
3.按照權(quán)利要求1所述發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于所述的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件為發(fā)動(dòng)機(jī)工作葉片。
4.按照權(quán)利要求2所述發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于在整體葉盤葉片的盤體上放置膠皮墊后，再在盤體膠皮墊上放置配重夾具，然后進(jìn)行激振測(cè)試。
5.按照權(quán)利要求2所述發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于將整體葉盤葉片中無(wú)需檢測(cè)的區(qū)域進(jìn)行阻尼。
6.按照權(quán)利要求5所述發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于所述的阻尼方式為填充高吸收性物質(zhì)。
7.按照權(quán)利要求3所述發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于使用夾具(2)將發(fā)動(dòng)機(jī)工作葉片(1)固定在工作平臺(tái)(3)上。
全文摘要
一種發(fā)動(dòng)機(jī)零部件固有頻率的聲學(xué)測(cè)試方法，其特征在于具體的測(cè)試步驟如下，首先，將被測(cè)零部件(1)放置在工作平臺(tái)(3)上；然后，將聲波感應(yīng)傳感器(4)放置在距離被測(cè)零部件(1)的3cm～5cm處，再用小木錘激振被測(cè)零部件(1)，通過(guò)聲波感應(yīng)傳感器(4)采集被測(cè)零件發(fā)出的聲波，聲波依次經(jīng)過(guò)前置放大器(5)、信號(hào)采集處理器(6)，最終，由計(jì)算機(jī)(7)輸出被測(cè)零部件的各階頻率；該方法具有操作簡(jiǎn)單，不傷害零部件，測(cè)試頻帶寬，測(cè)試結(jié)果精確的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01H13/00GK102538950SQ20101060262
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者萬(wàn)利, 劉偉, 王國(guó)鵬, 王增玉, 范秀杰 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司