本發(fā)明涉及材料特性測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種材料特性測試設備，特別涉及一種可變環(huán)境溫度的材料阻尼測試裝置。

背景技術(shù)：

材料的阻尼特性已經(jīng)被人們熟知，利用傳統(tǒng)的材料阻尼測試裝置很容易測得材料的阻尼。但作為在溫差變化較大的工作環(huán)境下，材料的阻尼并不是一成不變的，其阻尼特性受溫度影響很大，特別是粘彈性復合材料。由于復合材料是一種新型的功能性結(jié)構(gòu)材料，可實現(xiàn)設備結(jié)構(gòu)較強阻尼減振性能，在航空航天、交通運輸工程和國防工程等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景，而上述領(lǐng)域工作環(huán)境溫差變化很大，所以研究溫差變化很大的工作環(huán)境下的材料阻尼特性是非常必要的。而傳統(tǒng)的材料阻尼測試裝置并不能方便的在溫差變化較大的工作環(huán)境下進行測試。故給材料阻尼特性的研究帶來了不便。

為適應當下研究的需求，測試阻尼方便、快捷，測試精度滿足要求，一種可變環(huán)境溫度的材料阻尼測試裝置是基于溫度可調(diào)控技術(shù)、精密測試技術(shù)的材料阻尼測試裝置。該裝置適用于工作環(huán)境溫度變化甚大的材料阻尼特性的測試，為研究人員在工程應用中提供可靠的研究依據(jù)。

目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種可變環(huán)境溫度的材料阻尼測試裝置，解決現(xiàn)有材料阻尼測試裝置不能方便的在溫差變化較大的工作環(huán)境下進行測試的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種可變環(huán)境溫度的材料阻尼測試裝置，其特征在于，包括：高低溫控制柜、高低溫試驗箱、試件庫、試件夾具裝置、機械手臂裝置、電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機控制與分析系統(tǒng)、非接觸式激振器和電渦流傳感器；其中，高低溫控制柜可控制高低溫試驗箱的溫度，且與高低溫試驗箱分開安裝；機械手臂裝置置于高低溫試驗箱內(nèi)，機械手臂裝置通過螺栓固定；試件庫通過滑塊軌道系統(tǒng)置于高低溫試驗箱側(cè)壁；電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與非接觸式激振器、電渦流傳感器、機械手臂裝置、試件夾具裝置及滑塊軌道系統(tǒng)電連接；計算機控制與分析系統(tǒng)與電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。

優(yōu)選的，所述滑塊軌道系統(tǒng)包括：箱體側(cè)壁上的試件庫雙軌道、試件庫單軌道、試件庫滑塊、試件庫絲杠、試件庫驅(qū)動滑塊電機、試件庫滑塊擋板；其中，試件庫單軌道橫跨于試件庫雙軌道之上，試件庫絲杠設置在試件庫單軌道上，兩端螺紋固定于試件庫滑塊擋板，一端的試件庫滑塊擋板上固定有與試件庫絲杠一端連接的試件庫驅(qū)動滑塊電機，試件庫絲杠穿過試件庫滑塊與其螺紋連接，所述試件庫驅(qū)動滑塊電機與電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接。

優(yōu)選的，高低溫試驗箱內(nèi)還設置有阻尼測試裝置底座，所述阻尼測試裝置底座包括底座，所述底座上設置有支座，所述支座上設置有支架，試件夾具裝置通過螺栓緊固連接在該支架上，所述底座上還設置有安裝所述非接觸式激振器和電渦流傳感器的豎直支架，所述底座下方設置有測試裝置的調(diào)平墊塊；在所述底座上還設置有絲杠螺母式驅(qū)動方式的底座滑塊軌道系統(tǒng)及夾具滑塊軌道系統(tǒng)，所述底座滑塊軌道系統(tǒng)驅(qū)動非接觸式激振器和電渦流傳感器在所述豎直支架上的遠離與靠近，所述夾具滑塊軌道系統(tǒng)驅(qū)動試件夾具裝置在所述底座上上下移動。

優(yōu)選的，調(diào)平墊塊包括旋轉(zhuǎn)螺栓、卡槽、活動件及調(diào)平墊塊底座，所述螺栓設置在所述調(diào)平墊塊底座上的所述卡槽中，所述旋轉(zhuǎn)螺栓穿過所述調(diào)平墊塊底座與所述活動件螺紋連接，并且所述調(diào)平墊塊的活動件與所述調(diào)平墊塊底座呈斜面接觸，使活動件可上下微調(diào)。

