一种用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置和方法

1.本发明涉及涡流阻尼测试领域，特别涉及一种用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置和方法。

背景技术：

2.机械设备广泛应用于工业生产和日常生活中，然而在机械设备运作过程中会产生较大的振动和噪声，这将影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零部件的过快失效。在建筑、桥梁、铁路等结构工程中同样存在着机械振动，这种振动会造成结构发生变形而产生严重后果。为了削弱这些有害的振动，各式各样阻尼器被利用在结构工程中，其原理是通过耗散系统中的振动能量以实现减振目的。
3.相比于传统依靠机械摩擦耗能、需要工作流体的液体阻尼器或气体阻尼器，非接触式的涡流阻尼更具优势，因此得到了越来越广泛的应用。其工作原理是，利用导体切割磁感线，在导体中形成电涡流，从而形成反向感应磁场并产生涡流阻尼力，阻碍原磁场的运动。对于电涡流阻尼的测试方法，传统方法是采用间接推算的方式得到，具体是利用自由落体运动，根据激光位移传感器得到的位置信息进一步推算得出阻尼力大小，这种方式得到的阻尼力数据往往不够准确。

技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的所测数据不够精确的问题，本发明提供了一种用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置和方法。采用直接测量的方式，并利用静压气体轴承原理实现磁体与缸筒的同轴心，从而更准确的测得筒式涡流阻尼大小。
5.本发明是通过如下技术方案得以实现的：
6.一种测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于：包括安装平台、运动部件、对中部件、导向组件、缸筒、被测磁体部件、供气部件、控制系统、s型拉压力传感器；
7.所述运动部件包括第一伺服电机、单向滚珠丝杠滑台、第一连接台、第二伺服电机、双向滚珠丝杠滑台、第二连接台、v形块；所述单向滚珠丝杠滑台固定在安装平台上，第一伺服电机经联轴器与单向滚珠丝杠滑台内部的丝杠连接，第一连接台装在单向滚珠丝杠滑台的滑台座上；双向滚珠丝杠滑台固定在安装平台上、且与单向滚珠丝杠滑台垂直，第二伺服电机通过联轴器与双向滚珠丝杠滑台内部的丝杠连接，两个第二连接台分别固定在双向滚珠丝杠滑台的两个滑台座上，两个v形块分别固定在两个第二连接台上、且开口相对；缸筒通过v形块装夹固定在第二连接台上；
8.所述导向组件安装在缸筒的端部，包括空气轴承、空气轴承进气口、导向套、橡胶环，空气轴承安装在导向套内部，导向套另一侧通过橡胶环与缸筒内壁过盈配合；
9.所述对中部件包括中空杆和中空活塞，中空活塞位于缸筒内、且壁面上开有多个节流孔；所述中空杆的一端穿过空气轴承与位于缸筒内的中空活塞螺纹连接，另一端与s型拉压力传感器的一端相连，且中空杆上开有与中空杆内的通孔连通的进气口；所述s型拉压
力传感器的另一端固定在第一连接台上；
10.所述被测磁体部件包括磁性部件和磁体装夹机构，所述磁性部件固定装夹在磁体装夹机构上，被测磁体部件与中空活塞螺栓连接；
11.供气部件与进气口和空气轴承进气口连通，且由常闭高速开关阀控制气路的通断；
12.所述控制系统包括pc机、数据采集卡、pwm信号发生器，pc机通过数据采集卡与s型拉压力传感器、第一伺服电机、第二伺服电机相连，通过pwm信号发生器与常闭高速开关阀相连。
13.上述方案中，所述磁体装夹机构包括旋转盘、支撑块、固定盘、弹性圈、卡簧、轴承、滑动片、橡胶模，所述三个滑动片分别置于固定盘的三个槽内，所述旋转盘通过轴承安装在固定盘的伸出轴上，所述三个滑动片的滑动轴置于旋转盘的三个槽内，并分别通过卡簧卡住，所述三个橡胶模分别安装在三个滑动片的挡片上，所述三个滑动片还设有凹槽，弹性圈放置在凹槽中，内六角螺栓穿过三个支撑块上的沉头孔将磁体装夹机构与对中组件端部的中空活塞固定连接。
