CN104614137B - 基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台 - Google Patents
基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台 Download PDFInfo
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Abstract
基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，包括底座，所述的底座上设有X轴向振动台和X轴向回复装置，Y轴向振动台和Y轴向回复装置，Z轴向振动台，和三维振动平台；X轴向振动台隔着三维振动平台与X轴向回复装置相对，Y轴向振动台隔着三维振动平台与Y轴向回复装置相对；X轴向振动台和Y轴向振动台分别与各自的振动台侧静压气浮板固定，振动台侧静压气浮板与三维振动平台之间有能形成气膜的间隙；X轴向回复装置和Y轴向回复装置分别由各自的复位弹簧和弹簧侧静压气浮板组成；Z轴向振动台与Z轴向气浮解耦装置固定，Z轴向气浮解耦装置与三维振动平台之间有能形成气膜的间隙。本发明具有承载力大、支撑稳定且支撑均匀性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台。
技术背景
目前对三维测振传感器的校准多采用单维振动校准系统对三测量轴依次进行，而这种方法耗时较长、数据处理复杂，同时考虑到三维传感器各维间的相互耦合，该方法较难得到反映维间耦合关系的灵敏度矩阵。因此，研制出可对三维测振传感器三轴向同时激振的三分量标准振动台，对测振传感器校准技术的发展及相应行业技术的进步都具有重要的理论和实际意义。
中国专利201110207297.5披露了一种基于锁扣式解耦装置的三分量标准振动台，包括底座，X向电磁振动台，Y向电磁振动台，Z向电磁振动台和三维振动平台，每个电磁振动台均通过运动解耦装置与三维振动平台连接；运动解耦装置包括第一边框和第二边框，第一边框和第二边框相互扣合，第一边框和第二边框均由外边、内边、外边与内边之间的第一连接侧边和第二连接侧边组成，边框的外边与内边相对，边框的内边插入另一个边框内；第一边框的内边中设有气流通道和与气流通道连通的通气孔，通气孔与外界连通；第一边框的内边与第二边框的内边和外边之间均有微小间隙，微小间隙形成第一边框内边的气浮导轨；第二边框的内边与第一边框的外边之间设有防止第二边框与第一边框外边接触的间隔；气流通道与外部压缩空气源连通；第一边框的外边与电磁振动台连接，第二边框的外边与三维振动平台连接。这种振动台采用锁扣式结构及静压气浮支承实现力的传递，来解决三分量运动解耦的问题。
该振动台的缺点在于：1、通过在振动台上固定第一边框，在三维振动平台上固定第二边框，第一边框和第二边框相互扣合形成锁扣式结构，存在第一边框和第二边框的安装精度要求高，第一边框和第二边框之间的气膜面积有限，且第二边框的存在增大了三维振动平台的质量。
2、振动台往复振动时均需要通过锁扣式结构拉动三维振动平台，锁扣式结构容易出现形变，振动台的负担大。
3、采用基于小孔节流的静压气浮技术，小孔节流方式通常在节流孔出口处设计气腔以提高承载能力，然而，气腔的存在不可避免的使静压气浮系统在特定频率段产生“气锤”振动现象，降低了静压气浮系统的支撑稳定性及上限使用频率，此外，受限于节流小孔尺寸及加工精度，很难保证每个节流孔之间承载能力的均匀性，从而使被支撑的振动台运动部件产生倾斜及旋转，对三分量振动台运动解耦产生影响。
发明内容
为克服现有小孔节流技术使用于三分量标准振动台运动解耦装置时难以获得较好地承载能力的同时具有较高的支撑稳定性以及由于支撑均匀性差而造成振动台运动部件倾斜及旋转的缺点，本发明提供了一种承载力大、支撑稳定且支撑均匀性好的基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台。
基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，包括底座，所述的底座上设有X轴向振动台和X轴向回复装置，Y轴向振动台和Y轴向回复装置，Z轴向振动台，和三维振动平台；
其特征在于：X轴向振动台隔着三维振动平台与X轴向回复装置相对，Y轴向振动台隔着三维振动平台与Y轴向回复装置相对；
X轴向振动台和Y轴向振动台分别与各自的振动台侧静压气浮板固定，振动台侧静压气浮板与三维振动平台之间有能形成气膜的间隙；
