CN101839731A - 基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置，机架中部固定有安装框架，下部固定有机架下安装板；安装框架的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；安装框架的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，磁动系统包括两个长行程动圈和两个激振器铁芯，激振器铁芯安装在所述安装框架的底板与顶板间，两只激振器铁芯对称地设置在主杆的两侧。本发明能有效消除对垂直运动存在弯矩影响、使垂直运动部件工作在无扰状态、满足无摩擦要求。

Description

基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置
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悬吊装置。
背景技术
在超低频试件模态试验时，必须有专门的低频悬吊装置悬吊试件，其缸体悬挂频率应低于试件本身弹性固有频率的1/3～1/5。
在某些重要测试(如航天地面测试)过程需要模拟无重力情况时，测试过程必须具备一种低频悬吊装置来模拟试件的失重状态，即通过特殊的悬挂系统来模拟固支-自由以及自由-自由边界条件。
在专利申请号为CN200710071515.0的“气浮磁动无摩擦悬吊装置”所公开的一种将气浮轴应用在立式无摩擦运动领域的气浮装置中所述，悬吊装置引入气浮磁动系统降低了悬吊装置对试件的附加刚度、附加质量及附加摩擦力矩的影响。
在此基础上，我们发现单电磁力输出的磁动系统虽然能满足作为主动子系统时的电磁力补偿、垂直方向位移调节等功能。但是，单电磁力输出将不可避免的在节点处(线圈——力传感器——横梁)伴生出附加力矩的作用，从而使长主立柱在水平方向弯曲变形增加，附加力矩产生的微小挠度必然会影响气浮系统的工作性能，尤其体现在气浮轴承上。气浮轴承是一种通过向轴腔内注入压缩空气，产生一层气膜来取代润滑剂，由于阀芯与阀套之间无接触，因此空气轴承并不存在接触摩擦力。因此，气浮阀芯与气浮阀套之间的相对运动由之前的摩擦+较大的黏滞阻力用几乎微不可计的空气黏滞阻力来代替，且气膜的厚度通常在1到10微米之间。因此，通常情况下空气轴承的生产及安装需要相当高的精度，同样，一个竖直方向运动机构的无弯曲变形要求也随之提出，原因很简单，即微小的弯曲变形将影响气膜间隙，甚至破坏气膜，从而使整个悬吊系统处于有摩擦工作状态，无法满足用户要求。
发明内容
为了克服已有气浮磁动悬吊装置单向电磁力作用下对垂直运动存在弯矩影响、垂直运动部件工作在有扰状态、不能达到无摩擦要求的不足，本发明提供一种有效消除对垂直运动存在弯矩影响、使垂直运动部件工作在无扰状态、满足无摩擦要求的基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置，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，所述的机架中部固定有安装框架，下部固定有机架下安装板，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，无摩擦气缸的活塞杆与移动横梁连接；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，所述磁动系统包括两个长行程动圈和两个激振器铁芯，长行程动圈的内孔可上下运动地套在激振器铁芯上，激振器铁芯安装在所述安装框架的底板与顶板间，两只激振器铁芯对称地设置在主杆的两侧。
所述长行程动圈力传感器有两个，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。
本发明的技术构思为：为了使在长距离导向过程中使气浮磁动系统主立柱处于无弯曲变形的目的，本设计延用采用“气浮磁动无摩擦悬吊装置”中所阐述的双气浮出力系统相同的原理，在“气浮磁动无摩擦悬吊装置”中，双气浮出力机构的应用完美地解决了竖直轴左右向的弯曲变形。因此，本设计的基本原理为：利用双磁动系统的对称设计，将磁动系统的电磁力输出设备由一只增为两只，相对于主立柱前后对称排布，从而使主立柱在同一节点位置受到一组大小相同、方向相反的力矩以及一组大小相同、方向一致的轴向力，从而达到使气浮磁动系统在长距离导向过程中主立柱处于无弯曲变形的目的。
本发明的有益效果主要表现在：采用双磁动系统有效消除对垂直运动存在弯矩影响、使垂直运动部件工作在无扰状态、满足无摩擦要求。
附图说明
图1是基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置的结构图。
图2是图1的侧视图。
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2，一种基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置，包括机架、安装框架8、移动横梁9、导向杆6、主杆5、气浮系统和磁动系统，所述气浮系统包括两个无摩擦气缸12，所述的机架中部固定有安装框架8，下部固定有机架下安装板，所述的安装框架8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7，一个安装主杆的大空气轴承4；底板的下方安装有安装主杆的大空气轴承13；机架下安装板的上方对称地安装有两个无摩擦气缸12，无摩擦气缸的活塞杆11与移动横梁9连接；移动横梁9由对称的两部分组成，移动横梁上安装有主杆5和两根导向杆6，所述磁动系统包括两个长行程动圈2、15和两个激振器铁芯3、14，长行程动圈的内孔可上下运动地套在激振器铁芯上，激振器铁芯安装在所述安装框架的底板与顶板间，两只激振器铁芯3、14对称地设置在主杆的两侧。
所述长行程动圈力传感器有两个，长行程动圈力传感器16一面固定在移动横梁9的侧面，另一面连接长行程动圈2、15的安装支架。
无摩擦气缸的活塞杆11与移动横梁9通过连接铰10连接。无摩擦气缸12与储气罐连接口连通。
本实施例的工作过程为：两套对称的磁动系统工作时，产生一对同向等值推力，将输出的控制信号同时分配给两个激振器铁芯的前级驱动放大器，使两输出力等值，由于力臂长度相同，故施加在垂直运动系统(两根导向杆6、一根主柱5)上的力矩相消为零。垂直方向的两个电磁力大小分别由两个力传感器测得，传感器采集的信号传递给主控板的模拟放大部分放大并将数据传输给主控芯片，该数据作为闭环反馈数据与控制板输出控制信号比较，由主控板输出两路独立的电磁力控制模拟信号，经两套独立的功率放大器后输出至两路电磁力线圈，从而形成磁动系统的闭环。
由于采用了对称式磁动系统，消除了悬挂测试设备在单向电磁力作用下对垂直运动部分的弯矩影响，从根本上解决了垂直运动部分工作在有挠状态的问题，使空气轴承与气浮间始终存在一层稳定的气浮膜，达到设备工作状态无摩擦的要求。

Claims (2)

1.一种基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置，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，所述的机架中部固定有安装框架，下部固定有机架下安装板，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，无摩擦气缸的活塞杆与移动横梁连接；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，其特征在于：所述磁动系统包括两个长行程动圈和两个激振器铁芯，长行程动圈的内孔可上下运动地套在激振器铁芯上，激振器铁芯安装在所述安装框架的底板与顶板间，两只激振器铁芯对称地设置在主杆的两侧。
2.如权利要求1所述的基于双电磁力的无扰气浮磁动悬吊装置，其特征在于：所述长行程动圈力传感器有两个，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。
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