CN212458824U

CN212458824U - 一种三自由度振动台

Info

Publication number: CN212458824U
Application number: CN202020774887.0U
Authority: CN
Inventors: 包云泉
Original assignee: Beijing Solution Innovation Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Solution Innovation Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-05-12

Abstract

本实用新型公开了一种三自由度振动台，包括反力质量底座、振动台板、固定在所述反力质量底座上的安装座板，所述安装座板沿着X向设置有第一直线电机、第二直线电机、第三直线电机以及第四直线电机，所述第一直线电机、所述第二直线电机与所述第三直线电机、所述第四直线电机沿着X向背向安装在所述安装座板，所述第一直线电机、所述第二直线电机、所述第三直线电机、所述第四直线电机的动子分别安装一倾斜滑块，所述倾斜滑块对应设置有倾斜导轨，所述倾斜导轨固定在振动台板的下方。与传统电磁振动台相比，具有较好的低频特性和较大位移指标，同时与液压振动台相比，工作噪音较小，使用电能作为清洁能源，无能源转换过程，效率高。

Description

一种三自由度振动台

技术领域

本实用新型涉及振动台技术领域，特别涉及一种三自由度振动台。

背景技术

振动台又称振动激励器或振动发生器，是一种利用电动、电液压、压电或其他原理获得机械振动的装置。其原理是将激励信号输入一个置于磁场中的线圈，来驱动和线圈相联的工作台。电磁式振动台主要用于200Hz以上的振动测量。在 200Hz以下的频率范围，常使用电液式振动台，这时振动信号的性质由电伺服***控制。液压驱动***可以给出较大的位移和冲击力。振动台可以用于加速度计的校准，也可用于电声器件的振动性能测试和其他的振动试验。对于不同的测试物和技术指标，应注意选用不同结构和激励范围的振动台。

现有的液压振动台具有以下缺陷：需要配备液压油源，工作噪音大；能源转换效率低；维护成本高，维护频率高；漏油容易污染环境。同时，电磁振动台也具有以下缺陷：工作行程较短，通常不超过70mm；体积较大；多轴耦合工况较差，最多不超过3轴；功率频率一般在1Hz以上，低频性能差；需要强制冷却措施。针对现有液压振动台、电磁振动台具有的缺陷，需要对振动台进一步优化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种三自由度振动台，具有噪音低、效率高、行程大，工作频率范围广的显著优点，弥补现有液压振动台和电磁振动台的缺点，满足不同试验需求。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种三自由度振动台，包括反力质量底座、振动台板、固定在所述反力质量底座上的安装座板，所述安装座板沿着X向设置有第一直线电机、第二直线电机、第三直线电机以及第四直线电机，所述第一直线电机、所述第二直线电机与所述第三直线电机、所述第四直线电机沿着X向背向安装在所述安装座板，所述第一直线电机、所述第二直线电机、所述第三直线电机、所述第四直线电机的动子分别安装一倾斜滑块，所述倾斜滑块对应设置有倾斜导轨，所述倾斜导轨固定在振动台板的下方。

进一步的，所述倾斜滑块通过一滑块安装座固定在一转轴上端，所述转轴下端固定在一动子连接板上，所述第一直线电机、所述第二直线电机、所述第三直线电机、所述第四直线电机的动子分别连接驱动一所述动子连接板。

进一步的，所述安装座板上沿着X向设置有一组X向导轨，每一所述动子连接板通过一驱动滑块设置在所述X向导轨上。

进一步的，所述振动台板下方设置有四组所述倾斜滑块和所倾斜导轨，所述倾斜滑块或者所述倾斜导轨沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称，在所述振动台板下方均匀分布。

进一步的，四组所述倾斜导轨的其中一端向所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，并分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称。

进一步的，四组所述倾斜导轨的其中一端向所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，相邻所述倾斜导轨分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称；相邻所述倾斜导轨的延长线在靠近所述相交中心位置相交。

进一步的，四组所述倾斜导轨的两端均远离所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，相邻所述倾斜导轨分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称；相邻所述倾斜导轨的延长线在远离所述相交中心位置相交。

进一步的，所述三自由度振动台还包括第一伺服控制器、第二伺服控制器、第三伺服控制器和第四伺服控制器，所述第一伺服控制器与所述第一直线电机电性连接，所述第二伺服控制器与所述第二直线电机电性连接，所述第三伺服控制器与所述第三直线电机电性连接；所述第四伺服控制器与所述第四直线电机电性连接。

