CN102865986A - 多轴振动复合试验工作台面的平衡结构 - Google Patents

Abstract

一种多轴振动复合试验工作台面的平衡结构，包括一个用来承载试验物品的工作台面（1），该工作台面（1）在X轴向或/和Y轴向连接有传振解耦装置，传振解耦装置中的第一滑动部件与工作台面（1）固定连接，其特征在于：针对X轴向或/和Y轴向传振解耦装置中的第一滑动部件，在工作台面（1）的侧部或底部固定设置有平衡配重块（10），平衡配重块（10）为刚性质量体，所述工作台面（1）、第一滑动部件和平衡配重块（10）三者形成刚性整体，该刚性整体的重心与工作台面（1）的几何中心位于同一条重力垂线上。本方案解决了工作台面因连接传振解耦装置而引起的重心与几何中心发生偏移的振动平衡问题。

Description

多轴振动复合试验工作台面的平衡结构

技术领域

本发明涉及力学环境试验设备，具体涉及二轴向和三轴向振动复合试验台中工作台面的平衡结构。

背景技术

振动试验的目的是在试验室内人工模拟产品在运输、储存、使用过程中可能经受到的振动载荷及其对试件产生的影响，并考核其适应性。常规的试验方式是使用单轴向振动试验设备对产品的某一个方向进行激励。但是在实际自然环境中，产品所遭受的振动和冲击是多方向同时存在的复合振动环境，常规的单轴向振动试验对这些复杂环境条件下的多轴向复合振动还原性较差，不能反映出产品在实际环境中遭受的真实情况，于是人们开发出了二轴向或三轴向同时激励的振动复合试验台。

二轴向或三轴向振动复合试验台通常在二维或三维轴向均设有振动发生器，而每个振动发生器均通过一个传振解耦装置与工作台面进行连接，比如中国专利CN101487765B、CN102478449A等等。这些试验设备在振动复合试验中，当第一轴向振动发生器发出振动时通过该第一轴向的传振解耦装置传递振动频率和推力，当第二轴向振动发生器发出振动时第一轴向的传振解耦装置通过解耦进行配合，从而实现了同轴传振异轴解耦的目标，最终将来自不同轴向的振动通过工作台面复合施加到试件上。

在振动试验设备中，工作台面的作用是用来承载试验物品，但在二轴向或三轴向振动复合试验设备中，由于工作台面在各振动方向上均通过传振解耦装置与振动发生器进行连接，因此对于工作台面来说存在一个振动平衡问题，具体说就是理论上要求工作台面的几何中心与重心至少在同一条重力垂线上，而实践中尽管设计人员都利用几何对称的原理来保证工作台面的几何中心与重心在重力垂线方向的一致性，比如采用立方体、圆柱体、圆锥体以及框架结构等等，但是在工作台面的侧部连接传振解耦装置后，重心将会发生移偏，导致振动平衡问题。据申请人了解，以往在振动试验过程中由于试验的量级较低（比如试验推力在试验台最大推力的30%以下，移位在最大移位的30%以下，振动频率80Hz以下），技术人员往往忽视振动平衡问题。但当试验的量级较高，特别是振动频率在80-200Hz时，振动平衡问题开始突显。具体表现是：试验振动波形失真大，当失真度超出允许误差范围时，导致试验中断或异常停止（比如出现过电流或过电压保护系统迫使试验台停止工作），最终使振动试验系统无法正常工作。于是，如何解决这一问题是本领域技术人员研究的课题。

