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一种单自由度系统机械振动综合实验仪.pdf

摘要
申请专利号:

CN201310642210.6

申请日:

2013.11.29

公开号:

太阳城集团CN103632591A

公开日:

2014.03.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G09B 23/10申请日:20131129|||公开
IPC分类号: G09B23/10 主分类号: G09B23/10
申请人: 天津工业大学
发明人: 李雅峰; 李皎; 陈小明; 吴东航; 张金良; 谢宇; 刘太丽; 薛泽锋; 桂立凯
地址: 300387 天津市西青区宾水西道399号
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310642210.6

授权太阳城集团号:

太阳城集团103632591B||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.05.03|||2014.12.31|||2014.03.12

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明涉及一种单自由度系统机械振动综合实验仪,具体而言,提供一种理工科院校大学物理和机械振动课程机械振动实验装置。该实验仪包括支撑面板组件、送纸机构和激振机构。所述的送纸机构和激振机构均安装在支撑面板上;所述的送纸机构和激振机构均安装在支撑面板上。送纸机构由步进电机驱动,主动滚轮和从动滚轮一起带动纸带进给,并以一定速度从压辊定位的工作区通过。激振机构中激振电机的输出轴上安装槽轮,槽轮上安装拨销,拨销套入受迫振动板的槽轮槽中,受迫振动板安装在直线导轨上对振子进行激振;通过送至机构和激振机构的共同作用,实现简谐振动、受迫振动、自由振动等振动的教学演示及实验波形的绘制。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于在理工科院校大学物理和机械振动课程中的单自由度系统机械振动综合实验仪,其特征在于包括支撑面板组件、弹簧阻尼振子系统、送纸机构和激振机构。

2.  根据权利要求1所述的单自由度系统机械振动综合实验仪,其特征在于:直线定导轨一端通过卡槽与导轨支座连接,可以方便更换各种不同刚度的线性弹簧,并且重新装夹固定。

3.  根据权利要求1所述的单自由度系统机械振动综合实验仪,其特征在于:所述振动质量块通过螺纹联接固定于直线动导轨上,改变振子质量大小通过质量块上的内外螺纹进行组合联接或是拆除。

4.  根据权利要求1所述的单自由度系统机械振动综合实验仪,其特征在于:所述的弹簧一端和支撑组件固定的支座联接,另一端和动导轨联接,两端的联接固定方式都为锥形螺纹压紧固接。

5.  根据权利要求1所述的单自由度系统机械振动综合实验仪,其特征在于:所述的进纸机构采用步进电机驱动主、从动滚轮,从而带动纸带进给,纸带的进给速度由驱动频率和滚轮的直径决定。

6.  根据权利要求1所述的单自由度系统机械振动综合实验仪,其特征在于:所述的激振机构中激振电机输出轴上安装槽轮,槽轮上安装拨销,拨销套入受迫振动板的槽轮槽驱动激振。

7.  根据权利要求1所述的单自由度系统机械振动综合实验仪,其特征在于:所述的阻尼系统中阻尼大小通过改变阻尼气缸气压来调节,当阻尼气缸和动导轨断开联接时,即为单自由度无阻尼系统机械振动状态。