可选的，所述反力质量底座上开设有若干均匀排布的底座安装槽和底座安装孔，用于连接固定安装座板等结构件。

可选的，所述振动台板上设置有若干组螺钉孔，被测试试件通过螺栓安装在振动台板的螺钉上。

采用上述技术方案，本实用新型实施例的三自由度振动台，采用四个伺服驱动的直线电机，通过控制四个直线电机的移动方向，并通过四组倾斜导轨和倾斜滑块连接驱动振动台板，实现X向、Y向以及沿着竖直方向旋转三个自由度的振动，与传统电磁振动台相比，具有较好的低频特性和较大位移指标，同时与液压振动台相比，工作噪音较小，使用电能作为清洁能源，无能源转换过程，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的三自由度振动台三维结构图；

图2为本实用新型实施例的三自由度振动台侧视结构图；

图3为本实用新型实施例的三自由度振动台俯视结构图；

图4为本实用新型实施例的直线伺服电机三维结构图；

图5为本实用新型实施例的三自由度振动台***控制原理图；

图6为本实用新型实施例的三自由度振动台X向振动工作状态示意图；

图7为本实用新型实施例的三自由度振动台Y向振动工作状态示意图；

图8为本实用新型实施例的三自由度振动台绕Z轴旋转振动工作状态示意图；

图中，1－反力质量底座，101－底座安装槽，102－底座安装孔，2－安装座板， 3－X向导轨，4－第一直线电机，41－电机定子，42－电机动子，5－第二直线电机， 6－第三直线电机，7－第四直线电机，8－动子连接板，9－驱动滑块，10－倾斜滑块、 11－倾斜导轨，12－振动台板，13－转轴，14－滑块安装座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1－3所示，本实用新型实施例提供了一种三自由度振动台，包括反力质量底座1、振动台板12、固定在所述反力质量底座1上的安装座板2，所述安装座板2沿着X向设置有第一直线电机4、第二直线电机5、第三直线电机6以及第四直线电机7，所述第一直线电机4、所述第二直线电机5与所述第三直线电机6、所述第四直线电机7沿着X向背向安装在所述安装座板2，所述第一直线电机4、所述第二直线电机5、所述第三直线电机6、所述第四直线电机7的动子分别安装一倾斜滑块10，所述倾斜滑块10对应设置有倾斜导轨11，所述倾斜导轨11固定在振动台板12的下方。

如图4所示，直线伺服电机一般包括电机定子41以及设置在电机定子41上的电机动子62，直线电机驱动原理是将直线电机定子41的磁轨固定，电机动子 42通过滑块、转轴、与振动台板等相连，电机定子41通过高柔性线缆与伺服驱动器连接。所述倾斜滑块10通过一滑块安装座14固定在一转轴13上端，所述转轴13下端固定在一动子连接板8上，所述第一直线电机4、所述第二直线电机5、所述第三直线电机6、所述第四直线电机7的动子分别连接驱动一所述动子连接板8。

其中，所述安装座板2上沿着X向设置有一组X向导轨3，每一所述动子连接板8通过一驱动滑块9设置在所述X向导轨3上。低摩擦导轨与驱动滑块9用于连接直线电机的动子和转轴，同时承受一定的侧向载荷，可保证直线电机运动精度。

具体的，所述振动台板12下方设置有四组所述倾斜滑块10和所倾斜导轨 11，所述倾斜滑块10或者所述倾斜导轨11沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称，在所述振动台板12下方均匀分布。四组所述倾斜导轨11的其中一端向所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，并分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称。

可选的，四组所述倾斜导轨11的其中一端向所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，相邻所述倾斜导轨11分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称；相邻所述倾斜导轨11的延长线在靠近所述相交中心位置相交。

可选的，四组所述倾斜导轨11的两端均远离所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，相邻所述倾斜导轨11分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称；相邻所述倾斜导轨11的延长线在远离所述相交中心位置相交。

使用时，如图6所示，第一直线电机4、第二直线电机5、第三直线电机6、第四直线电机7沿着X向排布，当通过伺服控制器使得第一直线电机4、第二直线电机5、第三直线电机6、第四直线电机7均按照同一方向往复移动时，此时实现振动台板12X向振动。

如图7所示，通过伺服控制器使得第一直线电机4、第二直线电机5、第三直线电机6、第四直线电机7均按照左右两侧分别相反方向往复移动时，由于四组倾斜滑块10、四组倾斜导轨11的作用，将X向相反运动直线往复移动转化为 Y向直线往复移动，从而实现了振动台板12Y向振动。

如图8所示，通过伺服控制器使得第一直线电机4、第二直线电机5、第三直线电机6、第四直线电机7均按照上下两侧分别相反方向往复移动时，在转轴 13、四组倾斜滑块10、四组倾斜导轨11的作用下，此时振动台板12受到剪切力作用，使得振动台板12实现绕Z轴往复旋转振动。