優(yōu)選的，所述試件庫的箱體內(nèi)開大、中、小三種槽若干個，對應裝入不同試件。

優(yōu)選的，所述試件夾具裝置包括凸輪軸支架、凸輪軸、夾具下壓塊、夾具上壓塊、凸輪、曲柄、連桿及滑塊，凸輪軸支架支持凸輪軸，并與夾具下壓塊固定連接，夾具下壓塊與柱銷固定連接，夾具上壓塊穿過柱銷，可上下移動，在夾具上、下壓塊之間柱銷外圈放置彈簧；銷穿過柱銷上端；凸輪、曲柄、連桿、滑塊通過凸輪軸、銷軸依次連接，構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)；滑動滑塊，使凸輪轉(zhuǎn)動，從而壓緊夾具上壓塊，繼而夾緊試件。

優(yōu)選的，分別通過一條導線及另一條導線實現(xiàn)電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與非接觸式激振器及電渦流傳感器的連接。

優(yōu)選的，機械手臂裝置包括機械手支柱、底座套筒、機械手外環(huán)及機械手臂，所述機械手支柱與底座套筒旋轉(zhuǎn)連接，所述機械手臂連接于所述機械手支柱頂端且外部套設所述機械手外環(huán)，所述機械手臂上還連接有機械手伸縮軸，可伸縮帶動連桿伸縮動作，從而帶動其前端設置的卡爪張合夾緊試件，所述機械手支柱的旋轉(zhuǎn)動作和所述機械手伸縮軸的伸縮動作均采用電機驅(qū)動。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動滑塊電機受電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制，能實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停，所述試件庫、試件夾具裝置、機械手臂裝置選用不銹鋼420制造。

優(yōu)選的，所述計算機控制與分析系統(tǒng)可以設置參數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)進行分析，快速的顯示分析結(jié)果。

優(yōu)選的，所述連接非接觸式激振器及電渦流傳感器的導線采用高低溫、高柔性阻燃電纜，所述電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計算機控制與分析系統(tǒng)連接電路中的弱電線路和強電線路分開布置，以降低對弱電信號的干擾。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果在于：

本發(fā)明采用主動控制的可變環(huán)境溫度的材料阻尼測試裝置，不需要多次開關(guān)高低溫箱就可以達到實驗目的，具有操作簡便、定位準確、節(jié)約時間的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的測試裝置示意圖；

圖3是本發(fā)明的軌道滑塊裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的傳感器支架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的磁性表座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的調(diào)平墊塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的夾具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的機械手臂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明的電機控制系統(tǒng)原理圖；