发明内容

本发明提供一种多轴振动复合试验工作台面的平衡结构，其目的是要解决工作台面因连接传振解耦装置而引起的重心与几何中心发生偏移的振动平衡问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多轴振动复合试验工作台面的平衡结构，包括一个用来承载试验物品的工作台面，该工作台面在X轴向或/和Y轴向连接有传振解耦装置，传振解耦装置中的第一滑动部件与工作台面固定连接，其创新在于：针对X轴向或/和Y轴向传振解耦装置中的第一滑动部件，在工作台面的侧部或底部固定设置有平衡配重块，平衡配重块为刚性质量体，所述工作台面、第一滑动部件和平衡配重块三者形成刚性整体，该刚性整体的重心与工作台面的几何中心位于同一条重力垂线上。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1. 上述方案中，所述多轴是指二轴和三轴两种情况，其中，三轴是指X轴、Y轴和Z轴；二轴有三种情况，第一种是X轴和Y轴，第二种是X轴和Z轴，第三种是Y轴和Z轴。所述X轴、Y轴和Z轴是指三维座标中的X轴、Y轴和Z轴方向，参见图1中的三维座标示意。

2. 上述方案中，所述传振解耦装置是指在多轴振动复合试验台中用于连接工作台面与振动发生器的装置，该装置的作用是同轴传振，异轴解耦。

3. 上述方案中，所述第一滑动部件是指传振解耦装置中与工作台面固定连接的部件。在传振解耦装置中通常存在两个相对滑动的部件，其中一个部件用来与工作台面固定连接，而另一个部件用来与振动发生器。所述振动发生器可以采用电动振动台、机械振动台、液压振动台或机械振动机构，其中机械振动机构是指能够产生机械振动的机构。

4. 上述方案中，与工作平面连接的每个轴向的传振解耦装置和振动发生器可以由一个传振解耦装置和一台振动发生器来实现，也可以由两个传振解耦装置和两台振动发生器并列来实现，甚至可以由三个或三个以上传振解耦装置和三台或三台以上振动发生器并列来实现。具体的选择可以根据实际需要来确定。

本发明的设计原理和效果是：在振动试验设备中，除了单轴向振动试验台而外，多轴向振动复合试验台的工作台面由于在X轴向或/和Y轴向需要通过传振解耦装置与振动发生器进行连接，使工作台面形成了非对称性结构，导致工作台面的重心发生偏移。如果这种偏移发生在X轴方向，不仅影响X轴向的传振效果，而且影响Y轴向的传振效果，同理如果偏移发生在Y轴方向，不仅影响Y轴向的传振效果，而且影响X轴向的传振效果。这种振动平衡问题在以往多轴向振动复合试验台中普遍存在，但不容易被发现，因此常常被技术人员所忽视。随着振动试验量级的提高，振动平衡问题会呈现突显的特征，最终使振动试验系统出现中断或异常停止，无法正常工作。本发明人经过深入研究以及试验论证发现了这一问题，并针对X轴向或/和Y轴向出现的重心偏移问题，采取了加装平衡配重块的措施，调整工作台面的重心位置，使工作台面、第一滑动部件和平衡配重块三者形成刚性整体的重心与工作台面的几何中心位于同一条重力垂线上，从而有效的解决了工作台面的振动平衡问题。本发明的特点是：1. 方法简单，措施有效，以四两拔千斤；2. 利用平衡配重原理，克服了本领域长期存在的技术问题，具有非显而易见性；3. 大大提高了X、Y、Z三个轴向频率响应一致性，为实现高量级振动试验提供了振动平衡方面的保障。

附图说明

附图1为本发明三轴向振动复合试验台立体图；

附图2为本发明实施例工作台面与三轴向传振解耦装置及平衡配重块的连接关系示意图；

附图3为本发明实施例工作台面、三轴向传振解耦装置及平衡配重块装配后的主视图；

附图4为本发明实施例工作台面、三轴向传振解耦装置及平衡配重块装配后的俯视图；

附图5为本发明实施例工作台面、三轴向传振解耦装置及平衡配重块装配后的剖视图；

附图6为本发明三轴向振动复合试验台中传振解耦装置及振动发生器的布局变化图。

以上附图中：1. 工作台面；2. Z轴传振解耦装置；3. X轴传振解耦装置；4. Y轴传振解耦装置；5. Z轴振动发生器；6. X轴振动发生器；7. Y轴振动发生器；8. 滑动块；9. 滑动座；10. 平衡配重块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：一种三轴向振动复合试验台

