CN108332941A - 一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，包括由上到下顺序叠放的工作平台、运动机构和底座；工作平台、运动机构和底座在竖直方向呈同中心设置；所述运动机构包括若干个不同向的单自由度运动模块，竖直方向组装1‑6任意多个自由度运动模块实现1‑6任意多个自由度运动，多个单自由度模块之间分别连接搭接板。本发明所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，以适合在船舶液舱晃荡以及结构振动试验中六自由度运动的模拟，且满足结构形式简单、操作简单、生产效率高的要求。
Description
技术领域
本发明属于模拟船舶与海洋工程运动实验领域，尤其是涉及一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置。
背景技术
在现有的技术中模拟六个自由度运动的试验很多，主要是针对船舶液舱晃荡研究以及模拟船舶结构振动强度的试验模拟，这些试验均需要按照给定运动轨迹进行船舶运动设置。目前对于运动模拟的机械装置，设计运动原理较为复杂，使得控制系统编写困难，且不易操作。存在结构装置设计复杂，所需要的模型部件以及加工制作较为困难，控制系统编写以及调试费时费力，不易普及和实现等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，以适合在船舶液舱晃荡以及结构振动试验中六自由度运动的模拟，且满足结构形式简单、操作简单、生产效率高的要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，包括由上到下顺序叠放的工作平台、运动机构和底座；工作平台、运动机构和底座在竖直方向呈同中心设置；
所述运动机构包括若干个不同向的单自由度运动模块，竖直方向组装1-6任意多个自由度运动模块实现1-6任意多个自由度运动，多个单自由度模块之间分别连接搭接板。
进一步，所述运动机构包括回转模块、左右摇摆模块、前后摇摆模块、左右横向平移模块、前后纵向平移模块和上下垂向平移模块中的一个或多个，任意顺序竖直连接设置。
进一步，所述回转模块包括电机、齿轮、环形齿条、支撑柱和环形导轨，所述电机通过转轴与齿轮连接，与齿轮啮合的环形齿条设置于回转搭接板边缘；所述回转搭接板的中心转动连接支撑柱，设置于支撑柱外围的环形导轨与回转搭接板连接。
进一步，所述左右摇摆模块包括并排设置的两组或以上的左右摇摆液压装置，每组左右摇摆液压装置包括两个呈夹角设置的左右摇摆液压缸，所述左右摇摆液压缸与左右摇摆活塞杆活动连接；左右摇摆液压缸和左右摇摆活塞杆的自由端分别与左右转动铰接连接器连接。
进一步，所述前后摇摆模块包括并排设置的两组或以上的前后摇摆液压装置，每组前后摇摆液压装置包括两个呈夹角设置的前后摇摆液压缸，所述前后摇摆液压缸与前后摇摆活塞杆活动连接；前后摇摆液压缸和前后摇摆活塞杆的自由端分别与前后转动铰接连接器连接。
进一步，所述左右横向平移模块包括左右横向液压装置、横向滑块和横向导轨；所述横向滑块与左右横向平移搭接板底部相连，所述横向滑块与横向导轨滑动连接；所述横向滑块与横向导轨对应并排设置两组或以上；所述左右横向液压装置包括左右横向液压缸和左右横向活塞杆，所述左右横向活塞杆一端与左右横向液压缸相连，所述左右横向活塞杆另一端通过左右横向连接器与左右横向平移搭接板相连。
进一步，所述前后纵向平移模块包括前后纵向液压装置、纵向滑块和纵向导轨；所述纵向滑块与前后纵向平移搭接板底部相连，所述纵向滑块与纵向导轨滑动连接；所述纵向滑块与纵向导轨对应并排设置两组或以上；所述前后纵向液压装置包括前后纵向液压缸和前后纵向活塞杆，所述前后纵向活塞杆一端与前后纵向液压缸相连，所述前后纵向活塞杆另一端通过前后纵向连接器与前后纵向平移搭接板相连。
进一步，所述上下垂向平移模块包括上下垂向液压装置，所述上下垂向液压装置包括相连的上下垂向液压缸和上下垂向活塞杆，所述上下垂向液压缸和上下垂向活塞杆的自由端分别与上下垂向连接器相连；所述上下垂向液压装置包括4组或者以上的数量。
进一步，所述回转模块、左右摇摆模块或前后摇摆模块的组装位置上于所述左右横向平移模块、前后纵向平移模块或上下垂向平移模块。
进一步，6自由度运动的组装顺序由上到下依次为回转模块；左右摇摆模块、前后摇摆模块或者前后摇摆模块、左右摇摆模块；左右横向平移模块、前后纵向平移模块或者前后纵向平移模块、左右横向平移模块；上下垂向平移模块。