附圖標記說明

1、高低溫控制柜；

2、高低溫試驗箱；

2-2、單軌道；

2-3、滑塊；

2-3-1、銷軸；

2-4、絲杠；

2-5、電機；

2-6、滑塊擋板；

2-7、高低溫箱接線孔；

3、傳感器與非接觸式激振器架；

3-1、支架錯位器；

3-2、橫向支架；

3-3、夾子；

3-4、豎直支架；

3-5、磁性表座；

4、阻尼測試裝置底座；

4-1、夾具支架；

4-2、測試裝置支座；

4-3、調(diào)平墊塊；

4-4、底座雙軌道；

4-5、底座；

4-6、底座單軌道；

4-7、單軌道滑塊；

4-8、雙軌道滑塊；

5、試件庫；

5-1、試件庫箱體；

5-2、5-3、5-4、試件槽；

5-5、5-6、5-7、不同規(guī)格試件；

6、試件夾具裝置；

6-1、凸輪軸支架；

6-2、夾具下壓塊；

6-3凸輪軸；

6-4、夾具上壓塊；

6-5、銷軸；

6-6、凸輪；

6-7-1、6-7-2、曲柄；

6-8、柱銷；

6-9、防脫銷；

6-10、連接銷；

6-11,、連桿；

6-12、連接銷；

6-13、銷孔；

6-14、夾具滑塊；

7、機械手臂裝置；

7-1、螺栓固定孔；

7-2、機械手臂底座；

7-3、底座套筒；

7-4、機械手支柱；

7-5、機械手臂；

7-6機械手外環(huán)；

7-7、機械手伸縮軸；

7-8、7-9-1、7-12-1、7-13-1、7-14-1連桿；

7-10-1、銷軸；

8、電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

9、計算機控制與分析系統(tǒng)；

10-1、電渦流位移傳感器；

10-2、電渦流位移傳感器接線；

11-1非接觸式激振器；11-2非接觸式激振器接線。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

為了解決在溫差變化較大的工作環(huán)境下進行材料阻尼測試的問題，如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的可變環(huán)境溫度的材料阻尼測試裝置，包括：高低溫控制柜1、高低溫試驗箱2、試件庫5、試件夾具裝置6、機械手臂裝置7、電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8、計算機控制與分析系統(tǒng)9、非接觸式激振器和電渦流傳感器；其中，高低溫控制柜1可控制高低溫試驗箱2的溫度，按要求的程序升溫，升溫程序可調(diào)，并能實時控制；溫度范圍在-70℃到+150℃之間，溫度波動度不大于1℃，二者分開安裝，避免高低溫控制柜1振動對阻尼測試產(chǎn)生影響，調(diào)整到合適溫度后通過非接觸式激振器和電渦流傳感器進行測量；機械手臂裝置7置于高低溫試驗箱2內(nèi)，機械手臂裝置7通過螺栓固定；試件庫5通過滑塊軌道系統(tǒng)置于高低溫試驗箱2側(cè)壁，為測量提供試件；電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8通過高低溫試驗箱連線孔2-7與非接觸式激振器、電渦流傳感器、機械手臂裝置7、試件夾具裝置6電連接；計算機控制與分析系統(tǒng)9與電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8相連，并控制測試系統(tǒng)、進行數(shù)據(jù)的分析和測試結(jié)果的顯示。

如圖1和圖3所示，所述滑塊軌道系統(tǒng)包括：箱體側(cè)壁上的試件庫雙軌道2-1、試件庫單軌道2-2、試件庫滑塊2-3、試件庫絲杠2-4、試件庫驅(qū)動滑塊電機2-5、試件庫滑塊擋板2-6；其中，試件庫單軌道2-2橫跨于試件庫雙軌道2-1之上，試件庫絲杠2-4設置在試件庫單軌道2-2上，兩端螺紋固定于試件庫滑塊擋板2-6，一端的試件庫滑塊擋板2-6上固定有與試件庫絲杠2-4一端連接的試件庫驅(qū)動滑塊電機2-5，試件庫絲杠2-4穿過試件庫滑塊2-3與其螺紋連接，所述試件庫驅(qū)動滑塊電機2-5與電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8電連接。其中，試件庫單軌道2-2橫跨于試件庫雙軌道2-1之上，在雙軌道中，試件庫絲杠2-4穿過試件庫滑塊2-3、試件庫滑塊擋板2-6與試件庫驅(qū)動滑塊電機2-5固定連接，與試件庫滑塊2-3通過螺紋連接，試件庫滑塊擋板2-6起支撐作用和阻擋滑塊滑出軌道的作用，電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8控制試件庫驅(qū)動滑塊電機2-5正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，從而控制試件庫絲杠2-4的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，繼而控制試件庫滑塊2-3的直線運動，使得試件庫可以置于高低溫試驗箱側(cè)壁平面的給定范圍內(nèi)任意位置。

如圖4所示，當調(diào)整好非接觸式激振器和電渦流傳感器距試件表面的距離，則固定錯位器3-1和夾子3-2，同時，如圖5所示，將旋鈕3-5-2打到顯示‘ON’的一側(cè)，使得磁性表座3-5固定在滑塊上，從而固定了非接觸式激振器和電渦流傳感器在豎直方向上的位置。

如圖2所示，所述阻尼測試裝置底座4包括：試件夾具裝置6的支架4-1、測試裝置支座4-2、測試裝置的調(diào)平墊塊4-3、底座雙軌道4-4、底座4-5、底座單軌道4-6、單軌道滑塊4-7、雙軌道滑塊4-8、底座絲杠、底座擋板、底座電機，夾具滑塊軌道、夾具擋板、夾具電機。其中，支架4-1通過螺栓與試件夾具裝置6緊固連接；底座滑塊軌道系統(tǒng)、夾具滑塊軌道系統(tǒng)與權(quán)利要求1所述的試件庫滑塊軌道系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)相似；底座雙軌道4-4上一個底座絲杠穿過兩個雙軌道滑塊4-8，其中一個滑塊有螺紋，一個內(nèi)孔相對較大，使得絲杠對其不產(chǎn)生作用，保證了兩個傳感器與非接觸式激振器架3的距離可變。