如图1-5所示，该三轴向振动复合试验台具有一个用来承载试验物品的工作台面1，该工作台面1在底部垂直的Z轴方向上经一个Z轴传振解耦装置2连接一个Z轴振动发生器5，在侧部水平的X轴方向上经一个X轴传振解耦装置3连接一个X轴振动发生器6，在侧部水平的Y轴方向上经一个Y轴传振解耦装置4连接一个Y轴振动发生器7。

所述X轴振动发生器6、Y轴振动发生器7和Z轴振动发生器5可以采用电动振动台、机械振动台、液压振动台或机械振动机构，其中机械振动机构是指能够产生机械振动的机构。

所述Z轴传振解耦装置2、X轴传振解耦装置3和Y轴传振解耦装置4的结构均相同，且为平面静压式传振解耦装置。所述平面静压式传振解耦装置由滑动块8和滑动座9两部分滑动连接构成，其中，滑动块8为第一滑动部件与工作台面1固定连接。

本实施例三轴向振动复合试验台的工作台面1的外形为一个立方体，其自身的几何中心与重心位于同一条重力垂线上。但在X轴向和Y轴向固定连接滑动块8（即第一滑动部件）后，重心在X轴向和Y轴向均发生偏移。为了解决X轴向和Y轴向的重心偏移问题（Z轴向不存在振动平衡问题），针对X轴向和Y轴向的滑动块8（第一滑动部件），在工作台面1的侧部（也可以是底部）对应X轴向和Y轴向的滑动块8分别设置一个X轴向的平衡配重块10和一个Y轴向的平衡配重块10（见图2所示）。X轴向的平衡配重块10用来平衡X轴向的滑动块8，Y轴向的平衡配重块10用来平衡Y轴向的滑动块8。两个平衡配重块10分别固定在工作台面1的不同侧部（也可以是底部），使工作台面1、第一滑动部件和平衡配重块10三者形成刚性整体。平衡配重块10为刚性质量体，其质量能够使刚性整体的重心与工作台面1的几何中心位于同一条重力垂线上。

图6为三轴向振动复合试验台中传振解耦装置及振动发生器的布局变化图。从图6中可以看出，该三轴向振动复合试验台在X轴向由两台X轴振动发生器6并列设置构成，在Y轴向也由两台Y轴振动发生器7并列设置构成。因此，在X轴向存在两个X轴传振解耦装置3，在Y轴向存在两个Y轴传振解耦装置4。为了解决X轴向和Y轴向的重心偏移问题，在工作台面1的侧部（也可以是底部）对应X轴向和Y轴向的滑动块8分别设置两个X轴向的平衡配重块10和两个Y轴向的平衡配重块10（见图6所示），使刚性整体的重心与工作台面1的几何中心位于同一条重力垂线上。

在本实施例中，平衡配重块10可以由一个独立配重单元构成，也可以由多个独立配重单元组成。

实施例2：一种X轴向和Y轴向振动复合试验台

本实施例未给出图示，但本领域技术人员可以在实施例1提供的图示基础上，想象出X轴向和Y轴向振动复合试验台结构。即将图1中的Z轴传振解耦装置2和Z轴振动发生器5移除，然后在工作台面1的底部提供一个水平滑动支撑即可实现。

这种振动复合试验台同样存在X轴向和Y轴向的重心偏移问题，解决问题的措施与实施例1相同，这里不再重复描述。这里需要指出的是当振动复合试验台同时出现X轴向和Y轴向的重心偏移问题时，平衡配重块10可以对应X轴传振解耦装置3和Y轴传振解耦装置4中的滑动块8（第一滑动部件）设在工作台面1靠近第一侧部和第二侧部交叉的区域位置，而非同轴设置。但这种方案往往计算比较复杂，最终效果仍然是使刚性整体的重心与工作台面1的几何中心位于同一条重力垂线上。

实施例3：一种X轴向和Z轴向振动复合试验台

本实施例未给出图示，但本领域技术人员可以在实施例1提供的图示基础上，想象出X轴向和Z轴向振动复合试验台结构。即将图1中的Y轴传振解耦装置4和Y轴振动发生器7移除即可实现。

