CN101126681A

CN101126681A - 气浮磁动无摩擦悬吊装置

Info

Publication number: CN101126681A
Application number: CNA2007100715150A
Authority: CN
Inventors: 孙建辉; 郑欣荣; 单晓杭; 赵国军; 王杨渝
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: CN100535631C

Abstract

一种气浮磁动无摩擦悬吊装置，包括机架、安装框架、移动横梁、导向杆、主杆、气浮系统和磁动系统，气浮系统包括两个无摩擦气缸、两个相同的储气罐；磁动系统包括长行程动圈、激振器铁芯；机架中部固定有安装框架，下部有机架下安装板；安装框架有顶板和底板，顶板上面安装有两个安装导向杆的小空气轴承，一个安装主杆的大空气轴承；底板的下方安装有安装主杆的大空气轴承；机架下安装板的上方对称地安装有两个无摩擦气缸，无摩擦气缸的活塞杆与移动横梁通过连接铰连接；移动横梁由对称的两部分组成，移动横梁上安装有主杆和两根导向杆，主杆的两端安装有限位板。本发明在超低频时也能满足频率准则、附加质量足够小、非线性影响小，测试精度高。

Description

气浮磁动无摩擦悬吊装置

(一)技术领域

本发明属于模态试验设备领域，尤其涉及一种气浮磁动无摩擦悬吊装置。

(二)背景技术

在航天及某些特殊要求试件的模态试验时，必须有专门的低频悬吊装置模拟试件的失重状态，即通过特殊的悬挂系统来模拟其固支-自由或自由-自由边界条件。

为了减少悬吊装置对试件的附加刚度、附加质量及附加摩擦力与力矩的影响，悬挂系统应满足频率准则和稳定性准则，即要求试件悬挂时，其刚体悬挂频率应低于试件本身弹性固有频率的1/3～1/5。

目前，国内进行超低频试件模态试验时，采用橡皮绳悬吊等方法，当试件的基频很低时，如小于0.1Hz时，悬吊高度达15米仍无法满足频率准则要求，而且这时橡皮绳的附加质量、非线性影响也比较大，测试出来的结果误差较大。由于缺少必要的手段，对科研已产生了很大的影响，现有测试手段已不能适应研制的需求。

(三)发明内容

为了克服已有悬挂系统的在超低频率时无法满足频率准则要求、附加质量、非线性影响大、测量结果误差大等不足，本发明提供一种在超低频时也能满足频率准则、附加质量足够小、非线性影响小，测试精度高的气浮磁动无摩擦悬吊装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种气浮磁动无摩擦悬吊装置，所述无摩擦悬吊装置包括机架、安装框架、移动横梁、导向杆、主杆、气浮系统和磁动系统，所述气浮系统包括两个无摩擦气缸、两个相同的储气罐、无摩擦气缸连接气管、精密减压阀；所述磁动系统包括长行程动圈、激振器铁芯；所述的机架中部固定有安装框架，下部有机架下安装板；所述的安装框架有顶板和底板，顶板上面安装有两个安装导向杆的小空气轴承，一个安装主杆的大空气轴承；底板的下方安装有安装主杆的大空气轴承；机架下安装板的上方对称地安装有两个无摩擦气缸，无摩擦气缸与储气罐间由与气缸内孔直径相等的无摩擦气缸连接气管连接，压缩气源通过精密减压阀连接储气罐，无摩擦气缸的活塞杆与移动横梁通过连接铰连接；移动横梁由对称的两部分组成，移动横梁上安装有主杆和两根导向杆，所述的主杆的两端安装有限位板。

进一步，长行程动圈的内孔可上下运动地套在激振器铁芯上，激振器铁芯安装在安装框架的底板与顶板间，上下运动的长行程动圈与移动横梁距离保持一致，长行程动圈内孔与激振器铁芯间的间隙一致。

进一步，所述无摩擦悬吊装置包括检测传感器系统，检测传感器系统包括气压传感器、位移传感器、加速度传感器、长行程动圈力传感器、负载力传感器；安装在机架下安装板上的气压传感器与无摩擦气缸内腔连接；位移传感器活动部件与固定在移动横梁上的支架固定，位移传感器的固定部件固定在安装框架的顶板上方；加速度传感器固定在在移动横梁侧面的支架上；长行程动圈力传感器一面固定在移动横梁的侧面，另一面连接长行程动圈安装支架；负载力传感器一端固定在主杆上，另一端连接悬挂钢缆。

