CN103994867B - 一种模拟与振动方向垂直的动态力加载机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，包括振动台、实验夹具、力加载机构以及支撑基座；实验夹具安装于振动台上，支撑基座设置于振动台一侧，力加载机构通过前支撑体和后支撑体安装于支撑基座上，且与实验夹具上的被测件相配合；力加载机构包括水平安装于后支撑体上且用于将周向转动力矩转化为轴向力的弹簧缓冲单元以及安装于前支撑体上的螺纹加载单元，弹簧缓冲单元与螺纹加载单元相连接，弹簧缓冲单元上套设有用于手动或者电动施加转动力矩的齿轮单元，齿轮单元可与转动装置相连接，也可直接手动施加转动力矩，螺纹加载单元穿过前支撑体安装有推力单元，本发明能够模拟在任意给定外部载荷作用下，以不同频率、不同振幅做运动的被测件的不同受力状态。

Description

一种模拟与振动方向垂直的动态力加载机构

技术领域

本发明涉及实验模拟的机构领域，尤其涉及一种模拟与振动方向垂直的动态力加载机构。

背景技术

水下、水中或空中航行体在运动过程中会承受航行时的空气阻力或者水阻力，为了模拟在真实使用环境中航行体运动部件所受的阻力，在进行产品设计及性能评定时，需要执行在振动时的动态外力加载过程的模拟实验。

对于模拟在真实使用环境中被测件所受的阻力，通常采用在海洋工程水池和航空风洞中进行，然而这种实验水池和风洞极少，且实验和检测费用较为昂贵，这对于许多零件成本是难以承受的。另一种模拟方式，通常采用在被测件振动时，在其表面加载力或力矩的方法，然而由于震动状态的可变性，加载垂直于振动方向的动态力却是难以实现的，因此，目前常采用验证性实验或对比性实验来进行估计，这就不便于在探索性研发过程中发现新现象和新问题。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种价格低、可靠性高的模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，以观察被测件的抗击能力和强度，得到相应的理论数据，对实际运动中的临界危险情况可提前预判。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

包括振动台、实验夹具、力加载机构以及支撑基座；

实验夹具安装于振动台上，支撑基座设置于振动台一侧，力加载机构通过前支撑体和后支撑体安装于支撑基座上，且与实验夹具上的被测件相配合；

力加载机构包括水平安装于后支撑体的上且用于将周向转动力矩转化为轴向力矩的弹簧缓冲单元以及安装于前支撑体上的螺纹加载单元，弹簧缓冲单元与螺纹加载单元相连接，弹簧缓冲单元上套设有用于转动的齿轮单元，齿轮单元与转动装置相连接，螺纹加载单元穿过前支撑体安装有推力单元。

所述弹簧缓冲单元包括弹簧底盘、底座、弹簧、压杆、止推轴承、转动体以及盖环；弹簧安装于底座内，压杆的一端安装于弹簧的顶端，压杆的另一端放置有止推轴承；转动体为圆柱体结构，圆柱体结构的一端开设有圆柱体凹槽，圆柱体凹槽的底面中心内开设有止推轴承孔，止推轴承安装于止推轴承孔内，转动体与底座连接，底座固定于弹簧底盘上，弹簧底盘安装在后支撑体上。

所述转动体通过盖环与底座连接。

所述底座通过沉头螺钉安装在弹簧底盘上。

所述螺纹加载单元包括方圆主推杆、测力计、测力计端盖、导轨底座以及法兰型直线轴承；方圆主推杆的一端为圆柱体结构，方圆主推杆的另一端为长方体结构，其中，圆柱体结构上设置有用于与弹簧缓冲单元连接的外螺纹，测力计通过螺钉安装在导轨底座上，测力计端盖为圆柱体结构，圆柱体结构的底面上开有方孔，方孔与方圆主推杆的长方体一端配合使用；测力计端盖穿过方圆主推杆和测力计后安装于导轨底座上，法兰型直线轴承安装在前支撑体上。

所述推力单元包括直线导轨、滑块、U形中间支架以及K形推力支架；直线导轨固定安装于导轨底座上，滑块安装于直线导轨上，U形支架安装于滑块上，K形推力支架安装于U形支架上。

所述齿轮单元包括齿轮、定位环；转动体一端外圆柱面加工成台阶轴面，轴面上开有用于安装齿轮的平键，用于对齿轮固定的定位环通过螺纹连接安装在转动体上。

所述振动台包括振动台底座，振动台底座上设置有振动台体，振动台体上安装有振动面，振动面能够竖直方向上下振动，振动面的上表面设置有若干呈多圈同心圆周排列且用于安装固定实验夹具的螺纹孔。

与现有技术比较，本发明的友谊效果为：

(1)可扩展性。本发明提供了一种模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，通过水平设置的加载机构，应用于振动台实验中，可对被测件进行与振动方向垂直的力加载，到达了很好的模拟的效果好，本发明能够模拟在任意给定外部载荷作用下，以不同频率、不同振幅做运动的被测件的不同受力状态，能较好的还原其真实的情况，所得到的理论数据，对实际运动中的临界危险情况可提前预判。

