CN104266811A - 零刚度非线性微振动悬吊装置及其微振动试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种零刚度非线性微振动悬吊装置及其微振动试验方法，该吊装置包括：负责***零刚度区的膜簧组；负责整个装置的外部保护以及内部定位和安装的保护筒；位于保护筒内侧、负责膜簧组外导向及安装定位的定位工装；负责整个装置顶部的防冲击、防尘和防多余物的保护盖板；位于膜簧组中间、负责膜簧组边界限位、对合连接与刚度、位移叠加的隔板；位于膜簧组内侧、负责膜簧组内导向及压力传递的导向管；位于导向管上、负责连接导向管和负载的吊环与螺母，吊环通过螺母紧固于导向管上。本发明使用膜簧组产生零刚度来设计悬吊零刚度的悬吊装置，有效模拟被悬吊对象的在轨工作失重状态的同时，达到有效模拟被悬吊对象地面微振动试验的目的。

Description

零刚度非线性微振动悬吊装置及其微振动试验方法

技术领域

本发明涉及一种吊装置及其试验方法，具体地，涉及一种零刚度非线性微振动悬吊装置及其微振动试验方法。

背景技术

微振动被悬吊对象普遍存在***刚度较低，对微振动敏感、对平动转动耦合性敏感等特点。在地面微振动试验过程中，一般取悬吊方式而非易带来振动的气浮方式开展地面微振动试验，但是一般的悬吊***很难准确模拟微振动被悬吊对象的在轨失重状态，主要体现在悬吊***刚度难以降低、对平动转动耦合敏感等方面，同时，正负刚度叠加的悬吊装置也存在正负刚度匹配的精度及工程实现难度也较大的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种零刚度非线性微振动悬吊装置及其微振动试验方法，其使用膜簧组产生零刚度来设计悬吊零刚度的悬吊装置，在能承载被悬吊对象的重量，有效模拟被悬吊对象的在轨工作失重状态的同时，不影响被悬吊对象的试验结果，达到有效模拟被悬吊对象地面微振动试验的目的。

根据本发明的一个方面，提供一种零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，其包括：

负责***零刚度区的膜簧组；

负责整个装置的外部保护以及内部定位和安装的保护筒；

位于保护筒内侧、负责膜簧组外导向及安装定位的定位工装；

负责整个装置顶部的防冲击、防尘和防多余物的保护盖板；

位于膜簧组中间、负责膜簧组边界限位、对合连接与刚度、位移叠加的隔板；

位于膜簧组内侧、负责膜簧组内导向及压力传递的导向管；

位于导向管上、负责连接导向管和负载的吊环与螺母，吊环通过螺母紧固于导向管上。

优选地，所述吊环与导向管相连并通过导向管的端板将被悬吊对象重量传递至膜簧组，导向管带动膜簧组沿导向管及其承载方向运动。

优选地，所述膜簧组采用通过隔板实施的对合组合或叠合组合形式。

优选地，所述膜簧组采用非线性弹簧，存在2mm至4mm范围的零刚度区。

优选地，所述膜簧组根据被悬吊对象的质量事先搭配好对合数量或叠合数量，在加载被悬吊对象时，通过直尺监测零刚度区位移。

优选地，所述导向管的一端设计为吊环吊点，导向管的另一端设计有端板。

优选地，所述保护筒上有膜簧定位导向槽，且保护筒设计有四个椭圆形监测窗口，椭圆形监测窗口监测膜簧工作状态是否正常。

本发明还提供一种零刚度非线性微振动悬吊装置的微振动试验方法，其特征在于，所述试验方法采用如上所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，所述试验方法包括以下步骤：

