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高速旋轉結構件變形及應變的光學測量裝置的制造方法

文檔序號:10227525閱讀:1068來源:國知局
高速旋轉結構件變形及應變的光學測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于旋轉機械實驗力學領域,特別涉及一種高速旋轉結構件變形及應變的光學測量裝置。
【背景技術】
[0002]旋轉結構件的變形和應變測量一直是旋轉機械實驗力學領域值得關注的問題。有學者提出用“全景莫爾輪廓法”和“狹縫式高速相機”進行旋轉物體的變形測量。非接觸的紅外遙測和超聲遙測在高速旋轉構件應力應變測量中也有嘗試。國外學者在旋轉盤表面繪制圖案,形成特殊的“光電傳感器”反射層,高速旋轉下不同徑向位置占空比的變化反映了變形特征。基于光纖光柵(FBG)測量旋轉葉片應力應變,轉速達到4000rpm。光纖傳感器用于旋轉葉片應力應變測量和狀態監測已經有多項專利,典型的如CN1844872-A、DE10159990-AUW02009095025-A1 和 US2009324409-A1 等等。
[0003]1980s以來,以數字圖像相關方法(Digital Image Correlat1n,簡稱DIC)為代表的光測力學方法逐漸完善,特別是2007年以來,國內外成熟的DIC設備逐步投入市場,基于DIC方法測量全場應變技術得到了快速發展和應用。但是,傳統DIC算法難以應對大角度轉動和大變形情況,轉動角大于7°時,引發“退相關”。商用DIC設備方面,美國CSI公司的Vic-3D非接觸應變測量系統采用優化的3D-DIC算法,能夠測量螺旋槳葉轉動變形及應變。
[0004]目前實現的旋轉結構件變形/應變光學測量方法及裝置適用的旋轉速度普遍較低,不能滿足lOOOOrpm以上的高速和30000rpm以上的超高速旋轉的儲能飛輪、動力渦輪和電主軸的測量要求。在實驗設備上,往往采用短時快門和高幀頻工業相機抓取轉動工件圖像,設備要求高,成本高。因此為了滿足lOOOOrpm以上的高速和30000rpm以上的超高速旋轉的儲能飛輪、動力渦輪和電主軸的測量要求,需要一種采用盤式變頻電機驅動單點立式支撐的薄盤試驗件軸系,利用普通數字相機獲取頻閃光源照射下的高速旋轉試驗件表面圖案,采用圖像處理技術獲取圖案變化信息并計算得到旋轉試驗件的變形和應變的光學測量
目.ο
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于解決【背景技術】所述的高速旋轉結構件動態變形和應變測量,特別針對轉速lOOOOrpm以上的高速和超高速旋轉的軸對稱結構件端面變形和應變測量,提供一種高速旋轉結構件變形及應變的光學測量裝置,其特征在于,高速旋轉結構件變形及應變的光學測量裝置由薄盤形軸對稱結構件高速旋轉系統A、圖像獲取與信號處理系統B和測試輔助系統C組成,薄盤形軸對稱結構件高速旋轉系統A使薄盤形軸對稱結構試驗件高速旋轉,圖像獲取與信號處理系統B獲取薄盤形軸對稱結構試驗件的圖像信號和照明光源的觸發信號,測試輔助系統C為薄盤形軸對稱結構件高速旋轉系統A提供真空電源、盤式電機電源和冷卻水,以及為圖像獲取與信號處理系統B提供相機調節平臺控制電源;
[0006]所述結構件高速旋轉系統A由真空室、立式超高速旋轉軸系、電機冷卻水套12和彈性阻尼器13組成;所述真空室的真空室腔體11為圓形槽,真空室腔體11壁的下部有2個對稱設置的過孔,分別為真空室抽氣口 117和真空室放氣口 118,真空室腔體11的底板上有一個中心圓孔,真空室腔體11底板中心圓孔的壁上有一個向下的臺階,圓環形的真空室端蓋111用螺栓固接在真空室腔體11的壁上,橡膠密封圈II 116墊在真空室端蓋111和真空室腔體11之間起密封作用,2個提拉把手115對稱固接在真空室端蓋111上表面的同一條直徑上,真空室端蓋111內壁上有一個向上的臺階,圓形的觀察窗113置于真空室端蓋111內壁的臺階上,壓環112通過螺栓固接在真空室端蓋111上并且把觀察窗113壓緊在真空室端蓋111上,橡膠密封圈I 114墊在觀察窗113和真空室端蓋111的內壁臺階之間起密封作用;
[0007]所述電機冷卻水套12為一種空心旋轉體,外圍為封閉的空腔體,法蘭盤I 124固接在腔體外壁的中部,法蘭盤I 124以上的腔體外壁有一個向上的臺階,腔體外壁下部有2個過孔,分別安裝進水接口 121和出水接口 122,中隔擋板將電機冷卻水套12的中心部分分隔成上下兩個凹槽,上凹槽放置盤式電機定子繞組15,下凹槽安裝彈性阻尼器13,電機冷卻水套12通過法蘭盤I 124和螺栓固接在真空室腔體11底板的下平面上,橡膠密封圈III 123墊在腔體外壁向上的臺階和真空室腔體11底板中心圓孔的向下的臺階之間起密封作用;