(2)成本低。本装置在造价上远远低于传统运动模拟系统(如工程水池、风洞)，实验的运行成本与之相比也比较低。

(3)柔性压紧，逐渐加载/卸载，压紧力可调。本发明采用手动和电动两种方式来驱动推力单元压紧被测试件，压紧力可以通过弹簧和螺纹精确调节控制。

(4)通用性强。若拆下后支撑体，本发明还可连接气缸或液压缸，采用气动和液压来驱动推力单元压紧被测件。

(5)灵活性好。本发明体型小，易于拆装、便于根据不同研究需要灵活改装。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明各功能单元分布示意图；

图3是本发明力加载机构示意图；

图4是本发明弹簧缓冲单元示意图；

图5是本发明螺纹加载单元示意图；

图6是本发明推力单元示意图；

图7是本发明齿轮单元示意图。

图中：1为振动面；2为实验夹具；3为力加载机构；4为支撑基座；5为前支撑体；6为后支撑体；7为弹簧缓冲单元；8为螺纹加载单元；9为推力单元；10为齿轮单元；11为弹簧底盘；12为底座；13为弹簧；14为压杆；15为止推轴承；16为沉头螺钉；17为螺栓；18为螺母；19为垫片；20为转动体；21为盖环；22为方圆主推杆；23为测力计；24为测力计端盖；25为导轨底座；26为法兰直线轴承；27为螺钉；28为直线导轨；29为滑块；30为U形支架；31为K形支架；32为齿轮；33为平键；34为定位环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参见图1、2所示，本发明提供了一种模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，包括振动台、实验夹具2、力加载机构3以及支撑基座4；

实验夹具2安装于振动台上，支撑基座4设置于振动台一侧，力加载机构3通过前支撑体5和后支撑体6安装于支撑基座4上，且与实验夹具2上的被测件相配合；

力加载机构3包括水平安装于后支撑体6的上且用于将周向转动力矩转化为轴向力矩的弹簧缓冲单元7以及安装于前支撑体5上的螺纹加载单元8，弹簧缓冲单元7与螺纹加载单元8相连接，弹簧缓冲单元7上套设有用于手动或者电动施加转动力矩的齿轮单元10，齿轮单元10可与电动机相连接实现电动加载转动力矩，也可直接用于手动加载转动力矩，齿轮单元10与转动装置相连接，螺纹加载单元8穿过前支撑体5安装有推力单元9。

其中，所述振动台包括振动台底座，振动台底座上设置有振动台体，振动台体上安装有振动面1，振动面能够竖直方向上下振动，振动面1的上表面设置有若干呈多圈同心圆周排列且用于安装固定实验夹具2的螺纹孔。围板和底座用于对振动台的防护和移动。

实验夹具2包括压板、螺栓、螺母；不同类型的被测件所需的实验夹具各不相同，主要用于将被测件稳稳地固定安装在振动面上。

如图3、4所示，弹簧缓冲单元7包括弹簧底盘11、底座12、弹簧13、压杆14、止推轴承15、转动体20以及盖环21；弹簧13安装于底座12内，压杆14的一端安装于弹簧13的顶端，压杆14的另一端放置有止推轴承15；转动体20为圆柱体结构，圆柱体结构的一端开设有圆柱体凹槽，圆柱体凹槽的底面中心内开设有止推轴承孔，止推轴承15安装于止推轴承孔内，转动体20与底座12连接，具体的，所述转动体20通过盖环21与底座12连接，底座12通过沉头螺钉16安装在弹簧底盘11上，弹簧底盘11通过螺栓17、螺母19以及垫片19安装在后支撑体6上。止推轴承15能够在受轴向压力时沿周向转动。当转动体20顺时针转动时，使用弹簧的压缩变形实现推力。

如图3、5所示，螺纹加载单元8包括方圆主推杆22、测力计23、测力计端盖24、导轨底座25以及法兰型直线轴承26；方圆主推杆22的一端为圆柱体结构，方圆主推杆22的另一端为长方体结构，其中，圆柱体结构上设置有用于与弹簧缓冲单元7连接的外螺纹，测力计23通过螺钉安装在导轨底座25上，测力计端盖24为圆柱体结构，圆柱体结构的底面上开有方孔，方孔与方圆主推杆22的长方体一端配合使用；测力计端盖24穿过方圆主推杆22和测力计23后安装于导轨底座25上，法兰型直线轴承26安装在前支撑体5上。

所述推力单元9包括直线导轨28、滑块29、U形中间支架30以及K形推力支架31；直线导轨28固定安装于导轨底座25上，滑块29安装于直线导轨28上，U形支架30安装于滑块29上，K形推力支架31安装于U形支架30上。

所述齿轮单元10包括齿轮32、平键33、定位环34；转动体20一端外圆柱面加工成台阶轴面，轴面上开有用于安装齿轮的平键33，用于对齿轮的固定的定位环34通过螺纹连接安装在转动体20上。

所述振动台包括振动台底座，振动台底座上设置有振动台体，振动台体上安装有振动面1，振动面能够竖直方向上下振动，振动面1的上表面设置有若干呈多圈同心圆周排列且用于安装固定实验夹具2的螺纹孔。