14.上述方案中，所述供气部件包括气源、分离器、减压阀、气罐、压力传感器、常闭高速开关阀、过滤器，所述气源经过分离器和减压阀输送至气罐，压力传感器用于测量气罐出气口的气压，常闭高速开关阀置于气罐后端，气体经过过滤器与进气口和空气轴承进气口连通，所述压力传感器通过数据采集卡与pc机相连。
15.上述方案中，s型拉压力传感器通过球型铰链与中空杆相连。
16.上述方案中，所述第二连接台侧边各设有挡块，所述挡块与v形块后端之间各安装一个缓冲弹簧，所述v形块为非金属材料制成。
17.上述方案中，所述中空活塞内的空腔内壁开有的多个节流孔，在轴向至少分布两排、周向至少分布三个；所述中空杆与中空活塞螺纹连接，并通过密封圈密封防止气体泄漏。
18.上述方案中，所述磁性部件为永磁铁或电磁装置。
19.上述方案中，所述安装平台为水平放置或竖直放置。
20.上述方案中，所述装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
21.(1)控制系统首先控制第二伺服电机带动双向滚珠丝杠滑台内部丝杠工作，使两个v形块靠近，夹紧缸筒；
22.(2)控制系统经pwm信号发生器控制常闭高速开关阀打开，向进气口和空气轴承进气口提供压缩空气从而在缸筒内壁与中空活塞外壁之间、空气轴承和中空杆之间产生高压承载气膜，使得中空活塞与缸筒同轴心，随后控制系统控制第一伺服电机带动第一连接台做往复运动，进而实现被测磁体部件在缸筒内部做匀速直线运动；在此过程中，控制系统实时采集所述s型拉压力传感器测得的匀速运动时的拉力或压力，即为阻尼力，根据阻尼力与匀速运动的速度之间的关系计算得到阻尼系数。
23.上述测试方法中，当所述安装平台水平放置时s型拉压力传感器上测得的力即为所受的涡流阻尼力；当所述安装平台竖直安装时，涡流阻尼力为s型拉压力传感器上测得的力减去对中部件及被测磁体部件的重力。
24.本发明与现有技术相比，产生的有益效果是：
25.首先，本发明提供的用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置和方法，依靠对中空活塞和空气轴承提供压力足够大的压缩空气，以产生能够支撑起对中组件的承载力，从而保证测试过程中磁体模块与缸筒同轴心，提高测试结果准确性；
26.其次，该装置是利用一个力传感器直接测量得到涡流阻尼大小，相比于传统方法通过自由落体和激光位移传感器测得位置信息来间接推算得到的阻尼大小更准确；
27.再次，本发明提供的用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置和方法，其安装平台即可以水平放置，也可以竖直安装，可以适用于多种测试场景；
28.最后，本发明所述的一种用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置和方法，能够更换不同尺寸参数的缸筒及磁体模块进行测试，因此应用范围十分广泛。
附图说明
29.图1是用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置的主视图。
30.图2是用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置的整体示意图。
31.图3是第二连接台的局部主视图。
32.图4是对中组件、导向组件的局部剖视图。
33.图5是导向组件的局部主视图。
34.图6是被测磁体部件的局部主视图。
35.图7是被测磁体部件和对中组件局部剖视图。
36.图8是用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置的控制系统原理图。