说明书

说明书一种单自由度系统机械振动综合实验仪
技术领域
本发明涉及机械振动测试与实验演示技术,具体为一种单自由度系统机械振动综合实验仪。
背景技术
在理工科院校大学物理和机械振动课程中,单自由度系统振动是基础和重点教学内容。现实工程中存在的大量多自由度系统和非线性系统振动问题都可以转换为单自由度求解。理解和掌握单自由度系统振动的概念、曲线、参数和结论,对于该领域的进一步学习提高尤为重要。
目前国内的机械振动与振动控制实验使用激振器、加速度传感器和信号转换器等通过虚拟仪器和计算机模拟来完成,该实验装置类型和教材上的单自由度系统差别较大。单自由度系统振动中,经常要演示物体作简谐振动和其它机械振动的振动过程和振动曲线,需要更加直观的了解振动参数对于振动曲线的影响。因此,需要一种简单方便、易于操作,和单自由度理论差距较小、能够完成多种单自由度系统振动实验的装置。
发明内容
针对现有技术的不足之处,本发明拟解决的技术问题是,提供一种单自由度系统机械振动综合实验仪。该实验仪可实现简谐振动、受迫振动、自由振动等振动的演示及波形的绘制。
本发明解决所述单自由度系统机械振动综合实验仪技术问题的方案是:设计一种单自由度系统机械振动综合实验仪,它包括支撑面板组件、送纸机构和激振机构,所述的送纸机构和激振机构均安装在支撑面板上。
所述的支撑面板组件包括支撑面板和地脚,四个地脚安装在支撑面板的下表面上;
所述的送纸机构包括步进电机,步进电机安装在步进电机支架上,步进电机支架通过螺丝固定在支撑面板的上表面;步进电机输出轴安装联轴器,通过联轴器将动力传至主动滚轮,主动滚轮两头安装轴承并固定在主动滚轮轴承座上,轴承座安装在支撑面板上表面上;主动滚轮的正上方安装从动滚轮,从动滚轮两头安装轴承并固定在压力调整块上,压力调整块安装在主动滚轮轴承座上的滑动槽中,主动滚轮轴承座的的上表面安装调整螺钉面板,调整螺钉面板上安装调整螺钉实现滚轮压力的调整;纸筒安装板通过螺钉连接固定在支撑面板上,纸筒安装轴通过螺栓连接固定在纸筒安装板上,纸筒安装轴上套有隔套,纸筒则套在隔套上 方便更换,纸筒的两侧通过纸筒安装轴套有纸筒挡板,纸筒挡板的旁边通过纸筒安装轴套有限位块,限位块通过紧定螺钉固定在纸筒安装轴上;压辊两头安装轴承并固定在压力调整块上,压力调整块安装在压辊轴承座上的滑动槽中,压辊轴承座的的上表面安装调整螺钉面板,调整螺钉面板上安装调整螺钉实现压辊压力的调整;压辊的正下方安装托纸面板,托纸面板通过螺钉连接固定在支撑面板的上表面。
所述的激振机构包括激振电机,激振电机安装在激振电机支架上,激振电机支架通过螺钉连接固定在支撑面板上表面上,激振电机的输出轴上安装槽轮,槽轮上安装拨销,拨销套入受迫振动板的槽轮槽中,受迫振动板安装在直线导轨上,直线导轨安装在直线导轨支撑板上,直线导轨支撑板通过螺钉连接固定在支撑面板的上表面上;振动曲线绘制笔安装在振动质量块上,振动质量块的正上方安装弹簧连接块,振动质量块上安装直线轴承,直线轴承套在淬火光轴上,淬火光轴两端安装光轴支撑板,光轴支撑板的正上方安装有弹簧连接块,光轴支撑板通过螺钉连接固定在支撑面板上;阻尼板通过螺钉连接安装在阻尼气缸上,阻尼气缸下表面安装气缸垫块,气缸垫块通过螺钉连接固定在支撑面板上。
与现有技术相比,本发明一种单自由度系统机械振动综合实验仪具有以下特点:
1.实验效果好。本发明具体可实现简谐振动、有阻尼自由振动、简谐激振力下的受迫振动、周期激振力下的受迫振动、任意激振力下的受迫振动等单自由度系统振动的综合演示及波形的绘制。
2.人性化设计。本发明一种单自由度系统机械振动综合实验仪采用人性化设计,操作方便简单易用,可通过增减方式改变振子质量、更换不同刚度的弹簧以及通过增减气缸压力来改变阻尼。
3.直观和经济性好。本发明装置采用机械振动结构采用单自由度系统振动理论相对应的弹簧-阻尼-质量系统,便于理解和掌握实验内容。装置利用纸带实现振动的采集和显示,在纸带上进行曲线分析和参数处理。
附图说明
图1是本发明单自由度系统机械振动综合实验仪一种实施例的整机结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细进一步叙述本发明。
