CN103776608A - 一种同步同相并激振动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种同步同相并激振动装置，包括振动台***、公共台面、辅助导向***框架结构和静压轴承导向装置；静压轴承导向装置包括光轴、轴套、连接框架和公共台面安装结构，公共台面安装结构固定安装在光轴的两端，轴套套在光轴上，光轴和轴套之间为间隙配合，光轴和轴套之间的间隙内充满润滑油，连接框架固定安装在轴套一侧。本发明采用静压轴承导向装置，导向装置运动轴(光轴)和基座(轴套)之间为间隙配合，表面配合度极高，能实现较好的解耦、不会对振动台产生偏心力矩，保证了多个振动台同步同相振动。

Description

一种同步同相并激振动装置
技术领域
本发明涉及一种同步同相并激振动装置，属于振动试验技术领域。
背景技术
振动试验是产品力学环境试验和可靠性试验的重要组成部分，是模拟产品真实使用环境的一种手段，是产品设计和评定中的一种有效的方法。电动振动试验***是用来产生振动的设备，并能将这种振动加到其他结构、零部件或产品上的设备。一般包括电动振动台台体、功率放大器、控制仪和辅助设备等。电动振动台主要由恒定的磁场和位于磁场中通有一定交变电流的线圈相互作用，而产生出一定的激振力。
航空航天飞行器逐渐程射程越来越远，速度越来越快，致使飞行器体积越来越大、重量越来越重，由几百公斤逐渐发展到几吨，甚至几十吨。为此，采用多振动设备共同推动一个试验件，增加了振动台推力，达到了对大型试验件多点激励的要求，实现了多个振动台同步同向并激的问题。但采用多振动设备共同推动一个试验件，存在多个振动台无法同步同向并激的问题，多个振动台不同步会对振动台产生偏心力矩，使振动试验无法进行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种实现多个振动台同步同向并激的振动装置。
本发明的技术解决方案：一种同步同相并激振动装置，包括振动台***，振动台***包括振动台和振动台支座，同步同相并激振动装置还包括公共台面、辅助导向***框架结构和静压轴承导向装置；
所述的静压轴承导向装置包括光轴、轴套、连接框架和公共台面安装结构，公共台面安装结构固定安装在光轴的两端，轴套套在光轴上，光轴和轴套之间为间隙配合，光轴和轴套之间的间隙内充满润滑油，连接框架固定安装在轴套一侧；
所述的公共台面由上台面和下腔体组成，下腔体为框架式腔体结构，下腔体与振动台的动圈固定连接；
所述的振动台***的振动台通过振动台支座与辅助导向***框架结构固定连接，光轴通过公共台面安装结构与公共台面的下腔体外侧面固连，轴套通过连接框架与辅助导向***框架结构固连，待振动试验的试验件安装在公共台面的上台面的中心位置；振动台***振动时，公共台面带动光轴随之振动，通过光轴和轴套之间配合，实现同步同相并激振动。
所述的光轴的加工精度为轴套的加工精度为
Figure BSA0000100140550000022
两者表面粗糙度高于0.8μm，圆度高于0.006mm，圆柱度高于0.006mm，光轴和轴套之间的同轴度高于0.006mm。
所述的振动台***由三台呈“品”字型分布的振动台组成。
所述的辅助导向***框架结构为三角形框架结构，包括三个呈三角形分布的主臂和三个副臂，三个主臂由副臂两两固定在一起，主臂上对称加工两个用来安装静压轴承导向装置的静压轴承安装块，两端加工用来安装振动台支座的振动台安装块。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明采用静压轴承导向装置，导向装置运动轴(光轴)和基座(轴套)之间为间隙配合，表面配合度极高，能实现较好的解耦、不会对振动台产生偏心力矩，保证了多个振动台同步同相振动；
(2)本发明光轴和轴套之间的间隙中充抗磨润滑油进行润滑，在大力矩的情况下，仍可以正常润滑，保证轴和基座之间不粘连，持久发挥作用；
(3)本发明静压轴承导向装置的光轴和轴套加工要求，使静压轴承导向装置能更好保证了多个振动台同步同相振动，避免由于多个振动台不同步会对振动台产生偏心力矩；
(4)本发明为目前国内最大振动试验***，采用6组静压轴承导向装置能够实现较大倾覆力矩试验，三台200kN电动振动***同时激振，实现最大激振力540kN振动试验***，能够实现最大负载16000kg大型试件振动试验；
