CN101050994A - 一种三平移并联机构多维激振台 - Google Patents

Abstract

一种三平移并联机构多维激振台，涉及中、小型机械的振动测试领域，其由三条支链、一个动平台及一个静平台组成，三条支链相互垂直正交布置，每条支链的结构相同，由一个移动副(P)和两个万向节(U)组成，移动副一端连接于静平台，另一端连接第一个万向节；与移动副相连的万向节的另一端连接第二个万向节，与第一个万向节相连的第二个万向节的另一端则与动平台相连，且支链的初始位置为直线布置。本发明具有机构简单，控制容易，能实现三个方向同时激振，可以输出任意波形的激励振动等优点。

Description

一种三平移并联机构多维激振台

技术领域

本发明专利涉及振动试验技术领域，特指一种三平移并联机构多维激振台，用三自由度并联机构平台作为主体，使用单向激振器做为驱动源的一种并联机构激振台。在三条支链中分别安装有三个单向激振器作为驱动源，控制三个单向激振器按一定规律运动即能使动平台产生空间三自由度任意波形的平移振动，可应用于中、小型机械振动测试领域。

背景技术

随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重要，振动试验技术现已广泛应用在汽车、电力、建筑、电子、机床、造船等各行各业。振动台试验作为一种检验产品可靠性、动强度的有效手段，已被广泛应用于试验产品的性能考核和动强度鉴定中，如：

1、在建筑设计中使用振动台模拟地震开展相关基础和应用研究，不断提高对工程结构破坏机理的认识，建立更合理的设计理论和方法，提高结构抗御灾害的能力，从而最大限度地减少生命和财产损失。

2、用于精密仪器的性能测试。如：微型卫星、微型陀螺、微加速计等微型机械，普遍是结构尺寸小、刚度差，加工与测量十分困难，并且，它们装配后的整体性能测试更加困难。由于这些器件的静态、动态诸多特性直接影响产品的性能，所以，对其进行机械性能测试是一项非常重要的工作。

目前市场上的激振台不能实现多维同时激励振动，不能实现任意波形的输出等问题。而许多试验件，如航空航天，船舶和汽车的试验件，所处的振动环境并不是单自由度，而是多自由度的，所以采用传统的激振台不能实现真实的振动环境。

三自由度并联机构激振台采用三自由度并联机构平台，并使用单向激振器作为驱动源，仅用单层平台就能实现多个方向同时激励的振动，而且可以同时输出任意波形的激励振动。

目前国内外对并联机构激振台的研究还非常少，查询到的专利如：CN1526483仅局限于柔性微型激振平台，还没有学者去研究中，小型的并联机构振动平台。本发明专利解决了中、小型机械振动试验问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种可实现空间三平移的激振台，能够有效的用单层机构实现一维、二维、三维的平移激振，来满足中、小型机械振动测试用的激振平台问题。

一种三平移并联机构多维激振台，由三条支链、一个动平台及一个静平台组成，三条支链相互垂直正交布置，每条支链的结构相同，由一个移动副(P)和两个万向节(U)组成，移动副一端连接于静平台，另一端连接第一个万向节；与移动副相连的万向节的另一端连接第二个万向节，与第一个万向节相连的第二个万向节的另一端则与动平台相连，且支链的初始位置为直线布置。由于每一个万向节都可以看成由两个相邻且轴线相互垂直的转动副(R)组成，故3-PUU机构可以等效看作3-PRRRR机构。对于分支中含双万向节的并联机构，此时双万向节的连接布置对动平台的运动规律影响是很大的，如果其等效3-PRRRR机构中间两个转动副的转动轴线相互平行或相互垂直，机构的运动性质完全不同。对于中间两转动副为相互平行的3-PUU机构能实现三维移动，而中间两转动副为相互垂直时，机构的运动十分复杂。本发明涉及的是中间两转动副为相互平行的3-PUU并联机构激振台，即其等效机构为3-P⊥R⊥R//R⊥R。