37.图中：1、安装平台，2、运动部件，201、第一伺服电机，202、单向滚珠丝杠滑台，203、第一连接台，204、第二伺服电机，205、双向滚珠丝杠滑台，206、第二连接台，206-1、挡块，206-2、弹簧，207、v形块，3、对中部件，301、中空杆，301-1、进气口，302、中空活塞，302-1、节流孔，4、导向组件，401、空气轴承，401-1、空气轴承进气口，402、导向套，403、橡胶环，5、缸筒，6、被测磁体部件，601、磁性部件，602、磁体装夹机构，602-1、旋转盘，602-2、支撑块，602-3、固定盘，602-4、弹性圈，602-5、卡簧，602-6、轴承，602-7、滑动片，602-8、橡胶模，7、供气部件，701、气源，702、分离器，703、减压阀，704、气罐，705、压力传感器，706、常闭高速开关阀，707、过滤器，8、控制系统，801、pc机，802、数据采集卡，803、pwm信号发生器，804、s型拉压力传感器。
具体实施方式
38.下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
39.实施例1：安装平台水平放置
40.图1和图2所示为本发明所述的一种用于测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置的一种实施方式，其特征在于：包括安装平台1、运动部件2、对中部件3、导向组件4、缸筒5、被测磁体部件6、供气部件7、控制系统8和s型拉压力传感器804。所述运动部件2包括第一伺服电机201、单向滚珠丝杠滑台202、第一连接台203、第二伺服电机204、双向滚珠丝杠滑台205、第二连接台206、v形块207。如图2所示，所述单向滚珠丝杠滑台202固定在安装平台1上，第一伺服电机201经联轴器与单向滚珠丝杠滑台202内部的丝杠连接，第一连接台203装
在单向滚珠丝杠滑台202的滑台座上。双向滚珠丝杠滑台205固定在安装平台1上、且与单向滚珠丝杠滑台202垂直，第二伺服电机204通过联轴器与双向滚珠丝杠滑台205内部的丝杠连接，两个第二连接台206分别固定在双向滚珠丝杠滑台205的两个滑台座上，两个v形块207分别固定在两个第二连接台206上，缸筒5通过v形块207装夹固定在第二连接台206上、且开口相对。
41.第二连接台206侧边还各设有挡块206-1，所述挡块206-1与v形块207后端之间各安装一个缓冲弹簧206-2，如图3所示。两个缓冲弹簧206-2具有相同且较大的刚度，由于缓冲弹簧206-2的刚度较大，其变形量较小，从而能够保证在夹紧缸筒5后，双向滚珠丝杠滑台205在微小的位移内活动，不对双向滚珠丝杠滑台205的内部丝杠螺母结构造成破坏。
42.所述第二伺服电机204驱动双向滚珠丝杠滑台205工作时，两个v形块207同时对向靠近，从而夹紧缸筒5，缓冲弹簧206-2起到缓冲作用，此处的两个v形块207为非金属材料制成，能够避免被测磁体部件6相对于缸筒5运动时，在v形块207上产生涡流效应，影响测试结果，在运动过程中，即使缸筒5在水平方向有微小的位移变化，也可以通过对中部件3与s型拉压力传感器804之间的球型铰链克服。
43.所述导向组件4安装在缸筒5的端部，如图5所示，包括空气轴承401、空气轴承进气口401-1，导向套402、橡胶环403；空气轴承401安装在导向套402内部，导向套402另一侧通过橡胶环403与缸筒5内壁过盈配合，橡胶环403便于导向组件4的拆装，同时空气轴承401还为对中组件3提供支撑作用。
44.如图4所示，所述对中部件3包括中空杆301和中空活塞302，中空活塞302位于缸筒5内、且壁面上开有多个节流孔302-1，节流孔302-1在轴向至少分布两排、周向至少分布三个，均匀开设的多个节流孔302-1便于压缩气体在缸筒5内壁与中空活塞302外壁之间、空气轴承401和中空杆301之间产生高压承载气膜，使得中空活塞302与缸筒5同轴心，空气轴承401和中空杆301之间产生的高压承载气膜作用到中空杆301和s型拉压力传感器804，利用球铰链促进中空杆301和s型拉压力传感器804同轴心位置更加精准。所述中空杆301的一端穿过空气轴承401与中空活塞302螺纹连接，另一端与s型拉压力传感器804的一端相连，且中空杆301上开有与中空杆301内的通孔连通的一进气口301-1，所述s型拉压力传感器804的另一端固定在第一连接台203上。