X轴向回复装置和Y轴向回复装置分别由各自的复位弹簧和弹簧侧静压气浮板组成，复位弹簧与弹簧侧静压气浮板固定；Z轴向振动台与Z轴向气浮解耦装置固定，Z轴向气浮解耦装置与三维振动平台之间有能形成气膜的间隙。
进一步，弹簧侧静压气浮板和振动台侧静压气浮板对称地设置于三维振动平台两侧。
X轴向振动台、X轴向回复装置共同作用实现所述的三维振动平台沿X轴向振动；Y轴向振动台，Y轴向回复装置共同作用实现所述的三维振动平台沿Y轴向振动；Z轴向振动台用于实现所述的三维振动平台沿Z轴向振动。
以X轴向振动台和X轴向回复装置推动三维振动平台的X轴向振动为例，X轴向振动台向靠近三维振动平台运动时，X轴向振动台及其与三维振动平台之间的气膜推动三维振动平台向X轴向回复装置的方向运动，此时X轴向的复位弹簧被压缩；当X轴向振动台复位时，三维振动平台失去X轴向振动台的推力，X轴向的复位弹簧复位，使三维振动平台在X轴向复位。Y轴向振动台和Y轴向回复装置推动三维振动平台的Y轴向振动与X轴向相同。
X轴向的复位弹簧和Y轴向的复位弹簧均为空气弹簧。
进一步，弹簧侧静压气浮板和振动台侧静压气浮板分别由各自的基板和固定于基板上的多孔质节流件组成，基板中设有与多孔质节流件连通的气流通道。高压气经气流通道和多孔质节流件在静压气浮板与三维振动平台之间形成均匀的气膜。
进一步，多孔质节流件有多个，多孔质节流件均匀分布于基板上。
X轴向的弹簧侧静压气浮板和振动台侧静压气浮板形成X轴向气浮解耦装置，Y轴向的弹簧侧静压气浮板和振动台侧静压气浮板形成Y轴向气浮解耦装置。
进一步，Z轴向气浮解耦装置由第一连接板、第二连接板、调整垫、Z轴静压气浮板组成；调整垫位于第一连接板和第二连接板之间，第一连接板、第二连接板和调整垫刚性连接并围成气浮腔，Z轴静压气浮板放置于气浮腔内；第二连接板设有缺口，三维振动平台经过缺口与Z轴静压气浮板固定；第一连接板和第二连接板上分别设有各自的气流通道和多孔质节流件，每个连接板的气流通道与多孔质节流件连通。
所述的三维振动平台设有连接角柱，所述的第二连接板设有直角缺口，共同实现将所述的三维振动平台与第二连接板连接，且与所述的第一连接板之间形成间隔，与此同时，在所述的垂直静压气浮板及所述的调整垫之间也存在间隔，所述各间隔的存在使三维振动平台可以沿X、Y轴向自由振动。
所述的X、Y、Z轴向气浮解耦装置共同组成多孔质静压气浮解耦装置，用于实现设计的三轴向标准振动台输出三轴向运动的解耦。
本发明的工作过程为：当某轴向振动台产生运动时，由于对应轴向振动台及空气弹簧与气浮解耦装置之间通过螺栓刚性连接，振动首先传递到与该振动台及空气弹簧连接的气浮解耦装置，再通过对应轴向气浮解耦装置产生的均匀静压气膜将振动传递至三维振动平台；由于所述的均匀静压气膜对相应轴向运动力传递性能好，并对另外两个轴向运动产生的阻力小，很好地符合了运动解耦的要求，所以，三维振动平台输出的运动即是X、Y、Z三轴向振动台输出振动的合成。
本发明的优点在于：1、X轴向和Y轴向的气膜位于静压气浮板与三维振动平台之间，气膜能够覆盖的面积大。
2、三维振动平台的X轴向和Y轴向振动过程中，振动台和回复装置交替驱动三维振动平台，振动台的负担减轻；X轴向和Y轴向的静压气浮板整体与振动台或复位弹簧固定，不存在变形的问题。
3、多孔质静压气浮解耦装置，在很好地实现振动力传递的同时，避免了非传递向运动的干扰，很好地完成了三分量振动台输出三分量运动的解耦。由于多孔质节流件的节流面积远大于传统小孔节流方式，可提供更大承载能力的同时、具有稳定且均匀的支撑性能，有效解决了传统小孔节流产生“气锤”振动及振动台运动部件倾斜及旋转等问题。
附图说明
图1为三分量标准振动台结构图。
图2为X轴向振动台连接图。
图3为X轴向回复装置连接图。
图4为Z轴向振动台连接图。
图5为Z轴向气浮解耦装置结构图，(a)是气浮解耦装置的正视图，(b）是(a)的A-A向剖视图。
图6为三维振动平台安装图。
具体实施方式
实施例一
基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，如图1所示，包括底座1，所述的底座1上设有沿X轴向振动的X轴向振动台2以及X轴向回复装置6，沿Y轴向振动的Y轴向振动台3以及Y轴向回复装置7，沿Z轴向振动的Z轴向振动台4，和与所述的振动台与回复装置连接的三维振动平台5；X轴向振动台2、X轴向回复装置6共同作用实现所述的三维振动平台5沿X轴向振动；Y轴向振动台3，Y轴向回复装置7共同作用实现所述的三维振动平台5沿Y轴向振动；Z轴向振动台4用于实现所述的三维振动平台5沿Z轴向振动。