这种振动复合试验台仅存在X轴向的重心偏移问题，解决问题的措施仅针对X轴传振解耦装置3中的滑动块8在工作台面1的X轴向侧部或底部固定设置平衡配重块10即可。具体可参见实施例1中有关X轴向设置平衡配重块10的内容，Z轴向不存在振动平衡问题。

实施例4：一种Y轴向和Z轴向振动复合试验台

本实施例未给出图示，但本领域技术人员可以在实施例1提供的图示基础上，想象出Y轴向和Z轴向振动复合试验台结构。即将图1中的X轴传振解耦装置3和X轴振动发生器6移除即可实现。

这种振动复合试验台仅存在Y轴向的重心偏移问题，解决问题的措施仅针对Y轴传振解耦装置4中的滑动块8在工作台面1的Y轴向侧部或底部固定设置平衡配重块10即可。具体可参见实施例1中有关Y轴向设置平衡配重块10的内容，Z轴向不存在振动平衡问题。总之，关于平衡配重块的质量、数量和安装位置可以根据具体需要来确定，目的是为了使工作台面的几何中心与实际刚性整体的重心位于同一条重力垂线上。如果在X轴向和Y轴向由三个或三个以上传振解耦装置和三台或三台以上振动发生器并列来实现，也可以按照本发明原理来调整实际刚性整体的重心位置，实现振动平衡。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多轴振动复合试验工作台面的平衡结构，包括一个用来承载试验物品的工作台面（1），该工作台面（1）在X轴向或/和Y轴向连接有传振解耦装置，传振解耦装置中的第一滑动部件与工作台面（1）固定连接，其特征在于：针对X轴向或/和Y轴向传振解耦装置中的第一滑动部件，在工作台面（1）的侧部或底部固定设置有平衡配重块（10），平衡配重块（10）为刚性质量体，所述工作台面（1）、第一滑动部件和平衡配重块（10）三者形成刚性整体，该刚性整体的重心与工作台面（1）的几何中心位于同一条重力垂线上。

2.根据权利要求1所述的平衡结构，其特征在于：所述传振解耦装置包含X轴传振解耦装置（3），该X轴传振解耦装置（3）设在工作台面（1）侧部的X轴方向上，所述平衡配重块（10）对应X轴传振解耦装置（3）中的第一滑动部件设在工作台面（1）对称的另一侧部或底部。

3.根据权利要求1所述的平衡结构，其特征在于：所述传振解耦装置包含Y轴传振解耦装置（4），该Y轴传振解耦装置（4）设在工作台面（1）侧部的Y轴方向上，所述平衡配重块（10）对应Y轴传振解耦装置（4）中的第一滑动部件设在工作台面（1）对称的另一侧部或底部。

4.根据权利要求1所述的平衡结构，其特征在于：所述传振解耦装置包含X轴传振解耦装置（3）和Y轴传振解耦装置（4），X轴传振解耦装置（3）设在工作台面（1）侧部的X轴方向上，Y轴传振解耦装置（4）设在工作台面（1）侧部的Y轴方向上，所述平衡配重块（10）对应X轴传振解耦装置（3）和Y轴传振解耦装置（4）中的第一滑动部件分别设在工作台面（1）对称的另一侧部或底部。

5.根据权利要求2-4之一所述的平衡结构，其特征在于：所述平衡配重块（10）由一个独立配重单元或多个独立配重单元组成。

6.根据权利要求1所述的平衡结构，其特征在于：所述传振解耦装置包含X轴传振解耦装置（3）和Y轴传振解耦装置（4），X轴传振解耦装置（3）设在工作台面（1）侧部的X轴方向上，Y轴传振解耦装置（4）设在工作台面（1）侧部的Y轴方向上，所述平衡配重块（10）对应X轴传振解耦装置（3）和Y轴传振解耦装置（4）中的第一滑动部件设在工作台面（1）靠近第一侧部和第二侧部交叉的区域位置。

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