[发明专利]一种高维强参数激励非线性陀螺系统实验测量装置

说明书

本发明公开了一种高维强参数激励非线性陀螺系统实验测量装置，由驱动电机及其固定装置、安装传动机构及其轴承架构成主体，针对长轴、薄盘类零件在不同位置安装所需连接器和传感器并模拟真实工作所受载荷。测量过程中，驱动电机到传动轴之间的机构经安装调整后保持固定，针对不同直径的长轴和薄盘，采用相应的接头进行安装。长轴振动测量时，其所受轴向力由轴向安装电磁铁产生，由力传感器进行测量，初始变形作用力由径向安装电磁铁产生，振动由位移传感器进行测量。薄盘振动测量时，由电磁铁产生空间固定滑块载荷，由位移传感器和声音传感器进行振动测量。本装置具有结构简单、便于控制、成本较低、功能强大等特点。

技术领域

本发明涉及高维强参数激励非线性陀螺系统振动响应测量技术领域，特别是涉及针对柔性转轴和薄圆盘机械转子在不同转速陀螺效应、参数激励和外激励等情况下的振动响应测量。

背景技术

作为工程基础共性问题，机械转子、输流管道和MEMS陀螺仪等的非线性参变振动均可归结为高维强参数激励非线性陀螺系统动力学问题。它们的振动往往是非线性的，在一定条件下可能产生参变振动乃至动态失稳。对于机械转子系统和输流管道，必须设法减小参变振动，避免动态失稳；MEMS陀螺仪则采用简谐电压激励促使系统产生参变振动乃至动态失稳，以实现较小能耗换取较大振幅，从而大幅度提高系统的分辨率和灵敏度。因此，对高维强参数激励非线性陀螺系统进行振动响应测量具有极大的市场应用价值。

鉴于实际问题的复杂性，可对系统进行适当的降维，但模型的真实性也会降低。同时，参数激励非线性陀螺系统中的参数激励项、阻尼项往往是以较大幅度变化的非线性强项。目前，参数激励陀螺系统的相关领域研究存在着系统维数偏低，非线性研究集中于参数激励项、阻尼项，非线性项为小参数弱项，缺乏陀螺效应和阻尼效应对系统影响的研究，以及高维强参数激励和非线性陀螺系统动力学理论与实验相结合的研究严重缺乏等问题。因此，对于高维强参数激励非线性陀螺系统进行振动响应测量具有重要的理论研究价值。

综上所述，针对以上情况对高速旋转柔性转轴和薄圆盘机械转子作为陀螺系统的两个实例，调节其驱动转速、参数激励和外激励频率及振幅，测量其振动响应，为理论研究提供实验观察和数据校验支持，具有重大的理论研究和市场应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高维强参数非线性陀螺系统实验测量装置，测量其在不同系统驱动转速、参数激励和外激励频率及振幅下的稳态响应和动态稳定性。对于柔性转轴，测量其在不同初始变形、恒定转速和周期波动转速、恒定轴向力和周期波动轴向力作用及其相互耦合等情况下的自由振动响应和电磁铁简谐激励响应；对于薄圆盘，测量其在不同初始变形、恒定转速和周期波动转速，有无空间固定滑块载荷系统作用及其相互耦合的情况下的自由振动响应和电磁铁简谐激振响应。柔性转轴所受的轴向力、初始变形所受力和薄圆盘所受的空间固定滑块载荷均由电磁铁产生的电磁力进行模拟。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

所述基板(1)在各组件安装位置上有螺纹孔，由螺栓(12)进行连接固定。

所述模拟轴向力产生机构(2)主要包含电磁铁(19)、导向轴(21)、直线轴承(22)、力传感器(24)和电磁铁座(29)。电磁铁(19)由螺纹连接安装在导向轴(21)上，并由螺母(20)进行固定。电磁铁(19)外围装有翅片用以散热。导向轴(21)安装在直线轴承(22)上，另一端安装力传感器(24)。直线轴承(22)由螺栓(23)固定在电磁铁座(29)上。力传感器(24)由螺栓(26)安装在Z型支架(27)上并经螺母(25)进行固定。Z型支架(27) 由螺栓(28)和螺母(30)安装固定在电磁铁座(29)上。

所述施加转轴初始变形电磁铁(4)经电磁铁支架(3)由螺栓(12)固定在基板(1)上。电磁铁(4)外围装有翅片用以散热。

所述位移传感器(5)经位移传感器支架(6)由螺栓(12)固定在基板(1) 上。