本发明的技术构思为：气浮磁动无摩擦悬吊装置由气浮系统、磁动系统、检测传感器系统、机架、安装框架、移动横梁、连接铰、悬挂钢缆、空气轴承、主杆、导向杆构成。气浮系统又称为被动子系统，磁动系统又称为主动子系统。气浮系统由两个对称安装的无摩擦气缸、两个相同的储气罐、无摩擦气缸连接气管、精密减压阀等构成。气浮系统提供恒定的悬挂力以平衡试件的重力，悬挂力的大小为作用在活塞上的气压和活塞面积的乘积。气压用精密减压阀调节。由于采用无摩擦气缸-活塞装置，使得活塞在气缸的垂直方向的任何位置，空气弹簧力总是和试件重力平衡。把气缸通过大口径的气管连接到储气罐使得储气罐的容积成为气缸容积。这样空气弹簧的刚度变得非常小，同时保持承受大载荷试件的能力。精密减压阀使得气缸的平均压力稳定在设定值，间接地使无摩擦气缸-活塞的悬挂力稳定。

主动子系统由定制的长行程动圈激振器和检测传感器系统及控制器等构成。

磁动系统根据检测传感器系统提供的信息在控制器控制下提供非接触的电磁力。以满足悬吊装置对微小力的各种需求。

本发明的有益效果主要表现在：1、由于采用无摩擦气缸及空气轴承，可模拟试件的失重状态，并且由于摩擦力相对其它影响振动试验的动态约束力是非线性和非重复性的，采用无摩擦气缸及空气轴承后摩擦阻力极小，因此不影响振型测试；2、由于采用储气罐和无摩擦气缸的压缩空气的气弹簧，故弹簧刚度可做得很小，以满足0.1HZ以下频率试件的振型测试；3、由于采用了磁动系统，根据检测传感器系统提供的信息在控制器控制下可对随动系统的附加质量进行抑制，使其控制在600g以下成为可能，并且能调节悬挂高度和保持垂直方向中心位置，补偿压力波动；4、由于在主杆的两端安装有限位板，可限制试件的运动行程，并能起到安全防护作用；5、由于横梁及主杆、导向杆均采用轻合金材料制造，主杆和导向杆均采用空心结构，故可使运动件的质量控制在最小；6、由于大空气轴承、小空气轴承均安装在整体式安装框架上，便于通过整体加工来保证轴承孔间的同轴度及平行度要求。

(四)附图说明

图1是气浮磁动无摩擦悬吊装置的结构图。

图2是图1的内部结构图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1、图2，一种气浮磁动无摩擦悬吊装置，所述无摩擦悬吊装置包括机架1、安装框架2、移动横梁14、导向杆4、主杆7、气浮系统和磁动系统，所述气浮系统包括两个无摩擦气缸17、两个相同的储气罐19、无摩擦气缸连接气管18、精密减压阀20；所述磁动系统包括长行程音频动圈9、激振器铁芯8；所述的机架1中部固定有安装框架2，下部有机架下安装板22；所述的安装框架2有顶板和底板，顶板上面安装有两个安装导向杆4的小空气轴承3，一个安装主杆7的大空气轴承5；底板的下方安装有安装主杆的大空气轴承；机架下安装板22的上方对称地安装有两个无摩擦气缸17，无摩擦气缸17与储气罐间19由与气缸内孔直径相等的无摩擦气缸连接气管18连接，压缩气源通过精密减压阀20连接储气罐19，无摩擦气缸19的活塞杆16与移动横梁14通过连接铰15连接；移动横梁14由对称的两部分组成，移动横梁14上安装有主杆7和两根导向杆4，两根导向杆4位于主杆7的两侧，所述的主杆7的两端安装有限位板。主杆7和导向杆3均为空心管，移动横梁14、主杆7和导向杆3由轻合金材料制造。

长行程音频动圈9的内孔可上下运动地套在激振器铁芯8上，激振器铁芯8安装在安装框架2的底板与顶板间，上下运动的长行程音频动圈9与移动横梁14距离保持一致，长行程音频动圈9内孔与激振器铁芯8间的间隙一致。

所述无摩擦悬吊装置包括检测传感器系统，检测传感器系统包括气压传感器11、位移传感器6、加速度传感器13、长行程动圈力传感器10、负载力传感器12；气压传感器11与无摩擦气缸17内腔连接；位移传感器6活动部件与固定在移动横梁14上的支架固定，位移传感器6的固定部件固定在安装框架的顶板上；加速度传感器13固定在在移动横梁14侧面的支架上；长行程动圈力传感器10一面固定在移动横梁14的侧面，另一面连接长行程动圈9的安装支架；负载力传感器12一端固定在主杆7上，另一端连接悬挂钢缆21。