可选的，所述三自由度振动台还包括第一伺服控制器、第二伺服控制器、第三伺服控制器和第四伺服控制器，所述第一伺服控制器与所述第一直线电机电性连接，所述第二伺服控制器与所述第二直线电机电性连接，所述第三伺服控制器与所述第三直线电机电性连接；所述第四伺服控制器与所述第四直线电机电性连接。

如图5所示，通过设置在直线伺服电机或者集成在直线伺服电机的速度、角速度等传感器获得电机运行状态信息，伺服控制器根据传感器采集的电机运行信号，通过PID控制器时间位置控制环、速度控制环以及力控制环，从而能够根据试验指标精确地实现振动条件的模拟。从而，驱动器及伺服控制器用于接收上位机指令，并将指令转化为控拟量控制信号，通过驱动器放大为直线电机的交流电信号，驱动电机运动。

可选的，所述反力质量底座1上开设有若干均匀排布的底座安装槽101和底座安装孔102，用于连接固定安装座板等结构件。反力质量底座1一般用于提供振动台的运动反力，降低振动加速度对周围环境的影响，同时，反力质量带有隔振弹簧，降低了外界环境的振动对试验结果本身的干扰。反力质量可由混凝土或者铸铁制造，具备用于安装导轨的安装平面。

可选的，所述振动台板12上设置有若干组螺钉孔，被测试试件通过螺栓安装在振动台板12的螺钉上。按照既定的频率、振幅进行正弦或随机振动，验证试件的抗震性能或者在振动情况下的工作情况。按照既定的频率、振幅进行正弦或随机振动，验证试件的抗震性能或者在振动情况下的工作情况。

本实用新型实施例的三自由度振动台，采用四个伺服驱动的直线电机，通过控制四个直线电机的移动方向，并包通过四组倾斜导轨和倾斜滑块连接驱动振动台板，实现X向、Y向以及沿着竖直方向旋转三个自由度的振动，与传统电磁振动台相比，具有较好的低频特性和较大位移指标，同时与液压振动台相比，工作噪音较小，使用电能作为清洁能源，无能源转换过程，效率高。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

在本实用新型专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“排”、“列”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型专利新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型专利的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在实用新型专利中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型专利中的具体含义。

在本实用新型专利中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims

1.一种三自由度振动台，其特征在于，包括反力质量底座、振动台板、固定在所述反力质量底座上的安装座板，所述安装座板沿着X向设置有第一直线电机、第二直线电机、第三直线电机以及第四直线电机，所述第一直线电机、所述第二直线电机与所述第三直线电机、所述第四直线电机沿着X向背向安装在所述安装座板，所述第一直线电机、所述第二直线电机、所述第三直线电机、所述第四直线电机的动子分别安装一倾斜滑块，所述倾斜滑块对应设置有倾斜导轨，所述倾斜导轨固定在振动台板的下方。

2.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述倾斜滑块通过一滑块安装座固定在一转轴上端，所述转轴下端固定在一动子连接板上，所述第一直线电机、所述第二直线电机、所述第三直线电机、所述第四直线电机的动子分别连接驱动一所述动子连接板。

3.根据权利要求2所述的三自由度振动台，其特征在于，所述安装座板上沿着X向设置有一组X向导轨，每一所述动子连接板通过一驱动滑块设置在所述X向导轨上。

4.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述振动台板下方设置有四组所述倾斜滑块和所倾斜导轨，所述倾斜滑块或者所述倾斜导轨沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称，在所述振动台板下方均匀分布。

5.根据权利要求4所述的三自由度振动台，其特征在于，四组所述倾斜导轨的其中一端向所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，并分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称。

6.根据权利要求5所述的三自由度振动台，其特征在于，相邻所述倾斜导轨分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称；相邻所述倾斜导轨的延长线在靠近所述相交中心位置相交。

7.根据权利要求5所述的三自由度振动台，其特征在于，四组所述倾斜导轨的两端均远离所述X向轴线和所述Y向轴线相交中心倾斜，相邻所述倾斜导轨分别沿着所述X向轴线或者所述Y向轴线相互对称；相邻所述倾斜导轨的延长线在远离所述相交中心位置相交。

8.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述三自由度振动台还包括第一伺服控制器、第二伺服控制器、第三伺服控制器和第四伺服控制器，所述第一伺服控制器与所述第一直线电机电性连接，所述第二伺服控制器与所述第二直线电机电性连接，所述第三伺服控制器与所述第三直线电机电性连接；所述第四伺服控制器与所述第四直线电机电性连接。

9.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述反力质量底座上开设有若干均匀排布的底座安装槽和底座安装孔。

10.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述振动台板上设置有若干组螺钉孔，被测试试件通过螺栓安装在振动台板的螺钉上。