如图2所示，所述的X轴向振动台2与振动台侧静压气浮板21固定，如图3所示，X轴向回复装置6由X轴向空气弹簧61及弹簧侧静压气浮板62组成；X轴向振动台2与X轴向回复装置6分别通过振动台侧静压气浮板21及弹簧侧静压气浮板62与所述的三维振动平台5之间形成气膜，用于传递X轴向振动。
所述的振动台侧静压气浮板21为板状结构，其上构成第一传递面211、第二传递面212；所述的振动台侧静压气浮板21与所述的X轴向振动台2运动部件通过螺栓连接，实现将X轴向振动台2输出振动传递到振动台侧静压气浮板21，所述的第二传递面212与所述的三维振动平台5之间存在微小间隙，并在此微小间隙产生气膜，通过气膜进一步将X轴向振动台2输出振动传递到三维振动平台5。
所述的第二传递面212设有多个节流器安装孔，用于将多孔质节流件213通过胶接方式安装于振动台侧静压气浮板21上，所述的振动台侧静压气浮板21内部设有对多孔质节流件213供气的气路结构，当向所述的振动台侧静压气浮板21通以外部压缩空气时，由于多孔质节流件213的节流作用，在所述的三维振动平台5与第二传递面212之间形成均匀静压气膜，实现对振动的传递。
所述的弹簧侧静压气浮板62与所述的振动台侧静压气浮板21结构相同，其上构成第三传递面621、第四传递面622；所述的弹簧侧静压气浮板62与所述的X轴向空气弹簧61通过螺栓连接，实现将X轴向空气弹簧61提供的回复力传递到弹簧侧静压气浮板62，所述的第四传递面622与所述的三维振动平台5之间存在微小间隙，并在此微小间隙产生气膜，通过气膜进一步将X轴向空气弹簧61提供的回复力传递到三维振动平台5。
所述的第四传递面622设有多个节流器安装孔，用于将多孔质节流件213通过胶接方式安装于弹簧侧静压气浮板62上，所述的弹簧侧静压气浮板62内部设有对多孔质节流件213供气的气路结构，当向所述的弹簧侧静压气浮板62通以外部压缩空气时，由于多孔质节流件213的节流作用，在所述的三维振动平台5与第四传递面622之间形成均匀静压气膜，实现对振动的传递。
所述的振动台侧静压气浮板21与弹簧侧静压气浮板62共同构成X轴向气浮解耦装置。
通过所述的X轴向气浮解耦装置产生的均匀静压气膜的传递作用，所述的X轴向振动台2与X轴向空气弹簧61共同作用将X轴向振动台2输出振动传递到三维振动平台5，完成对三维振动平台5沿X轴向激振。
Y轴向气浮解耦装置与X轴向气浮解耦装置结构相同，Y轴向振动台3与所述的X轴向振动台2结构相同，Y轴向空气弹簧与所述的X轴向空气弹簧61结构相同，同理，通过所述的Y轴向气浮解耦装置产生的均匀静压气膜的传递作用，所述的Y轴向振动台3与Y轴向空气弹簧共同作用实现将Y轴向振动台输出振动传递到三维振动平台5，完成对三维振动平台5沿Y轴向激振。
如图4所示，Z轴向振动台4与Z轴向气浮解耦装置41固定。所述的Z轴向气浮解耦装置41由第一连接板411、第二连接板412、调整垫413、Z轴静压气浮板414等组成。
如图5所示，所述的第一连接板411设有第一连接面4111、第二连接面4112；所述的第二连接板412设有第三连接面4121、第四连接面4122；所述的垂直静压气浮板414设有第一气浮面4141、第二气浮面4142；所述的第一连接板411与所述的Z轴向振动台4通过螺栓连接，用于将Z轴向振动台4输出振动传递到第一连接板411；所述的第一连接板411、调整垫413以及第二连接板412通过螺栓连接，并由所述的第二连接面4112、第三连接面4121以及调整垫413共同围成气浮腔415；所述的Z轴静压气浮板414安装在所述的气浮腔415内，所述的第一气浮面4141与所述的第二连接面4112相对，所述的第二气浮面4142与所述的第三连接面4121相对，通过调整所述的调整垫413的尺寸，可以在所述的第二气浮面4142与第三连接面4121之间形成微小间隙。
所述的第二连接面4112与第三连接面4121均设有多个节流器安装孔，用于将多孔质节流件213通过胶接方式安装于第一连接板411与第二连接板412上；所述的第一连接板411与第二连接板412内部均设有对多孔质节流件213供气的气路结构，当向所述的第一连接板411与第二连接板412通以外部压缩空气时，由于第二气浮面4142与第三连接面4121之间微小间隙的存在以及多孔质节流件213的节流作用，在所述的第二连接面4112与第一气浮面4141之间以及第三连接面4121与第二气浮面4142之间均形成均匀静压气膜。
