CN105562221A - 振动离心机上的大质量试验件安装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振动离心机上的大质量试验件安装装置，振动离心机的转臂上安装有电动振动台，试验件的一端安装于电动振动台的台面上，辅助扩展台安装于转臂上，辅助扩展台的一侧面与试验件的一侧面相互靠近且留有空隙，静压轴承安装于辅助扩展台的一侧面，夹具安装于静压轴承的另一相对侧面，试验件的一侧面安装于夹具上。本发明通过采用静压轴承与辅助扩展台相结合的方式来承载试验件所受到的重力或离心力，试验件不再完全安装在电动振动台的台面上，还会通过夹具、静压轴承、辅助扩展台安装在转臂上，明显提高了试验件载荷能力，使试验件的有效质量和振动离心机的整体试验能力得到显著提升。

Description

振动离心机上的大质量试验件安装装置
技术领域
本发明涉及一种振动离心机上的试验件安装装置，尤其涉及一种振动离心机上的大质量试验件安装装置。
背景技术
振动离心机是将电动振动台安装在离心机转臂上的先进动力学模拟试验装置，它的主要用途是给试验件同时施加宽频带的随机振动载荷和准静态加速度载荷，用于模拟高速飞行器所受到的振动－加速度综合环境。典型的振动离心机结构示意图如图1所示，基座7内安装有主轴8，离心机转臂4安装于主轴8的上端，离心机转臂4的一端安装有配重块6，离心机转臂4的另一端安装有电动振动台3，试验件1安装于电动振动台3的台面2上，离心机转臂4上位于主轴8上方的位置安装有控制柜5。传统的试验方法是将振动载荷和加速度载荷分别施加，但研究表明采用振动离心机对试验件同时施加综合载荷可以发现单一环境试验无法发现的试验件失效模式。
电动振动台在离心机转臂上的安装方式主要有顺臂和垂臂两种，如图2所示，顺臂方式安装时，电动振动台3的轴线方向与离心机转臂4的方向相同，如图3所示，垂臂方式安装时，电动振动台3的轴线方向垂直于离心机转臂4的转动平面；图2和图3中还示出了振动台紧固件9、电动振动台3的台面2和试验件1。两种方式下电动振动台3均与离心机转臂4刚性固定连接。
上述传统安装结构存在如下问题：
如图2和图4所示，电动振动台3内的动圈11的上、下部各有一组导向装置，即上导向装置12和下导向装置10，在正常垂直工作情况下，上导向装置不会承受大的横向载荷；当试验件1安装在振动离心机上时，实际的安装状态是试验件1直接安装在电动振动台3的台面2上，试验件1的自身质量、动圈11的质量，以及由于离心加速度产生的附加质量力(这是最主要的附加力)，均要由电动振动台3内部的导向装置或轴承来承担；顺臂和垂臂两种安装状态下，上导向装置12的受力状态均比下导向装置10恶劣，而且由于离心力通常远大于重力，因此垂臂状态要比顺臂状态更加恶劣。由于电动振动台3的内部空间非常有限，这就给需承载的导向装置或轴承的设计带来很大难度，尤其是靠近台面2处的上导向装置12，其受力状态特别恶劣。因此导致试验件1的有效质量远低于单一振动环境时的试验件质量。
从现有大型振动离心机的设计可以看到，无论顺臂安装方式或垂臂安装方式，试验件均直接安装在振动台的台面上，试验件自身的质量以及巨大加速度载荷均要由振动台内部的导向装置或轴承承担。但现有试验件安装方式下，由于振动台内部的结构设计非常紧凑、空间非常有限，因此无法在振动台内部设计非常强的导向装置。而且对于大型振动离心机来说，试验件的质量往往远大于振动台动圈的质量，这会造成振动台内部支撑轴承的工作状态与理想状态偏离较大，进而大大降低轴承的承载能力，最终导致试验件的有效质量受到很大的限制。
比如，中国北京环境强度研究所与中物院总体工程研究所合作，于2014年研制了国内首台大型振动离心机，最大试验件质量80kg，离心加速度量级最大100g，振动量级10grms(满载)。该设备采用的是顺臂安装方式，即振动台的轴线方向与离心机转臂方向相同，振动台的台面位于转臂的最远端，试验件直接安装在振动台台面上。
再比如，英国核武器研究院(AWE)的环境试验实验室拥有直径8米的振动离心机，该设备采用的是垂臂安装方式，试验件直接安装在振动台台面上，最大试验件质量只有数公斤。法国ACTIDYNSYSTEMS公司是世界知名的振动离心机制造商，其研制的最先进的V67-4H振动离心机能够实现最大承载120kg，过载80g，振动台推力48kN。其振动台也是采用顺臂安装方式，试验件直接安装在振动台的台面上。
由此可以看出，无论中国国内还是国外，主流的技术仍是只由振动台内部的导向装置或轴承来承载巨大的离心力作用，振动台内部支撑轴承的工作状态与理想状态偏离较大，进而大大降低轴承的承载能力，最终导致试验件的有效质量受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种振动离心机上的大质量试验件安装装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种振动离心机上的大质量试验件安装装置，所述振动离心机的转臂上安装有电动振动台，所述试验件的一端安装于所述电动振动台的台面上，所述大质量试验件安装装置包括辅助扩展台、静压轴承和夹具，所述辅助扩展台安装于所述转臂上，如果所述电动振动台为顺臂安装，则所述辅助扩展台的一端安装于所述转臂的下面，所述辅助扩展台的另一端的上面与所述试验件的下面相互靠近且留有空隙，所述静压轴承安装于所述辅助扩展台的上面，所述夹具安装于所述静压轴承的上面，所述试验件安装于所述夹具的上面；如果所述电动振动台为垂臂安装，则所述辅助扩展台的下端安装于所述转臂的外端面，所述辅助扩展台的上端的内侧面与所述试验件的一个外侧面相互靠近且留有空隙，所述静压轴承安装于所述辅助扩展台的内侧面，所述夹具安装于所述静压轴承的内侧面，所述试验件安装于所述夹具的内侧面。