本发明的优点在于：

(1)该三维纯平移并联机构结构简单，其输入-输出关系均为解析解，运动学、动力学分析求解相对容易；

(2)该机构具有结构简单、刚度大、工作空间大、动态性能好、无支链干涉等优点；

(3)该三自由度并联激振台能实现三个方向同时激振，能输出任意的三维激振波形。

(4)该三自由度并联激振台运动精度高，易于控制，能实现更真实的振动环境；

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的并联机构激振台结构图。

如图所示，图中标号分别代表：1——静平台，2——动平台，A₀，B₀，C₀——移动副(P)，A₁，B₁，C₁，A₂，B₂，C₂——万向节(U)。

具体实施方式

如图1所示，本发明专利由三条相同的支链、一个动平台及一个静平台组成，每条支链均由一个移动副(P)和两个万向节(U)组成，三条支链在初始位置为垂直正交布置。通过对该机构的运动特性分析可以知该机构能够实现空间三个方向的平移输出运动，而且其运动正反解都有解析解，控制较容易。

本发明专利中动平台为激振台工作台面，工作台台面尺寸为500×500mm，厚度为50mm。台面上开有T型槽，以便于将试件固定在工作台上。工作台材料可以选用普通工业用钢如45号钢等，也可选用铝合金材料做激振台台面，选用铝合金材料可以减少工作台的重量，提高激振台的负载能力。激振台的驱动也有多种方案可选，如用电动机带动偏心滚子驱动，单向激振器驱动，直线电机驱动等。其中以单向激振器作为驱动源的效果最好，因为单向激振器的振动频率可达5～4000Hz、最大位移可达50mm，这是其他驱动方案所不能达到的。当已知所需动平台的振动规律时，利用该并联机构的运动反解可以解得三个支链中移动副(即单向激振台的顶杆)的运动输出规律，然后控制单向激振器的顶杆按一定的运动规律进行振动，即能使激振台的工作台台面实现一维、二维或三维的激振。

例如：假设要求动平台中心P的运动规律为：X_p＝5sin(pi×time)，Y_p＝s/2+10sin(pi×time)，Z_p＝l+5sin(pi×time)。式中X_p，Y_p，Z_p分别表示P点的X、Y、Z坐标，将这三个表达式代入机构的反解中可以分别求得三个单向激振器顶杆的运动规律为： $P_A=200+5\sin (\mathrm{pi}\×\mathrm{time})-\sqrt{10000-125{\sin }^2(\mathrm{pi}\×\mathrm{time})},$ $P_B=200-5\sin (\mathrm{pi}\×\mathrm{time})-\sqrt{10000-125{\sin }^2(\mathrm{pi}\×\mathrm{time})},$ $P_C=200-10\sin (\mathrm{pi}\×\mathrm{time})-\sqrt{10000-50{\sin }^2(\mathrm{pi}\×\mathrm{time})},$ 通过单向激振器的控制器控制单向激振器顶杆按照上述规律进行运动，动平台即能实现三维平移激振。

Claims (3)

1、一种三平移并联机构多维激振台，其特征在于：由三条支链、一个动平台(2)及一个静平台(1)组成，三条支链相互垂直正交布置，每条支链的结构相同，由一个移动副(P)和两个万向节(U)组成，移动副(P)一端连接于静平台(1)，另一端连接第一个万向节(U)；与移动副(P)相连的万向节(U)的另一端连接第二个万向节(U)，与第一个万向节(U)相连的第二个万向节(U)的另一端则与动平台(2)相连，且支链的初始位置为直线布置。

2、根据权利要求1所述的一种三平移并联机构多维激振台，其特征在于：三条支链中的移动副(P)采用电动机带动偏心滚子驱动、单向激振器驱动或直线电机驱动。

3、根据权利要求2所述的一种三平移并联机构多维激振台，其特征在于：三条支链中的移动副(P)采用单向激振器驱动。

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