如圖6所示，旋轉(zhuǎn)螺栓4-3-3，由于卡槽4-3-4的作用，螺栓4-3-3不發(fā)生軸向位移，而調(diào)平墊塊的活動件4-3-2與調(diào)平墊塊底座4-3-1呈斜面接觸，與螺栓4-3-3通過螺紋連接，旋轉(zhuǎn)螺栓4-3-3，可調(diào)節(jié)調(diào)平墊塊的活動件4-3-2的高度，從而調(diào)節(jié)阻尼測試裝置底座4的水平度。

如圖2所示，試件庫箱體5-1內(nèi)開大、中、小三種槽5-2、5-3、5-4若干個，對應裝入不同試件5-5、5-6、5-7，實現(xiàn)試件的快速更換。

如圖7所示，所述試件夾具裝置6通過凸輪軸支架6-1支持凸輪軸6-3，并與夾具下壓塊6-2固定連接，夾具下壓塊6-2與柱銷6-8固定連接，夾具上壓塊6-4穿過柱銷6-8，可上下移動，在上下壓塊之間柱銷6-8外圈放置彈簧；銷6-9穿過柱銷6-8上端，防止夾具上壓塊6-4向上滑出；凸輪6-6、曲柄6-7-1、6-7-2、連桿6-11、滑塊6-14通過凸輪軸6-3、銷軸6-5、6-10、6-12依次連接，構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)；滑動滑塊6-14，使凸輪6-6轉(zhuǎn)動，從而壓緊夾具上壓塊6-4，繼而夾緊試件。

如圖8所示，機械手臂裝置7的底座7-2通過螺栓與高低溫試驗箱2固定連接，機械手支柱7-4與底座套筒7-3配合，并能旋轉(zhuǎn)，機械手臂7-5與機械手外環(huán)7-6緊固連接，機械手伸縮軸7-7可沿著機械手臂7-5、機械手外環(huán)7-6伸縮帶動連桿7-8、7-9-1、7-12-1、7-13-1、7-14-1做出一系列動作，使得連桿7-14-1、7-14-2上下張合，保證夾緊試件，并能將試件從試件庫5移動到試件夾具裝置6的上下壓塊中間。

其中，機械手支柱7-4上下兩端裝有電機，控制機械手支柱7-4的旋轉(zhuǎn)和機械手伸縮軸7-7的平移。

其中，傳感器與非接觸式激振器架3支撐電渦流傳感器10-1和非接觸式激振器11-1，通過導線11-2控制非接觸式激振器11-1，通過導線10-2采集信號輸送給電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8。夾具及機械手臂等測試機構(gòu)選用不銹鋼420(2Cr13)，它具有較高的硬度、韌性，較好的耐腐性、耐熱強性和冷變形性能，可保證測試機構(gòu)在高低溫環(huán)境下不發(fā)生變形、從而保證其長期穩(wěn)定的工作。各傳感器信號線纜需選用高低溫、高柔性阻燃電纜，以保證電纜的工作可靠性。將控制柜與測試的電器系統(tǒng)連接，弱電線路和強電線路分開布置，以降低對弱電信號的干擾。

如圖9所示，驅(qū)動滑塊電機2-5正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的電氣控制系統(tǒng)原理圖顯示，當合上QS，電路接通；當按下按鈕SB1，電機正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)線路被鎖；當按下按鈕SB2，電機反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)線路被鎖；當按下按鈕SB3，電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)線路被鎖；實現(xiàn)了滑塊、轉(zhuǎn)軸的實時啟動、停止。該控制線路共9套，分別控制試件庫上下移動和前后移動、非接觸式激振器的前后移動和左右移動、電渦流傳感器的前后移動和左右移動、夾具的張合、機械手臂的旋轉(zhuǎn)與張合。

本發(fā)明的工作原理為：將各個系統(tǒng)連接完畢，電氣控制系統(tǒng)8控制機械手臂7在數(shù)據(jù)庫5中取所需試件移動到夾具位置，并由夾具6夾緊，機械手臂7離開夾具位置，以妨礙測量，控制系統(tǒng)8控制非接觸式激振器和電渦流傳感器移動到距試件合適的位置處，在計算機控制與分析系統(tǒng)9中設置需要的參數(shù)，開始測量，由高低溫控制柜1調(diào)節(jié)溫度到需要的值，保溫一段時間，啟動非接觸式激振器，進行掃頻，至少進行5次掃頻，取測試結(jié)果的平均值，同時，電渦流傳感器采集信號傳輸給電氣控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，最后，由計算機控制與分析系統(tǒng)9進行分析處理，得出測試結(jié)果；調(diào)節(jié)由高低溫控制柜1，進行下一個溫度點的測試，如此循環(huán)，可完成一系列溫度點的測試。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，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)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。