CN102445319B - 实现空间三平移高频激振的并联工作台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种将柔性运动副与并联机构相结合的实现空间三平移高频激振的并联工作台，静平台由三块相互正交的面板组成，每块面板上均垂直固定设置一个单维激振器，动平台和单维激振器之间连接三条并联的支链，呈正交分布的三个支链的末端分别通过移动副与相应的单维激振器相连，呈正交分布的三个支链的顶端均通过转动副垂直连接动平台；单个支链依次由移动副3A、4R结构3B、转动副3C、转动副3D按照运动副轴线之间垂直、垂直、平行的位置关系依次串联连接而成；移动副为一连贯的整体，具有面接触抗压结构和面接触抗拉结构；本发明受力性能较好，结构紧凑，相对结构刚度大。

Description

实现空间三平移高频激振的并联工作台

技术领域

本发明涉及的是将柔性运动副与并联机构相结合的工作台，可实现空间三平移高频激振。

背景技术

随着现代机械工程向高速度、高精度和高性能方向发展，对设备进行振动可靠性能的测试，特别是对400Hz高频振动可靠性能的测试显得越来越重要。进行这类测试需要高频激振台来模拟实际高频振动。

目前已有的激振台主要有以下几种：

1、公开号是CN101854153A、名称是“压电式高频振动台”，是一种单维高频激振台，可以产生2kHZ-50kHZ的单维振动输出，但其缺陷是不能模拟实际情况中的多自由度高频振动输出。

2、公开号是CN87210629、名称是“液压式异步颠簸振动台”，能进行垂直运动又能承受水平运动，但其振动形式是由若干单自由度激振器叠加而成，不能模拟实际环境中的多维真实振动，工作精度和频率都较低。

3、公开号是CN101038208、名称是“一种六轴微激振器系统”，采用柔性关节实现高频多维复合运动，但其产生的是微小变形，只能实现空间六自由度高频微激励输出，而不能实现宏观尺寸下的高频运动输出。

发明内容

本发明的目的是为克服现有激振台存在的不足，提供一种能够模拟自然界真实振动的、在宏观条件下有大尺寸变形的且能实现空间三平移高频激振的并联工作台，刚度大、承载能力强、可实现空间多维输出。

上述发明目的是由以下技术方案实现的：包括动平台和静平台，静平台由三块相互正交的面板组成，每块面板上均垂直固定设置一个单维激振器，其特征是：动平台和单维激振器之间连接三条并联的支链，单个支链的末端通过移动副与相应的单个单维激振器相连，且三个所述移动副呈正交分布；单个支链的顶端通过转动副垂直连接动平台，且三个所述转动副的轴线方向呈正交分布。

单个支链依次由移动副3A、4R结构3B、转动副3C、转动副3D按照运动副轴线之间垂直、垂直、平行的位置关系依次串联连接而成，4R结构3B是4个轴线相互平行的转动副首尾相连组成的平行四边形复合结构，转动副3D位于支链的顶端且与动平台垂直相连，移动副3A位于支链的末端且与相应的单维激振器的移动输出相连。

所述移动副为一连贯的整体，包括圆弧形曲板a、左端面接触结构b，凹槽c和下半面接触结构d；左端面接触结构b为曲板的一部分与矩形梁内壁组成的面接触抗压结构，下半面接触结构d为面接触抗拉结构，凹槽c设置在面接触抗压结构和面接触抗拉结构之间。

本发明的有益效果是：1、本发明结合了新型柔性运动副可实现宏观变形、高频传递以及并联机构刚度大、可实现空间多维输出的优点，很好地解决了空间三平移的高频激振的问题；用新型柔性运动副代替传统的运动副，用并联机构做主体机构，以单维激振器做驱动，实现空间三平移的高频激振要求。2、本发明的并联机构布置对称，各运动副受力性能较好，提高了工作台的性能，具有结构紧凑、相对结构刚度大且加工制造成本低等优点。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是图1中一个支链的结构示意图；

图3是图2中转动副的剖视放大图；

图4是图3中左端面接触结构b的局部放大图；

图5是图3中下半面接触结构d的局部放大图；

图中：1.静平台；4.动平台；2、6、7.单维激振器；3、5、8.支链；3A.移动副、3B.4R结构、3C、3D.转动副；a.圆弧形曲板；b.左端面接触结构；c.凹槽；d.下半面接触结构。

具体实施方式

参见图1，本发明由三部分组成，一是用于安装待测构件的动平台4，它可以实现空间三平移高频振动；二是安装在静平台1上的三个单维激振器2、6、7，提供整个工作台所需要的高频输入，三是连接动平台4和单维激振器2、6、7的三条并联的支链3、5、8，三条并联的支链3、5、8与动平台4以正交的形式连接，与单维激振器连接于三个驱动输入处。

