[发明专利]一种摩擦噪声的试验分析方法及其试验装置

说明书

技术领域

本发明属于机械工程中摩擦噪声技术领域。

背景技术

空气、水和噪声污染被称为工业文明危害环境的三大污染源。随着现代工业技术的高速发展，给社会带来便利和高效益的同时，辐射出来的工业和交通噪声也带来了严重的危害和损失，而工业和交通机械设备中大量摩擦接触部位所产生的摩擦噪声问题最为严重。摩擦噪声是指因摩擦而发出的一种频率和声压级都不规则变化的声音，通常都为1kH以上的高频噪声。它不仅对人耳听觉和周边环境伤损害很大，而且还严重影响和阻碍许多摩擦系统，如制动系统、轨道运输的轮轨系统、车床切削系统、透平机叶片关节、机器人关节、电机驱动系统、船用水润滑轴承等在工业上的正常使用。

摩擦引起的振动和噪声是一个很复杂的自然现象，摩擦噪声与摩擦振动的关系十分密切，它的产生以及声压级的大小与摩擦系统的刚度、摩擦副的材料性能、界面特性、润滑条件和环境条件等众多因素有关。目前绝大部分研究都是从动力学角度来分析系统不稳定性与噪声的关系。而摩擦学相关研究表明，摩擦学特性与噪声的产生有很大的关联，摩擦材料及其接触界面的摩擦学特性变化又很大。因此，动力学和有限元模拟计算等手段均无法准确的预测摩擦噪声的产生及特性。如何精确地开展摩擦噪声试验研究，系统深入研究各种因素与摩擦噪声的内在联系，是了解各类摩擦噪声产生机理的关键。但目前从摩擦学试验角度研究摩擦噪声的工作较少，这主要归因于摩擦噪声试验涉及的因素较多，人工控制再现或模拟困难，试验重复性和测试精度要求高等。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种摩擦噪声的试验分析方法，该试验方法能同步动态采集摩擦振动、摩擦力、噪声信号，从而较准确地分析摩擦噪声与界面及系统特性的相互关系和影响规律，以揭示摩擦噪声的产生机理，为控制并降低摩擦过程中出现的振动噪声、保护环境，改进机械设备的相关设计，提高装备与器械的使用性能与寿命提供更准确可靠的试验依据。

本发明实现其第一个发明目的所采用的第一种技术方案是：一种摩擦噪声的试验分析方法，其做法是：

将摩擦副的下摩擦件夹持在下夹具上，下夹具固定在往复运动装置上；用上夹具夹持摩擦副的上摩擦件，上夹具穿过水平支架与应变式力传感器的底面接触，上夹具的侧面安装三维加速度传感器，水平支架的两端通过压电式力传感器固定在支架基座上，应变式力传感器固定在二维移动台的底部；声学传感器的感应端位于上、下摩擦件接触界面附近；

通过控制系统控制二维移动台的上下、左右移动，使应变式力传感器压紧上夹具并使上、下摩擦件接触并保持设定的法向载荷F_n；然后，控制系统控制往复运动装置以设定的频率进行往复运动，使上、下摩擦件间产生往复摩擦；

在上、下摩擦件发生往复摩擦的同时，水平支架端部的压电式力传感器测出切向拉压力即摩擦力，上夹具上的三维加速度传感器采集上摩擦件三个方向上的振动加速度信号，摩擦界面附近的声学传感器采集摩擦噪声信号，三种传感器的信号均传送至信号测试分析系统，实现摩擦噪声、三个方向上的振动加速度和摩擦力的精确同步动态采集及实时分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过控制系统控制二维移动台使应变式力传感器压紧上夹具，并通过应变式力传感器的实时反馈，在上、下摩擦件之间恒定地施加设定的载荷。另外，控制系统通过往复运动装置控制下摩擦件实现精确可控的往复运动，从而实现摩擦副的上、下摩擦件在设定载荷、往复位移和速度条件下的摩擦运动。在实现摩擦副的摩擦运动的同时，压电式力传感器同时测出摩擦界面上的摩擦力，三维加速度传感器采集上摩擦件三个方向上的振动加速度信号，声学传感器则近距离采集摩擦噪声信号。实现了摩擦系统中摩擦力、摩擦振动、噪声三种信号的精确同步采集，将采集出的摩擦力的信号与振动加速度和噪声信号进行对比、分析，从而较准确地研究摩擦噪声与界面及系统特性的相互关系和影响规律，以揭示摩擦噪声的产生机理，为控制并降低摩擦过程中出现的振动噪声、保护环境，改进机械设备的相关设计，提高装备与器械的使用性能与寿命提供更准确可靠的试验依据。

采用压电式力传感器较之其它力传感器具有更高的固有频率，从而可采集到摩擦力信号的高频成分，能很好地分析出摩擦力的高频信号与振动加速度和噪声信号的关系，更全面准确的分析出摩擦力与摩擦噪声的关系及影响规律。