45.所述被测磁体部件6包括磁性部件601和磁体装夹机构602，所述磁性部件601固定装夹在磁体装夹机构602上，被测磁体部件6与中空活塞302螺栓连接，如图6所示，被测磁体部件6与缸筒5内壁无直接接触。所述三个滑动片602-7分别置于固定盘602-3的三个槽内，旋转盘602-1通过轴承602-6安装在固定盘602-3的伸出轴上，所述三个滑动片602-7的滑动轴置于旋转盘602-1的三个槽内，并分别通过卡簧602-5卡住，所述三个橡胶模602-8分别安装在三个滑动片602-7的挡片上，所述三个滑动片602-7上还设有凹槽，弹性圈602-4放置在凹槽中，如图7所示，内六角螺栓穿过三个支撑块602-2上的沉头孔将磁体装夹机构602与对中组件3端部的中空活塞302固定连接。
46.磁体装夹机构602在自然状态下，由于弹性圈602-4的作用，使得三个滑动片602-7处于收缩状态，放置磁体601时，克服弹性圈602-4的弹性力使三个滑动片602-7张开从而包裹磁体601，橡胶模602-8用于防止磁体601产生相对转动，该磁体装夹机构602可以夹持不同外径的磁体601进行测试，因此应用范围十分广泛。
47.所述供气部件7包括气源701、分离器702、减压阀703、气罐704、压力传感器705、常闭高速开关阀706、过滤器707，如图8所示，所述气源701产生压缩空气经过分离器702和减压阀703输送至气罐704，压力传感器705放置在气罐704后端，用于测量气罐704出气口的气压，并将数据传输至控制系统8，常闭高速开关阀706置于气罐704后端，气体经过过滤器707向进气口301-1和空气轴承进气口401-1供气，且由常闭高速开关阀706控制气路的通断。
48.所述控制系统8包括pc机801、数据采集卡802和pwm信号发生器803，数据采集卡802和pwm信号发生器803均与pc机801电气连接。所述s型拉压力传感器804的信息经数据采集卡802的a/d端口传输至pc机801，pc机801经数据采集卡802的d/a端口操控第一伺服电机201和第二伺服电机204进行工作，此时s型拉压力传感器804上测得的力即为所受的涡流阻尼大小。
49.测试时，将安装平台1水平放置，pc机801首先控制第二伺服电机204带动双向滚珠丝杠滑台205以极低的速度移动，使两个v形块207靠近，从而夹紧缸筒5；pc机801经pwm信号发生器803控制常闭高速开关阀706打开，向进气口301-1和空气轴承进气口401-1提供压缩空气，从而在缸筒5内壁与中空活塞302外壁之间、空气轴承401和中空杆301之间产生高压承载气膜，使得被测磁体部件6与缸筒5同轴心；同时，pc机801控制第一伺服电机201带动第一连接台203做往复运动，进而实现被测磁体部件6在缸筒5内部做匀速直线运动；在被测磁体部件6运动的过程中所述s型拉压力传感器804实时测得的受力数值经数据采集卡802的a/d端口传输至pc机801，在匀速运动时s型拉压力传感器804上测得的力即为所受的涡流阻尼大小，多次测量取平均值。
50.实施例2：安装平台竖直放置
51.与实施例1不同的是将安装平台1改为竖直放置，此时需减小对进气口301-1和空气轴承401内提供的压缩空气的压力，在缸筒5内壁和中空杆301外壁产生高压承载气膜，使得被测磁体部件6与缸筒5实现同轴心。同样是实时监测被测磁体部件6匀速运动的过程中s型拉压力传感器804测得的力，在匀速运动时s型拉压力传感器804的受力为涡流阻尼力与对中部件3、被测磁体部件6两部分重力的合力，减去这两部分重力后，即可得到涡流阻尼力。
52.实施例3：使用电磁体作为被测磁体
53.沿用实施例1的技术方案，将磁体601替换为电磁体作为被测磁体，利用可调直流电源为电磁铁供电，改变电流大小即可改变电磁体的磁场强度，获得不同磁场强度下的涡流阻尼力及阻尼系数。