[0008]所述彈性阻尼器13為圓柱桶,彈性阻尼器13的外壁的中部固接法蘭盤II 137,法蘭盤II 137有一個向上的凹槽,彈性阻尼器13通過法蘭盤II 137和螺栓固接在電機冷卻水套12的腔體底板的下表面,銅墊圈135置于彈性阻尼器13上邊沿和電機冷卻水套12中隔擋板下表面之間,起密封作用,橡膠密封圈IV 136置于法蘭盤II 137的凹槽內與電機冷卻水套12的腔體底板的下表面之間,起密封和緩沖作用;錐形質量體132由上部的圓柱體和下部的倒圓錐體組成,圓柱體和倒圓錐體同軸,倒圓錐體的錐頂頂在彈性阻尼器13的底板中心上,彈性硅膠0圈134套在錐形質量體132的圓柱體上并且與彈性阻尼器13內壁接觸,將錐形質量體132直立扶持,螺旋槽球軸承球窩133鑲嵌在錐形質量體132的圓柱體上端面中心的圓槽內,阻尼潤滑油131灌注在彈性阻尼器13內并將螺旋槽球軸承球窩133浸沒;
[0009]所述立式超高速旋轉軸系由彈性小軸16、微型螺旋槽球軸承161、轉子連接軸17、試驗件安裝螺母172、電機轉盤安裝螺母173、盤式電機轉盤14和試驗件18組成,其中,轉子連接軸17為階梯軸,軸中心有軸中心通孔171,試驗件安裝螺母172將試驗件18軸向固定在轉子連接軸17的上部,試驗件18的上表面為同心圓圖案面,電機轉盤安裝螺母173將盤式電機轉盤14軸向固定在轉子連接軸17的中部,彈性小軸16的上端插裝在轉子連接軸17的軸中心通孔171中,下端焊接微型螺旋槽球軸承161,彈性小軸16上部的軸肩使彈性小軸16在轉子連接軸17上軸向定位;
[0010]所述試驗件18為薄盤形軸對稱結構試驗件,在試驗件上表面繪制如圖3所示的同心圓圖案,試驗件18的內徑為^,外徑為^,試驗件上表面繪制η個同心圓,從內向外同心圓的半徑依次為A, r2, r3,...!■?,η為1?50整數;
[0011]在真空室內,盤式電機定子繞組15置于電機冷卻水套12的上凹槽內,微型螺旋槽球軸承161置于螺旋槽球軸承球窩133中,立式超高速旋轉軸系支承在螺旋槽球軸承球窩133上,螺旋槽球軸承球窩133、微型螺旋槽球軸承161與彈性小軸16組成樞軸承。立式超高速旋轉軸系的振動通過樞軸承傳遞給彈性硅膠0圈134和錐形質量體132,振動能量通過阻尼潤滑油131得到耗散。微型螺旋槽球軸承161與螺旋槽球軸承球窩133的接觸部分浸沒在阻尼潤滑油131中,高速旋轉中螺旋槽攪動球窩內潤滑油,在流體動壓潤滑作用下使整個軸系懸浮;彈性阻尼器13的支承殼體即為阻尼油容器,也同時為彈性阻尼器13提供軸向和徑向定位;工作時,盤式電機定子繞組15驅動盤式電機轉盤14,立式超高速旋轉軸系高速旋轉并且直立在真空室內;
[0012]所述圖像獲取與信號處理系統Β中,數字相機22置于相機調節平臺21,數字相機22的鏡頭向下對準立式超高速旋轉軸系上的試驗件18的同心圓圖案面,數字相機22用CameraLink信號電纜221與安裝在計算機25中的圖像信號采集卡23連接,白光LED環形陣列27在數字相機22鏡頭的周圍照明試驗件18的同心圓圖案面,白光LED環形陣列27用LED驅動電纜271與安裝在計算機25中的多功能數據采集卡24連接,接觸式振動傳感器26由內置磁鐵吸附在真空室腔體11的外壁上,接觸式振動傳感器26用振動信號線261與多功能數據采集卡24連接;
[0013]所述數字相機22為普通的低速數字相機;
[0014]所述測試輔助系統C中,真空計312和抽氣閥門313的一端通過三通311與真空室腔體11上的真空室抽氣口 117連接,抽氣閥門313的另一端通過真空管道31與真空栗32的抽氣口連接,放氣閥門33的一端與真空室放氣口 118連接,變頻電源34通過盤式電機電纜341與盤式電機定子繞組15連接,相機調節平臺控制器36通過相機調節平臺控制器電纜361與相機調節平臺21連接,電機冷卻循環水機組35的出水口和回水口通過冷卻水管道351分別與電機冷卻水套12上的進水接口 121和出水接口 122連接;
[0015]所述調節平臺21為市售三維電控調節平臺。
[0016]高速旋轉結構件變形及應變的光學測量時,將試驗件18、盤式電機轉盤14、轉子連接軸17、試驗件安裝螺母172、電機轉盤安裝螺母173和頂端焊接微型螺旋槽球軸承161的彈性小軸16組成的立式超高速旋轉軸系放置在真空室內,并且試驗件同心圓圖案面向上,立式超高速旋轉軸系立于螺旋槽球軸承球窩133上,啟動變頻電源34,驅動立式超高速旋轉軸系逐步加速;當真空度低于0.0lPa時,風阻忽略不計。立式超高速旋轉軸系采用單點支承,減小機械摩擦和磨損,高速旋轉下依靠“陀螺效應”自穩定,并以變頻電源
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