第一步，根据被悬吊对象组合膜簧的组合形式及数量，并装配好；

第二步，将吊环与被悬吊对象进行单点悬吊连接，并使得吊环受力竖直并通过被悬吊对象质心，即挂点与质心处于同一竖直线上；

第三步，吊环与导向管相连并通过导向管将被悬吊对象重量传递至膜簧组；

第四步，导向管端板带动膜簧组沿导向管进入零刚度区，使被悬吊对象进入零刚度无重力区域；

第五步，通过保护筒的监测窗口及直尺监测悬吊装置行程量，确定装置进入膜簧零刚度工作区，开始试验。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，本发明采用单点悬吊连接方式，挂点与质心处于同一竖直线上，可有效避免多束多挂点设计易引起的平动转动耦合问题，悬挂力的传递方式简单高效，可实现性强；二，本发明采用膜簧组及其零刚度区作为悬吊零刚度实现的方式，根据被悬吊对象质量，设计膜簧组的刚度特性及组合方式，使得悬吊后进入零刚度区，且具备足够的容错能力；三，本发明采用吊环进行承载与悬吊装置的连接，简易、便捷的实施试验。四，本发明设计较长的悬吊长度(不小于2米)，使得被悬吊对象的横向频率与悬吊装置横向频率不易耦合共振。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明零刚度非线性微振动悬吊装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明零刚度非线性微振动悬吊装置包括：

负责***零刚度区的膜簧组1；

负责整个装置的外部保护以及内部定位和安装的保护筒2；

位于保护筒内侧、负责膜簧组外导向及安装定位的定位工装3；

负责整个装置顶部的防冲击、防尘和防多余物的保护盖板4；

位于膜簧组中间、负责膜簧组边界限位、对合连接与刚度、位移叠加的隔板5；

位于膜簧组内侧、负责膜簧组内导向及压力传递的导向管6；

位于导向管上、负责连接导向管和负载的吊环7与螺母8，吊环7通过螺母8紧固于导向管6上。

吊环与导向管相连并通过导向管的端板将被悬吊对象重量传递至膜簧组，导向管带动膜簧组沿导向管及其承载方向运动。如此，可以将膜簧组的线承载方式转变为面承载方式，后者更利于悬吊承载的传递和稳定，且导向管可以起到导向作用，也利于悬吊承载的传递，保证悬吊状态，最终保证垂向的悬吊频率。

所述膜簧组采用通过隔板实施的对合组合或叠合组合形式，具体来说，所述膜簧组可以通过隔板进行对合，也可直接叠合，数量可根据需要进行增减。所述膜簧组采用非线性弹簧，存在2mm至4mm范围的零刚度区。线性弹簧的零刚度区极小，不到0.5mm，而非线性的零刚度区较大，可以到达2～4mm，应用时，当然需要零刚度区越大越好，一方面是悬吊状态的实施较易，且实施后稳定；同时，悬吊后需要做微振动试验，试验时振幅就在2mm左右，如果零刚度区不到2mm，那这个装置就失效了。

膜簧组可以根据被悬吊对象的质量事先搭配好对合数量或叠合数量，在加载被悬吊对象时，通过直尺监测零刚度区位移。叠合与对合是可根据需要随意调整的，直尺监测便捷、可靠，成本低、资源少、过程可实现性高。

隔板表面为高强度材料(比如不锈钢)及较小的表面粗糙度，这样成本低。

导向管的一端设计为吊环吊点，导向管的另一端设计有端板，具备针对膜簧的限位约束、传递承载和导向运动的同时，还具备膜簧安装定位导向槽9。膜簧装配定位以及悬吊状态受到横向大冲击或振动时，膜簧安装定位导向槽保证膜簧不至于跑偏，而使得装置失效。

保护筒上也有膜簧安装定位导向槽9，且保护筒设计有四个椭圆形监测窗口，椭圆形监测窗口监测膜簧工作状态是否正常。

本发明的主要特点如下：⑴、零刚度非线性微振动悬吊装置的设计构型简单，有良好的设计适应性、实现经济性和装配工艺性；⑵、零刚度非线性微振动悬吊装置的悬吊频率为0HZ，能够满足超低频微振动被悬吊对象的地面微振动试验要求；⑶、零刚度非线性微振动悬吊装置，在具备足够刚度承载被悬吊对象重量的同时，能降低正负刚度叠加难度较大的问题，且有效克服被悬吊对象与悬挂装置之间的耦合问题等；⑷、通过试验，验证了零刚度非线性微振动悬吊装置的悬吊频率为零频率，验证了零刚度非线性微振动悬吊装置能有效模拟被悬吊对象在轨工作环境，达到了设计目的，实现了试验目的。