静平台1由三块面板组成，这三块面板分别是一块水平底面板和两块垂直面板，两块垂直面板相互正交，并且均垂直正交于一块水平底面板。在三块面板围成的空间位置，每块面板上均垂直固定安装一个单维激振器，即单维激振器2、6、7，这三个单维激振器2、6、7相同。在每个单维激振器中相应地设置一个支链。三条支链3、5、8的机构形式相同，均为P⊥P(4R)⊥R∥R结构，三条支链3、5、8的末端与单维激振器之间均通过柔性移动副相连，并且三个移动副在空间呈正交分布。三条支链3、5、8的顶端均垂直连接动平台4，与动平台4之间均用柔性转动副相连，并且三个柔性转动副的轴线方向呈正交分布。动平台4为工作平台，其上设有螺纹孔，便于安装待测构件。 

参见图2，单个支链的结构是并联主体机构P⊥P(4R)⊥R∥R，其中，P、R分别表示移动副和转动副，⊥表示运动副轴线之间的空间位置关系是垂直，∥表示平行，4R表示4个轴线相互平行的转动副首尾相连组成的平行四边形复合结构，其在运动学上等效于一轴线与之垂直的移动副P，因此P⊥P(4R)⊥R∥R由P、P(4R)、R、R这4个运动副按照垂直、垂直、平行的位置关系依次串联连接，单个支链依次由移动副3A、4R结构3B、转动副3C、转动副3D按照运动副轴线之间垂直、垂直、平行的位置关系依次串联连接而成，转动副3D位于支链的顶端，顶端的转动副3D与动平台4相连，末端的移动副3A与相应的单维激振器的移动输出相连。三个支链3、5、8中的与动平台4相连的三个转动副3D的轴线互相垂直，三个转动副的轴线方向在空间成正交分布。三条支链3、5、8中的三个移动副3A与静平台1上的单位激振器的移动输出相连，并且三条支链3、5、8上的三个移动副3A在空间呈正交分布；三条支链3、5、8的末端转动副3D均与动平台4刚性相连，并且这三个转动副的轴线两两垂直。

柔性转动副的结构形式如图3所示，其采用整体线切割方法加工而成，整个结构为一连贯的整体，图3中的阴影部分为实体部分，包括圆弧形曲板a、左端面接触结构b，凹槽c和下半面接触结构d组成，具有面接触抗压结构和面接触抗拉结构。圆弧形曲板a产生弹性变形，产生类似转动副的运动。左端面接触结构b如局部放大如图4所示，为曲板的一部分与矩形梁内壁组成的面接触抗压结构，在受轴向压力时，可增强结构的抗压强度。下半面接触结构d如局部放大图5所示，为面接触抗拉结构，在受轴向拉力时，可增强结构的抗拉刚度，凹槽c部分为去除材料后的凹槽部分，设置在面接触抗压结构和面接触抗拉结构之间，其作用相当于提供了柔性转动副变形过程中的导轨，可以提高柔性转动副的运动精度。相比较现有技术中柔性转动副利用结构中的薄弱环节产生运动的方法，图3所示的柔性转动副利用曲板的变形机理来产生运动，可以产生宏观尺度下较大的转动输出。柔性转动副的尺寸及其刚度应根据待测构件的重量、试验需要的幅值和加速度等参数作具体的调整，实现宏观尺度下的大变形要求。

本发明在使用时：如图1所示，将待测构件通过螺纹连接固连于动平台4，在静平台上建立o-xyz坐标系，o点为支链3中移动副3A轴线与静平台1的相交点，x、y、z轴分别与支链5、支链8、支链3中移动副3A的轴线平行。根据动平台4的期望运动规律，通过并联机构的位置反解，可以得到在当前坐标系下单维激振器2、6、7所需要的输入规律，将这输入规律作为单维激振器2、6、7的驱动规律来驱动单维激振器，动平台4将会按照期望的运动规律振动，调整单维激振器的频率和振幅，从而实现空间三平移高频振动输出的目的。

Claims (2)

1.一种实现空间三平移高频激振的并联工作台，包括动平台和静平台，静平台由三块相互正交的面板组成，每块面板上均垂直固定设置一个单维激振器，动平台和单维激振器之间连接三条并联的支链，单个支链的末端通过移动副与相应的单个单维激振器相连，且三个所述移动副呈正交分布；单个支链的顶端通过转动副垂直连接动平台，且三个所述转动副的轴线方向呈正交分布，其特征是：单个支链依次由移动副（3A）、4R结构（3B）、转动副一（3C）、转动副二（3D）按照运动副轴线之间垂直、垂直、平行的位置关系依次串联连接而成，4R结构（3B）是4个轴线相互平行的转动副首尾相连组成的平行四边形复合结构，转动副二（3D）位于支链的顶端且与动平台垂直相连，移动副（3A）位于支链的末端且与相应的单维激振器的移动输出相连。

2.根据权利要求1所述的实现空间三平移高频激振的并联工作台，其特征是：所述移动副为一连贯的整体，包括圆弧形曲板（a）、左端面接触结构（b），凹槽（c）和下半面接触结构（d）；左端面接触结构（b）为曲板的一部分与矩形梁内壁组成的面接触抗压结构，下半面接触结构（d）为面接触抗拉结构，凹槽（c）设置在面接触抗压结构和面接触抗拉结构之间。

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