如图3、6所示，推力单元9包括导轨底座25、直线导轨28、滑块29、U形中间支架30、K形推力支架31。U形支架30和K形支架31通过螺钉安装在滑块29上，随滑块29一起在直线导轨28上滑动。采用K形支架31是为了保证在振动且加载时，被测试件被卡在K形支架31的V型槽内不易脱落。

如图3、7所示，齿轮单元包括转动体20、齿轮32、平键33、定位环34。转动体20为圆柱体结构，一端与盖环21连接套装在弹簧底座12上，另一端内开有螺纹孔，与方圆主推杆22相连接；其20外圆柱面上加工有一段台阶轴面和一段外螺纹，台阶轴面上开有平键33槽，用于定位齿轮32；定位环34开有内螺纹，与转动体20外螺纹相配合，用于固定齿轮32。当需采用电动方式驱动力加载机构时，在转动体20上安装齿轮单元，齿轮32与另一齿轮相啮合实现传动，使得转动体20转动，从而可实现电动力加载。

本发明的工作过程为：

首先，将被测件通过实验夹具2安装于垂直振动台1上，且被测件卡在推力单元9中的K形支架31中，然后对齿轮单元10加载周向转动力矩，使得转动体20顺时针或者逆时针方向转动，使得转动体20中的止推轴承15在受轴向压力同时沿周向转动，从而使得弹簧的伸缩变形实现大小可调推力，对被测件进行动态力加载。

Claims (6)

1.一种模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，其特征在于，包括振动台、实验夹具(2)、力加载机构(3)以及支撑基座(4)；所述振动台包括振动台底座，振动台底座上设置有振动台体，振动台体上安装有振动面(1)，振动面能够竖直方向上下振动，振动面(1)的上表面设置有若干呈多圈同心圆周排列且用于安装固定实验夹具(2)的螺纹孔；

实验夹具(2)通过螺纹孔安装于振动台上，支撑基座(4)设置于振动台一侧，力加载机构(3)通过前支撑体(5)和后支撑体(6)安装于支撑基座(4)上，且与实验夹具(2)上的被测件相配合；

力加载机构(3)包括水平安装于后支撑体(6)上且用于将周向转动力矩转化为轴向力的弹簧缓冲单元(7)以及安装于前支撑体(5)上的螺纹加载单元(8)，弹簧缓冲单元(7)与螺纹加载单元(8)相连接，弹簧缓冲单元(7)上套设有用于手动或者电动施加转动力矩的齿轮单元(10)，螺纹加载单元(8)穿过前支撑体(5)安装有推力单元(9)，所述推力单元(9)包括直线导轨(28)、滑块(29)、U形中间支架(30)以及K形推力支架(31)；直线导轨(28)固定安装于导轨底座(25)上，滑块(29)安装于直线导轨(28)上，U形支架(30)安装于滑块(29)上，K形推力支架(31)安装于U形支架(30)上。

2.根据权利要求1所述的模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，其特征在于，所述弹簧缓冲单元(7)包括弹簧底盘(11)、底座(12)、弹簧(13)、压杆(14)、止推轴承(15)、转动体(20)以及盖环(21)；弹簧(13)安装于底座(12)内，压杆(14)的一端安装于弹簧(13)的顶端，压杆(14)的另一端放置有止推轴承(15)；转动体(20)为圆柱体结构，圆柱体结构的一端开设有圆柱体凹槽，圆柱体凹槽的底面中心内开设有止推轴承孔，止推轴承(15)安装于止推轴承孔内，转动体(20)与底座(12)连接，底座(12)固定于弹簧底盘(11)上，弹簧底盘(11)安装在后支撑体(6)上。

3.根据权利要求2所述的模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，其特征在于，所述转动体(20)通过盖环(21)与底座(12)连接。

4.根据权利要求2所述的模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，其特征在于，所述底座(12)通过沉头螺钉(16)安装在弹簧底盘(11)上。

5.根据权利要求1所述的模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，其特征在于，所述螺纹加载单元(8)包括方圆主推杆(22)、测力计(23)、测力计端盖(24)、导轨底座(25)以及法兰型直线轴承(26)；方圆主推杆(22)的一端为圆柱体结构，方圆主推杆(22)的另一端为长方体结构，其中，圆柱体结构上设置有用于与弹簧缓冲单元(7)连接的外螺纹，测力计(23)通过螺钉安装在导轨底座(25)上，测力计端盖(24)为圆柱体结构，圆柱体结构的底面上开有方孔，方孔与方圆主推杆(22)的长方体一端配合使用；测力计端盖(24)穿过方圆主推杆(22)和测力计(23)后安装于导轨底座(25)上，法兰型直线轴承(26)安装在前支撑体(5)上。

6.根据权利要求1所述的模拟与振动方向垂直的动态力加载机构，其特征在于，所述齿轮单元(10)包括齿轮(32)、定位环(34)；转动体(20)一端外圆柱面加工成台阶轴面，轴面上开有用于安装齿轮的平键(33)，用于对齿轮固定的定位环(34)通过螺纹连接安装在转动体(20)上。