如图6所示，所述的三维振动平台5设有连接角柱51，所述的第二连接板412设有直角缺口，共同实现将所述的三维振动平台5与第二气浮面4142连接，且与所述的第四连接面4122之间形成间隔，与此同时，如图5所示，在所述的Z轴静压气浮板414及所述的调整垫413之间也存在间隔，所述各间隔的存在使三维振动平台5可以沿X、Y轴向自由振动。
通过所述的第二连接面4112与第一气浮面4141之间以及第三连接面4121与第二气浮面4142之间形成的均匀静压气膜的共同作用，进一步实现将Z轴向振动台4输出振动传递到三维振动平台5，完成对三维振动平台5沿Z轴向激振。
所述的X、Y、Z轴向气浮解耦装置共同组成多孔质静压气浮解耦装置，用于实现设计的三轴向标准振动台输出三轴向运动的解耦。
本发明的工作过程为：当某轴向振动台产生运动时，由于对应轴向振动台及空气弹簧与气浮解耦装置之间通过螺栓刚性连接，振动首先传递到与该振动台及空气弹簧连接的气浮解耦装置，再通过对应轴向气浮解耦装置产生的均匀静压气膜将振动传递至三维振动平台5；由于所述的均匀静压气膜对相应轴向运动力传递性能好，并对另外两个轴向运动产生的阻力小，很好地符合了运动解耦的要求，所以，三维振动平台5输出的运动即是X、Y、Z三轴向振动台输出振动的合成。
本发明的优点在于：1、X轴向和Y轴向的气膜位于静压气浮板与三维振动平台之间，气膜能够覆盖的面积大。
2、三维振动平台的X轴向和Y轴向振动过程中，振动台和回复装置交替驱动三维振动平台，振动台的负担减轻；X轴向和Y轴向的静压气浮板整体与振动台或复位弹簧固定，不存在变形的问题。
3、多孔质静压气浮解耦装置，在很好地实现振动力传递的同时，避免了非传递向运动的干扰，很好地完成了三分量振动台输出三分量运动的解耦。由于多孔质节流件节流面积远大于传统小孔节流方式，可提供更大承载能力的同时、具有稳定且均匀的支撑性能，有效解决了传统小孔节流产生“气锤”振动及振动台运动部件倾斜及旋转等问题。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：所述的振动台侧静压气浮板21、弹簧侧静压气浮板62、第一连接板411以及第二连接板412上均设有1个节流器安装孔，用于通过胶接方式安装一整片多孔质节流件213，实现节流作用。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (5)
1.基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，包括底座，所述的底座上设有X轴向振动台和X轴向回复装置，Y轴向振动台和Y轴向回复装置，Z轴向振动台，和三维振动平台；其特征在于：X轴向振动台隔着三维振动平台与X轴向回复装置相对，Y轴向振动台隔着三维振动平台与Y轴向回复装置相对；X轴向振动台和Y轴向振动台分别与各自的振动台侧静压气浮板固定，振动台侧静压气浮板与三维振动平台之间有能形成气膜的间隙；X轴向回复装置和Y轴向回复装置分别由各自的复位弹簧和弹簧侧静压气浮板组成，复位弹簧与弹簧侧静压气浮板固定；Z轴向振动台与Z轴向气浮解耦装置固定，Z轴向气浮解耦装置与三维振动平台之间有能形成气膜的间隙；
Z轴向气浮解耦装置由第一连接板、第二连接板、调整垫、Z轴静压气浮板组成；调整垫位于第一连接板和第二连接板之间，第一连接板、第二连接板和调整垫刚性连接并围成气浮腔，Z轴静压气浮板放置于气浮腔内；第二连接板设有缺口，三维振动平台经过缺口与Z轴静压气浮板固定；第一连接板和第二连接板上分别设有各自的气流通道和多孔质节流件，每个连接板的气流通道与多孔质节流件连通。
2.如权利要求1所述的基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：弹簧侧静压气浮板和振动台侧静压气浮板对称地设置于三维振动平台两侧。
3.如权利要求2所述的基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：X轴向的复位弹簧和Y轴向的复位弹簧均为空气弹簧。
4.如权利要求3所述的基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：弹簧侧静压气浮板和振动台侧静压气浮板分别由各自的基板和固定于基板上的多孔质节流件组成，基板中设有与多孔质节流件连通的气流通道。
5.如权利要求4所述的基于静压气浮解耦装置的三分量标准振动台，其特征在于：多孔质节流件有多个，多孔质节流件均匀分布于基板上。
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