[发明专利]一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法

说明书

本发明为一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法，模态力锤内芯包括内壳以及安装于内壳中的测力机构、测距机构和调力机构，内壳整体嵌设于外壳中，手柄固定安装于外壳外部下方，手柄与调力机构之间安装有扳手机构，扳手机构穿置于外壳及内壳与调力机构卡接；方法为：根据实际情况与待测物体，调节施力大小、敲击点、顶针与配重头之间的距离；调节脉冲敲击力；扣动扳机结构内芯弹出；松开扳机，内芯回收；通过计算机查看激励信号。本发明操作简单，解决了模态力锤需要使用者敲击时执锤要稳、落点要准、容易双击、以及勿使冲击点在试件上滑移等过高要求，大大降低了使用模态力锤的难度，容易掌握操作要点，提高模态参数的测试精度和测试效率。

技术领域

本发明涉及一种振动测试技术领域，具体为一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法。

背景技术

模态力锤是试验模态测试过程中的关键设备，是人们在振动测试中广泛使用的一种振动激励设备。通过模态力锤可对结构系统产生脉冲激励，通过激发被测结构在较广的频段内产生振动响应，进而与测振传感器相互配合，便可获取被测结构系统的频响函数，再通过一定的模态辨识方法，就可以获得结构系统的固有频率、阻尼比和模态振型等模态参数。目前，如图1所示的大、中、小型号模态力锤已经应用于我国航空、航天、国防等各个科学研究、工程测试、实验室教学等领域。

然而，传统的模态力锤每次敲击“力道”不同，难以控制激励幅度和频率，且容易出现“双击”等问题，导致试验模态测试获得的频响函数质量不高，进而影响模态参数的测试精度。另外，模态力锤在使用时对工程师的“经验”要求极高，新手往往需要经过大量的敲击训练后，才能胜任实验模态测试的任务，这无疑增大了试验模态测试的门槛，也不利用模态力锤在模态测试应用领域的推广与应用。

以测试高档数控机床为例，图1给出了所搭建高档数控机床主轴为刀柄为刀具系统在试验模态测试时各个仪器的连接示意图，其中，模态力锤用于激发机床主轴为刀柄为刀具系统产生脉冲振动响应，进而通过三向加速度传感器可获得该系统的三维频响函数。在测试过程中，使用者需要对不同刀具的不同测点位置进行反复的脉冲激励。利用传统的模态力锤进行测试时，不同刀具模态测试时力锤激励的位置，需要敲击大量测点，且每个测点需要重复测试多次，该方法不仅对操作者的经验要求很高，同时也对操作者的测试毅力和测试水平都是极大的考验。

在传统的模态力锤使用中，需要使用者敲击时执锤要稳，落点要准，不能双击，勿使冲击点在试件上滑移等要求，而使用者很难掌握这些要点。

发明内容

针对现有模态力锤技术中的测试精度不足和测试效率低下的问题，本发明提供一种用于试验模态测试的全自动模态力锤及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种用于试验模态测试的全自动模态力锤，包括：外壳、内芯及手柄，其中，内芯包括内壳以及安装于内壳中的测力机构、测距机构和调力机构，内壳整体嵌设于外壳中，手柄固定安装于外壳外部下方，手柄与调力机构之间安装有扳手机构，扳手机构穿置于外壳及内壳与调力机构卡接。

所述测力机构包括力传感器、力传感器连接器以及力传感器配重头，其中力传感器安装于内芯端部，力传感器一端通过力传感器连接器固定安装在测距机构中的碰撞体上；力传感器配重头安装于力传感器另一端部，暴露于外壳端部外。

所述测距机构包括顶针、齿轮以及碰撞体，其中，顶针中部设有第一齿条，碰撞体内部设有第二齿条，顶针由碰撞体内部穿过，第一齿条与第二齿条之间通过齿轮啮合；顶针前端设有刻度，并暴露在外壳端部外。

所述碰撞体外观为柱体，柱体内部为变径空芯，空芯一端容装力传感器和力传感器连接器，另一端容装碰撞体弹簧，空芯中部为用于固定力传感器连接器和通过力传感器的导线的小内径；柱体中还设有第一变径通孔，其轴向与变径空芯轴向平行，第一变径通孔中内径大的部分内壁上设有第二齿条；第二齿条两侧内壁为用于娄装齿轮的轴的豁口，顶针穿置于该第一变径通孔中。