(5)本发明公共台面采用腔体式设计，有效减轻台面质量，提高共振频率；
(6)本发明实现刚性联接的多台同步同向并激的振动***，三台振动台一致性高，2～1000Hz范围内最大相位差为1.5°；
(7)本发明可广泛应用于航空航天、电子、兵器、仪器仪表、交通能源等领域，尤其在进行整体卫星、卫星太阳能电池板阵列、大卫星电子通信***、整个导弹等振动试验。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明静压轴承导向装置结构示意图；
图3为本发明公共台面结构示意图；
图4为本发明公共台面立体图；
图5为本发明公共台面、辅助导向***框架结构和静压轴承导向装置装配图；
图6为本发明辅助导向***框架结构示意图；
图7为本发明辅助导向***框架结构和静压轴承导向装置装配图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
本发明如图1所示，包括振动台***2、公共台面3、辅助导向***框架结构4和静压轴承导向装置5，振动台***2包括三台振动台和振动台支座6。可以为更多振动台，一般为对称形式。
待振动试验的试验件是振动试验***的参试产品，用试验夹具通过公共台面与振动台连接，试验件安装在公共台面3的中心位置。
振动台***2是整个试验***的主要部件，包括三个呈“品”字形分布的竖直方向振动台、三个振动台支座6以及配套的功放、冷却***。振动台台体安装在振动台支座6上，动圈与公共台面3连接。振动台支座6结构形式相同，分别用来支撑三个竖直方向振动台，振动台支座6上部放置辅助导向***框架结构4。本实例利用三台200kN振动台按“品”字形排列方式同时激励，实现最大激振力540kN振动试验***，能够实现最大负载16000kg大型试件振动试验。
公共台面3如图3、4所示，由上台面31和下腔体32组成，下腔体32为框架式腔体结构，采用腔体式设计，有效减轻台面质量，提高共振频率。下腔体32沿竖直方向与三个竖直方向振动台动圈连接，实现三个振动台组合推力运动，上台面31用来连接试验夹具。
本发明公共台面3采用镁合金铸造产品，毛坯重量达到2.6吨，最大直径尺寸达到2660mm，是目前国内最大。质量大、结构复杂，既有频率的要求又有重量的要求。本发明为结构复杂***，平面式公共台面设计很重要，材料、质量、结构都是影响公共台面工作频率的主要因素，在尺寸及重量一定的条件下，要保证公共台面重量要轻，因此选取什么样材料很重要，设计实质为机械结构有边界约束的几何尺寸最优化设计，并对结构进行合理的优化设计，将公共台面尺寸、振动台动圈一阶模态频率设定为边界约束，将公共台面质量最小设定为优化目标，利用Ansys软件进行分析与求解，最终完成设计。
辅助导向***框架结构4如图6所示，放置于三个竖直方向振动台支座6上，通过静压轴承导向装置5与公共台面3连接。辅助导向***框架结构4为三角形框架结构，包括三个呈三角形分布的主臂41和三个副臂42，三个主臂41由副臂42两两固定在一起，主臂41上对称加工两个用来安装静压轴承导向装置5的静压轴承安装块44，两端加工用来安装振动台支座6的振动台安装块45。
辅助导向***框架结构4是整个振动试验装置的支撑结构，设计时充分考虑了安装、制造及性能。辅助导向***框架结构4要可以拆卸，方便运输，与振动台支座6采用开环结构设计，方便固定振动台台体，无任何遮挡物，振动台台体相对位置固定后，公共台面3以振动台支座6为基础支撑，方便调整。
静压轴承导向装置5为6组，结构形式相同，分别与辅助导向***框架结构4连接成一个整体后，连接公共台面5，确保试验***的抗倾覆力矩。6个静压轴承导向装置，在保证***的抗倾覆能力前提下，能够实现结构正常运动，不干涉。
静压轴承导向装置5如图2、5、7所示，用于包括光轴51、轴套52、连接框架53和公共台面安装结构54，公共台面安装结构54固定安装在光轴51的两端，轴套52套在光轴51上，光轴51和轴套52之间为间隙配合，光轴51和轴套52之间的间隙内充满润滑油，连接框架53固定安装在轴套52一侧。静压轴承导向装置5通过连接框架53与辅助导向***框架结构4固连，静压轴承导向装置5通过公共台面安装结构54与公共台面3的下腔体32外侧面固连。
光轴51的加工精度为
Figure BSA0000100140550000061
轴套52的加工精度为
Figure BSA0000100140550000062