本发明设计的单自由度系统机械振动综合实验仪(参见图1)包括支撑面板组件1、送纸机构2、激振机构3。
所述的支撑面板组件1包括支撑面板1.2和地脚1.1,四个地脚1.1安装在支撑面板1.2的下表面上;
所述的送纸机构2包括步进电机2.21,步进电机2.21安装在步进电机支架2.22上,步进电机支架2.22通过螺丝固定在支撑面板1.2的上表面;步进电机2.21输出轴安装联轴器2.20,通过联轴器2.20将动力传至主动滚轮2.17,主动滚轮2.17两头安装轴承2.19并固定在主动滚轮轴承座2.11上,轴承座2.11安装在支撑面板1.2上表面上;主动滚轮2.17的正上方安装从动滚轮2.16,从动滚轮2.16两头安装轴承2.18并固定在压力调整块2.15上,压力调整块2.15安装在主动滚轮轴承座2.11上的滑动槽中,主动滚轮轴承座2.11的的上表面安装调整螺钉面板2.14,调整螺钉面板2.14上安装调整螺钉实现滚轮压力的调整;纸筒安装板2.12通过螺钉连接固定在支撑面板1.2上,纸筒安装轴2.2通过螺栓连接固定在纸筒安装板2.12上,纸筒安装轴2.2上套有隔套2.3,纸筒则套在隔套2.3上方便更换,纸筒的两侧通过纸筒安装轴2.2套有纸筒挡板(2.5、2.1),纸筒挡板(2.5、2.1)的旁边通过纸筒安装轴2.2套有限位块2.4,限位块2.4通过紧定螺钉固定在纸筒安装轴2.2上;压辊2.25两头安装轴承2.24并固定在压力调整块2.23上,压力调整块2.23安装在压辊轴承座2.6上的滑动槽中,压辊轴承座2.6的的上表面安装调整螺钉面板2.26,调整螺钉面板2.26上安装调整螺钉实现压辊压力的调整;压辊2.25的正下方安装托纸面板2.13,托纸面板2.13通过螺钉连接固定在支撑面板1.2的上表面;
所述的激振机构3包括激振电机3.10,激振电机3.10安装在激振电机支架3.11上,激振电机支架3.11通过螺钉连接固定在支撑面板1.2上表面上,激振电机3.10的输出轴上安装槽轮3.9,槽轮上安装拨销3.8,拨销3.8套入受迫振动板3.2的槽轮槽中,受迫振动板3.2安装在直线导轨3.3上,直线导轨3.3安装在直线导轨支撑板3.1上,直线导轨支撑板3.1通过螺钉连接固定在支撑面板1.2的上表面上;振动曲线绘制笔3.7安装在振动质量块3.6上,振动质量块3.6的正上方安装弹簧连接块3.5,振动质量块3.6上安装直线轴承3.18,直线轴承3.18套在淬火光轴3.17上,淬火光轴3.17两端安装光轴支撑板3.16,光轴支撑板3.16的正上方安装有弹簧连接块3.15,光轴支撑板3.16通过螺钉连接固定在支撑面板1.2上;阻尼板3.12通过螺钉连接安装在阻尼气缸3.13上,阻尼气缸3.13下表面安装气缸垫块3.14,气缸垫块3.14通过螺钉连接固定在支撑面板1.2上。
本发明单自由度系统机械振动综合实验仪的设计思路如下:本设计拟实现简谐振动、受迫振动、自由振动等振动的综合演示及波形的绘制,采用步进电机作为动力实现纸的传送,另外设计一套激振机构实现简谐振动、受迫振动和自由振动。
单自由度系统振动微分方程为:
mx··+cx·+kx=F(t),]]>
式中:m为振子质量;c为振动系统阻尼;k为弹簧刚度;
F(t)为振动系统输入,即激振力;
当F(t)等于0时,系统为自动振动;
当F(t)不等于0时,系统为受迫振动。
求解微分方程得到的x(t)即为时域响应曲线,通过分析曲线可以得到振动周期T。
由系统输入参数所确定的固有频率和响应曲线所得到的固有频率进行对比,来验证单自由度振动理论和实验结果的一致性。
本发明单自由度系统机械振动综合实验仪的主要发明点为:系统采用机电一体化的设计技术方案,实现简谐振动、受迫振动、自由振动等振动的综合演示及波形的绘制。
本发明单自由度系统机械振动综合实验仪的工作原理是:单自由度系统机械振动综合实验仪的工作过程为,由控制系统的单片机装置,控制步进电机,步进电机通过滚轮带动纸向前运动,同时激振机构激励振动质量块做多种受迫振动、自由振动。
本发明未述及之处适用于现有技术。

关 键 词:
一种 自由度 系统 机械振动 综合 实验
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