本实施例的工作过程为：在测试前，先将大、小空气轴承通入压缩空气，使空气轴承内孔与导向杆4及主杆7间形成有刚度的气膜，从而使导向杆4及主杆7在运动时摩擦力基本为0，然后在钢缆21上悬挂被测试件，接着通过精密减压阀20向储气罐19通入压缩空气，储气罐内的压缩空气通过与气缸内孔直径相等的无摩擦气缸连接气管18进入无摩擦气缸17，气缸内压缩空气对无摩擦气缸活塞的压力通过活塞杆16、连接铰15、移动横梁14、主杆7、负载力传感器12、悬挂钢缆21作用于被测试件；调整精密减压阀20，使无摩擦气缸内压力与被测试件及气浮磁动无摩擦悬吊装置的随动部件重力平衡时，通过控制系统调整磁动系统长行程动圈9内电流，使被测试件处于振动平衡中心位置；由于移动横梁14上的安装在小空气轴承3内的两个导向杆4限制了移动横梁14只能做上下平动，而不能转动，长行程动圈9通过长行程动圈安装支架、长行程动圈力传感器10固定在移动横梁14的侧面，因而只要保证激振器铁芯8安装时与移动横梁14的侧面平行，就能保证在运动中长行程动圈内孔与激振器铁芯间的间隙即磁隙始终保持一致；当被测试件受到外界强迫激振力时，由于气浮系统提供的力始终等于重力，所以可模拟失重状态，而被测试件悬挂在悬挂钢缆21下，所以可做三个自由度的自由-自由边界条件下的运动，进行被测试件的振型测试；检测传感器系统包括气压传感器11、位移传感器6、加速度传感器13、长行程动圈力传感器10、负载力传感器12；在测试过程中，分别向控制系统提供气浮磁动无摩擦悬吊装置随动部件的位移和加速度信息、无摩擦气缸内气压波动信息、被测试件受力信息及长行程动圈作用于随动部件的作用力信息，以便对长行程动圈9的电流进行调整，提供合适的电磁力。

Claims

1.一种气浮磁动无摩擦悬吊装置，其特征在于：所述无摩擦悬吊装置包括机架、安装框架、移动横梁、导向杆、主杆、气浮系统和磁动系统，所述气浮系统包括两个无摩擦气缸、两个相同的储气罐、无摩擦气缸连接气管、精密减压阀；所述磁动系统包括长行程动圈、激振器铁芯；所述的机架中部固定有安装框架，下部有机架下安装板；所述的安装框架有顶板和底板，顶板上面安装有两个安装导向杆的小空气轴承，一个安装主杆的大空气轴承；底板的下方安装有安装主杆的大空气轴承；机架下安装板的上方对称地安装有两个无摩擦气缸，无摩擦气缸与储气罐间由与气缸内孔直径相等的无摩擦气缸连接气管连接，压缩气源通过精密减压阀连接储气罐，无摩擦气缸的活塞杆与移动横梁通过连接铰连接；移动横梁由对称的两部分组成，移动横梁上安装有主杆和两根导向杆，所述的主杆的两端安装有限位板。

2.如权利要求1所述的气浮磁动无摩擦悬吊装置，其特征在于：长行程动圈的内孔可上下运动地套在激振器铁芯上，激振器铁芯安装在安装框架的底板与顶板间，上下运动的长行程动圈与移动横梁距离保持一致，长行程动圈内孔与激振器铁芯间的间隙一致。

3.如权利要求1或2所述的气浮磁动无摩擦悬吊装置，其特征在于：所述无摩擦悬吊装置还包括检测传感器系统，检测传感器系统包括气压传感器、位移传感器、加速度传感器、长行程动圈力传感器、负载力传感器；安装在机架下安装板上的气压传感器与无摩擦气缸内腔连接；位移传感器活动部件与固定在移动横梁上的支架固定，位移传感器的固定部件固定在安装框架的顶板上方；加速度传感器固定在在移动横梁侧面的支架上；长行程动圈力传感器一面固定在移动横梁的侧面，另一面连接长行程动圈安装支架；负载力传感器一端固定在主杆上，另一端连接悬挂钢缆。