两者表面粗糙度高于0.8μm，圆度高于0.006mm，圆柱度高于0.006mm，光轴51和轴套52之间的同轴度高于0.006mm。光轴51固定于公共台面3，轴套52固定于框架结构的支撑上，起到防止其它方向运动的约束作用。
多台同步同向振动一般为大型结构件，体型巨大，一般都有重心的偏心现象，导致振动中产生较大偏心力矩，多静压轴承导向装置导向的作用就是辅助振动台提高抗倾覆力矩的能力，同时在振动台振动方向上的摩擦为0，避免摩擦力过大消耗振动台推力。单个静压轴承导向装置光轴和轴套之间为间隙配合，内充20MPa68#高压抗磨润滑油，提高大力矩下的润滑效果。
由于大型试验件内部结构复杂，组成部件众多，很难做到重心和形心重合，不可避免的带来偏心力矩，本发明特别设计了公共台面采用6组静压轴承导向装置，两者之间配合度要求很高，保证高油压20MPa；增加振动试验***的抗倾覆力矩，保证振动试验***垂直度。
振动控制***用于对振动试验进行控制的振动控制器，具有多输入多输出功能及相位控制功能，以实现各控制点的同步控制。振动控制***用于按规定的试验条件，对振动试验进行控制，达到预期振动响应。振动控制***采用SD公司振动控制仪。
振动试验***质量大，振动时对地面产生的振动力大，地面支撑***容易变形，直接影响振动台安装精度，也最终决定***的精度，因此对地面撑技术要求很高，设计时采用地基钢板作为地面支撑，保证振动台可与公共台面、辅助导向***框架结构和静压轴承导向装置准确连接，以保证振动试验装置三个振动台台体及动圈高度一致性误差精度。
本发明用于三台振动台同步同向并激振动，设计为三台振动台“品”字形，配合辅助导向***，辅助导向***框架结构和公共台面实现同步同向并激振动，推广到四台、五台也可以，但辅助导向***框架结构、公共台面以及静压轴承导向装置位置根据设备抗倾覆力矩需要进行设计，结构形式一般为对称形式，安装的数量和导向装置的结构尺寸基本类似。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种同步同相并激振动装置，包括振动台***(2)，振动台***(2)包括振动台和振动台支座(6)，其特征在于：同步同相并激振动装置还包括公共台面(3)、辅助导向***框架结构(4)和静压轴承导向装置(5)；
所述的静压轴承导向装置(5)包括光轴(51)、轴套(52)、连接框架(53)和公共台面安装结构(54)，公共台面安装结构(54)固定安装在光轴(51)的两端，轴套(52)套在光轴(51)上，光轴(51)和轴套(52)之间为间隙配合，光轴(51)和轴套(52)之间的间隙内充满润滑油，连接框架(53)固定安装在轴套(52)一侧；
所述的公共台面(3)由上台面(31)和下腔体(32)组成，下腔体(32)为框架式腔体结构，下腔体(32)与振动台的动圈固定连接；
所述的振动台***(2)的振动台通过振动台支座(6)与辅助导向***框架结构(4)固定连接，光轴(51)通过公共台面安装结构(54)与公共台面(3)的下腔体(32)外侧面固连，轴套(52)通过连接框架(53)与辅助导向***框架结构(4)固连，待振动试验的试验件安装在公共台面(3)的上台面(31)的中心位置；振动台***(2)振动时，公共台面(3)带动光轴(51)随之振动，通过光轴(51)和轴套(52)之间配合，实现同步同相并激振动。
2.根据权利要求1所述的一种同步同相并激振动装置，其特征在于：所述的光轴(51)的加工精度为轴套(52)的加工精度为
Figure FSA0000100140540000012
两者表面粗糙度高于0.8μm，圆度高于0.006mm，圆柱度高于0.006mm，光轴和轴套之间的同轴度高于0.006mm。
3.根据权利要求1所述的一种同步同相并激振动装置，其特征在于：所述的振动台***(2)由三台呈“品”字型分布的振动台组成。
4.根据权利要求1所述的一种同步同相并激振动装置，其特征在于：所述的辅助导向***框架结构(4)为三角形框架结构，包括三个呈三角形分布的主臂(41)和三个副臂(42)，三个主臂(41)由副臂(42)两两固定在一起，主臂(41)上对称加工两个用来安装静压轴承导向装置(5)的静压轴承安装块(44)，两端加工用来安装振动台支座(6)的振动台安装块(45)。
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