本发明中，零刚度非线性微振动悬吊装置的技术指标为如表一：悬吊频率、悬吊刚度、悬吊长度和单点悬吊误差等。下表一为已经研制生产并完成各项试验的一种零刚度非线性微振动悬吊装置的主要技术指标：

表一

序号	项目	要求
			1	悬吊频率	接近0Hz
2	悬吊刚度	接近0N/m
			3	悬吊长度	不小于2m
4	单点悬吊误差	≤5mm

本发明零刚度非线性微振动悬吊装置的微振动试验方法包括以下步骤：

第一步，根据被悬吊对象组合膜簧的组合形式及数量，并装配好；

第二步，将吊环与被悬吊对象进行单点悬吊连接，并使得吊环受力竖直并通过被悬吊对象质心，即挂点与质心处于同一竖直线上；

第三步，吊环与导向管相连并通过导向管将被悬吊对象重量传递至膜簧组；

第四步，导向管端板带动膜簧组沿导向管进入零刚度区，使被悬吊对象进入零刚度无重力区域；

第五步，通过保护筒的监测窗口及直尺监测悬吊装置行程量，确定装置进入膜簧零刚度工作区，开始试验。

综上所述，本发明通过单点悬吊被悬吊对象，通过吊环及导向管端板传递载荷至悬吊装置的膜簧组，使悬吊装置发生一定的位移行程，达到膜簧组的零刚度区，使悬吊装置产生零刚度工作特性。在悬吊过程中，还可通过高度尺监控悬吊装置行程量，确认其零刚度工作区域。此装置具有零刚度特性、构型简单、可扩展性强、抗蠕变能力优异、经济耐用、可靠性高、装配便捷、使用方便、应用范围广等特点，可以运用于各种超低频被悬吊对象的地面试验中。

本发明通过设计膜簧零刚度区间以实现悬吊装置零刚度特性，采取单点过被悬吊对象质心悬挂方式，实现微振动被悬吊对象模拟在轨工作状态的地面微振动试验。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，其包括：

负责***零刚度区的膜簧组；

负责整个装置的外部保护以及内部定位和安装的保护筒；

位于保护筒内侧、负责膜簧组外导向及安装定位的定位工装；

负责整个装置顶部的防冲击、防尘和防多余物的保护盖板；

位于膜簧组中间、负责膜簧组边界限位、对合连接与刚度、位移叠加的隔板；

位于膜簧组内侧、负责膜簧组内导向及压力传递的导向管；

位于导向管上、负责连接导向管和负载的吊环与螺母，吊环通过螺母紧固于导向管上。

2.根据权利要求1所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，所述吊环与导向管相连并通过导向管的端板将被悬吊对象重量传递至膜簧组，导向管带动膜簧组沿导向管及其承载方向运动。

3.根据权利要求1所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，所述膜簧组采用通过隔板实施的对合组合或叠合组合形式。

4.根据权利要求3所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，所述膜簧组采用非线性弹簧，存在2mm至4mm范围的零刚度区。

5.根据权利要求4所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，所述膜簧组根据被悬吊对象的质量事先搭配好对合数量或叠合数量，在加载被悬吊对象时，通过直尺监测零刚度区位移。

6.根据权利要求4所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，所述导向管的一端设计为吊环吊点，导向管的另一端设计有端板。

7.根据权利要求1所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，其特征在于，所述保护筒上有膜簧定位导向槽，且保护筒设计有四个椭圆形监测窗口，椭圆形监测窗口监测膜簧工作状态是否正常。

8.一种零刚度非线性微振动悬吊装置的微振动试验方法，其特征在于，所述试验方法采用权利要求1所述的零刚度非线性微振动悬吊装置，所述试验方法包括以下步骤：

第一步，根据被悬吊对象组合膜簧的组合形式及数量，并装配好；

第二步，将吊环与被悬吊对象进行单点悬吊连接，并使得吊环受力竖直并通过被悬吊对象质心，即挂点与质心处于同一竖直线上；

第三步，吊环与导向管相连并通过导向管将被悬吊对象重量传递至膜簧组；

第四步，导向管端板带动膜簧组沿导向管进入零刚度区，使被悬吊对象进入零刚度无重力区域；

第五步，通过保护筒的监测窗口及直尺监测悬吊装置行程量，确定装置进入膜簧零刚度工作区，开始试验。