为了使试验件传递到辅助扩展台上的力更加平衡，相互连接的一个所述静压轴承和一个所述夹具为一组中间连接件，两组所述中间连接件并列安装于所述辅助扩展台与所述试验件之间。
本发明的有益效果在于：
本发明通过采用静压轴承与辅助扩展台相结合的方式来承载试验件所受到的重力或离心力，试验件不再完全安装在电动振动台的台面上，还会通过夹具、静压轴承、辅助扩展台安装在转臂上，显著改善了振电动动台内部导向装置或支撑轴承的受力状态，在不改变试验件主振方向的受力状态的情况下，还可显著改善非主振方向导向机构的受力，明显提高了试验件载荷能力，使试验件的有效质量和振动离心机的整体试验能力得到显著提升。
附图说明
图1是振动离心机的立体结构示意图；
图2是传统振动离心机上的试验件安装的主视结构示意图之一，图中为顺臂安装结构；
图3是传统振动离心机上的试验件安装的主视结构示意图之二，图中为垂臂安装结构；
图4为电动振动台内部支撑结构示意图，图中为顺臂安装结构；
图5是本发明所述振动离心机上的大质量试验件安装装置应用时的主视结构示意图之一，图中为顺臂安装结构；
图6是本发明所述振动离心机上的大质量试验件安装装置应用时的主视结构示意图之二，图中为垂臂安装结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1、图5和图6所示，本发明所述振动离心机的转臂4上安装有电动振动台3，试验件1的一端安装于电动振动台3的台面2上，本发明所述振动离心机上的大质量试验件安装装置包括辅助扩展台15、静压轴承14和夹具13，辅助扩展台15安装于转臂4上，如果电动振动台3为顺臂安装，则如图5所示，辅助扩展台15的一端安装于转臂4的下面，辅助扩展台15的另一端的上面与试验件1的下面相互靠近且留有空隙，静压轴承14安装于辅助扩展台15的上面，夹具13安装于静压轴承14的上面，试验件1安装于夹具13的上面；如果电动振动台3为垂臂安装，则如图6所示，辅助扩展台15的下端安装于转臂4的外端面(这里的“外”指远离图1中的主轴8的方向，下同)，辅助扩展台15的上端的内侧面(这里的“内”指靠近图1中的主轴8的方向，下同)与试验件1的一个外侧面相互靠近且留有空隙，静压轴承14安装于辅助扩展台15的内侧面，夹具13安装于静压轴承14的内侧面，试验件1安装于夹具13的内侧面；无论顺臂安装还是垂臂安装，相互连接的一个静压轴承14和一个夹具13为一组中间连接件，两组所述中间连接件并列安装于辅助扩展台15与试验件1之间。上述辅助扩展台15、静压轴承14和夹具13的具体结构均为常规结构，其具体形状、尺寸和结构不作限定，只要满足上述方位关系和连接关系即可实现本发明的创新技术效果。
如图5和图6所示，试验时，转臂4带动电动振动台3和试验件1高速旋转，同时，电动振动台3驱动试验件1振动，实现振动－加速度综合试验。试验件1所产生的巨大离心力主要由辅助扩展台15承担，不会对电动振动台3内部的导向或支撑结构产生显著的力或弯矩的作用，从而最大程度的改善电动振动台3内部的导向结构或支撑结构的受力状态，使得试验件1的有效质量可以得到大幅增加。虽然这样的设计会增加辅助扩展台15的质量和一半静压轴承14的质量，但这些增加量对离心机的转臂4而言是非常小的；运动部分增加的质量包括另一半的静压轴承14和夹具13，虽然这会消耗部分电动振动台3的推力，但与可增加的试验件1的质量相比，仍然是非常小的，整体上对振动离心机的整体试验能力的提升是显著的。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.一种振动离心机上的大质量试验件安装装置，所述振动离心机的转臂上安装有电动振动台，所述试验件的一端安装于所述电动振动台的台面上，其特征在于：所述大质量试验件安装装置包括辅助扩展台、静压轴承和夹具，所述辅助扩展台安装于所述转臂上，如果所述电动振动台为顺臂安装，则所述辅助扩展台的一端安装于所述转臂的下面，所述辅助扩展台的另一端的上面与所述试验件的下面相互靠近且留有空隙，所述静压轴承安装于所述辅助扩展台的上面，所述夹具安装于所述静压轴承的上面，所述试验件安装于所述夹具的上面；如果所述电动振动台为垂臂安装，则所述辅助扩展台的下端安装于所述转臂的外端面，所述辅助扩展台的上端的内侧面与所述试验件的一个外侧面相互靠近且留有空隙，所述静压轴承安装于所述辅助扩展台的内侧面，所述夹具安装于所述静压轴承的内侧面，所述试验件安装于所述夹具的内侧面。
2.根据权利要求1所述的振动离心机上的大质量试验件安装装置，其特征在于：相互连接的一个所述静压轴承和一个所述夹具为一组中间连接件，两组所述中间连接件并列安装于所述辅助扩展台与所述试验件之间。
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