54.所述实例为本发明的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于：包括安装平台(1)、运动部件(2)、对中部件(3)、导向组件(4)、缸筒(5)、被测磁体部件(6)、供气部件(7)、控制系统(8)、s型拉压力传感器(804)；所述运动部件(2)包括第一伺服电机(201)、单向滚珠丝杠滑台(202)、第一连接台(203)、第二伺服电机(204)、双向滚珠丝杠滑台(205)、第二连接台(206)、v形块(207)；所述单向滚珠丝杠滑台(202)固定在安装平台(1)上，第一伺服电机(201)经联轴器与单向滚珠丝杠滑台(202)内部的丝杠连接，第一连接台(203)装在单向滚珠丝杠滑台(202)的滑台座上；双向滚珠丝杠滑台(205)固定在安装平台(1)上、且与单向滚珠丝杠滑台(202)垂直，第二伺服电机(204)通过联轴器与双向滚珠丝杠滑台(205)内部的丝杠连接，两个第二连接台(206)分别固定在双向滚珠丝杠滑台(205)的两个滑台座上，两个v形块(207)分别固定在两个第二连接台(206)上、且开口相对；缸筒(5)通过v形块(207)装夹固定在第二连接台(206)上；所述导向组件(4)安装在缸筒(5)的端部，包括空气轴承(401)、空气轴承进气口(401-1)、导向套(402)、橡胶环(403)，空气轴承(401)安装在导向套(402)内部，导向套(402)另一侧通过橡胶环(403)与缸筒(5)内壁过盈配合；所述对中部件(3)包括中空杆(301)和中空活塞(302)，中空活塞(302)位于缸筒(5)内、且壁面上开有多个节流孔(302-1)；所述中空杆(301)的一端穿过空气轴承(401)与位于缸筒(5)内的中空活塞(302)螺纹连接，另一端与s型拉压力传感器(804)的一端相连，且中空杆(301)上开有与中空杆(301)内的通孔连通的进气口(301-1)；所述s型拉压力传感器(804)的另一端固定在第一连接台(203)上；所述被测磁体部件(6)包括磁性部件(601)和磁体装夹机构(602)，所述磁性部件(601)固定装夹在磁体装夹机构(602)上，被测磁体部件(6)与中空活塞(302)螺栓连接；供气部件(7)与进气口(301-1)和空气轴承进气口(401-1)连通，且由常闭高速开关阀(706)控制气路的通断；所述控制系统(8)包括pc机(801)、数据采集卡(802)、pwm信号发生器(803)，pc机(801)通过数据采集卡(802)与s型拉压力传感器(804)、第一伺服电机(201)、第二伺服电机(204)相连，通过pwm信号发生器(803)与常闭高速开关阀(706)相连。2.根据权利要求1所述的测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于：所述磁体装夹机构(602)包括旋转盘(602-1)、支撑块(602-2)、固定盘(602-3)、弹性圈(602-4)、卡簧(602-5)、轴承(602-6)、滑动片(602-7)、橡胶模(602-8)，所述三个滑动片(602-7)分别置于固定盘(602-3)的三个槽内，所述旋转盘(602-1)通过轴承(602-6)安装在固定盘(602-3)的伸出轴上，所述三个滑动片(602-7)的滑动轴置于旋转盘(602-1)的三个槽内，并分别通过卡簧(602-5)卡住，所述三个橡胶模(602-8)分别安装在三个滑动片(602-7)的挡片上，所述三个滑动片(602-7)还设有凹槽，弹性圈(602-4)放置在凹槽中，内六角螺栓穿过三个支撑块(602-2)上的沉头孔将磁体装夹机构(602)与对中组件(3)端部的中空活塞(302)固定连接。3.根据权利要求1所述的测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于：所述供气部件(7)包括气源(701)、分离器(702)、减压阀(703)、气罐(704)、压力传感器(705)、常闭高速开关阀(706)、过滤器(707)，所述气源(701)经过分离器(702)和减压阀(703)输送至气
罐(704)，压力传感器(705)用于测量气罐(704)出气口的气压，常闭高速开关阀(706)置于气罐(704)后端，气体经过过滤器(707)与进气口(301-1)和空气轴承进气口(401-1)连通，所述压力传感器(705)通过数据采集卡(802)与pc机(801)相连。4.根据权利要求3所述的测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于，s型拉压力传感器(804)通过球型铰链与中空杆(301)相连。5.根据权利要求1所述的测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于：所述第二连接台(206)侧边各设有挡块(206-1)，所述挡块(206-1)与v形块(207)后端之间各安装一个缓冲弹簧(206-2)，所述v形块(207)为非金属材料制成。6.根据权利要求1所述的测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于，所述中空活塞(302)壁面上的节流孔(302-1)，在轴向至少分布两排、周向至少分布三个；所述中空杆(301)与中空活塞(302)螺纹连接，并通过密封圈(303)密封防止气体泄漏。7.根据权利要求1所述的测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于，所述磁性部件(601)为永磁铁或电磁装置。8.根据权利要求1所述的测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置，其特征在于：所述安装平台(1)为水平放置或竖直放置。9.基于权利要求1-6中的任一项所述装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)控制系统(8)首先控制第二伺服电机(204)带动双向滚珠丝杠滑台(205)内部丝杠工作，使两个v形块(207)靠近，夹紧缸筒(5)；(2)控制系统(8)经pwm信号发生器(803)控制常闭高速开关阀(706)打开，向进气口(301-1)和空气轴承进气口(401-1)提供压缩空气从而在缸筒(5)内壁与中空活塞(302)外壁之间、空气轴承(401)和中空杆(301)之间产生高压承载气膜，使得中空活塞(302)与缸筒(5)同轴心，随后控制系统(8)控制第一伺服电机(201)带动第一连接台(203)做往复运动，进而实现被测磁体部件(6)在缸筒(5)内部做匀速直线运动；在此过程中，控制系统(8)实时采集所述s型拉压力传感器(804)测得的匀速运动时的拉力或压力，即为阻尼力，根据阻尼力与匀速运动的速度之间的关系计算得到阻尼系数。10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，当所述安装平台(1)水平放置时s型拉压力传感器(804)上测得的力即为所受的涡流阻尼力；当所述安装平台(1)竖直安装时，涡流阻尼力为s型拉压力传感器(804)上测得的力减去对中部件(3)及被测磁体部件(6)的重力。

技术总结

本发明公开了一种测试磁体与缸筒间涡流阻尼系数的装置和方法，主要包括缸筒、安装在缸筒端部的导向组件、对中部件、被测磁体部件、S型拉压力传感器，对中部件包括位于缸筒内的中空活塞及与其连接的中空杆，中空杆的另一端与S型拉压力传感器的一端相连，被测磁体部件固定在中空活塞上，通过供气部件为对中部件和导向组件提供压缩气体，使中空活塞、被测磁体部件与缸筒之间以及中空杆与导向组件之间形成气膜，保证测试过程中被测磁体部件与缸筒同轴心，提高测试结果准确性。通过测量被测磁体部件匀速运动时S型拉压力传感器所受的拉压力来获得阻尼系数。本发明所提出的涡流阻尼测试装置具有良好的测量精度，且能够保证测试结果的准确性。的准确性。的准确性。