相对于现有技术，本发明所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置具有以下优势：
本发明，用户可以根据实际需要只选择六个自由度运动模块中相应的单自由度运动模块组装，不一定要全部安装上，此装置可以模拟船舶的六个自由度运动，也可以模拟其他的运动，实现结构形式简单，操作方便，并且变换形式多种多样，不仅适用范围广，而且还可根据单自由度运动模块的减少来降低成本。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种适用于模拟六个自由度运动的试验装置示意图；
图2为本发明实施例所述的回转模块示意图；
图3为本发明实施例所述的左右摇摆模块示意图；
图4为本发明实施例所述的前后摇摆模块示意图；
图5为本发明实施例所述的左右横向平移模块示意图；
图6为本发明实施例所述的前后纵向平移模块示意图；
图7为本发明实施例所述的上下垂向平移模块示意图。
附图标记说明：
1-工作平台；2-底座；3-回转模块；31-电机；32-齿轮；33-环形齿条；34-支撑柱；35-环形导轨；36-转轴；37-回转搭接板；4-左右摇摆模块；41-左右摇摆液压装置；42-左右转动铰接连接器；43-左右摇摆搭接板；5-前后摇摆模块；51-前后摇摆液压装置；52-前后转动铰接连接器；53-前后摇摆搭接板；6-左右横向平移模块；61-左右横向液压装置；62-横向滑块；63-横向导轨；64-左右横向连接器；65-左右横向平移搭接板；7-前后纵向平移模块；71-前后纵向液压装置；72-纵向滑块；73-纵向导轨；74-前后纵向平移搭接板；8-上下垂向平移模块；81-上下垂向液压装置；82-上下垂向连接器；83-上下垂向平移搭接板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例中，一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，包括由上到下顺序叠放的工作平台1、运动机构和底座2；工作平台1、运动机构和底座2在竖直方向呈同中心设置；
所述运动机构包括若干个不同向的单自由度运动模块，竖直方向组装1-6任意多个自由度运动模块实现1-6任意多个自由度运动，多个单自由度模块之间分别连接搭接板。
所述运动机构包括回转模块3、左右摇摆模块4、前后摇摆模块5、左右横向平移模块6、前后纵向平移模块7和上下垂向平移模块8中的一个或多个，任意顺序竖直连接设置。
本发明，用户可以根据实际需要只选择六个自由度运动模块中相应的单自由度运动模块组装，不一定要全部安装上，此装置可以模拟船舶的六个自由度运动，也可以模拟其他的运动，实现结构形式简单，操作方便，并且变换形式多种多样，不仅适用范围广，而且还可根据单自由度运动模块的减少来降低成本。
并且上一单自由度运动模块与下一单自由度运动模块之间共用一个搭接板，连接方式简单，搭接组装方便简单。
回转模块3可带动工作平台1实现旋转运动；左右摇摆模块4或前后摇摆模块5的模块可实现左右摇摆运动或者前后摇摆运动；所述左右横向平移模块6、前后纵向平移模块7可实现左右横向平移或者前后纵向平移运动；上下垂向平移模块8可实现升降运动。
本实施例中，所述回转模块3、左右摇摆模块4或前后摇摆模块5的组装位置上于所述左右横向平移模块6、前后纵向平移模块7或上下垂向平移模块8。
本发明，将三个转动位移的单自由度运动模块放在上面，平动位移的单自由度运动模块放在下面，主要考虑到在实际中由于平动底部的导轨相对长一些，底部的平台尺寸需要更大，所以放在下面重心也能更低，装置更稳定。
如图1，6自由度运动的实施例，6自由度运动的组装顺序由上到下依次为回转模块3、左右摇摆模块4、前后摇摆模块5、左右横向平移模块6、前后纵向平移模块7、上下垂向平移模块8。
如图2，其中，回转搭接板37即为工作平台1，所述回转模块3包括电机31、齿轮32、环形齿条33、支撑柱34和环形导轨35，所述电机31通过转轴36与齿轮32连接，与齿轮32啮合的环形齿条33设置于工作平台1边缘；所述工作平台1的中心转动连接支撑柱34，设置于支撑柱34外围的环形导轨35与工作平台1的下部连接；所述支撑柱34和环形导轨35的底部分别与左右摇摆搭接板43的上部连接。
如图3，所述左右摇摆模块4包括并排设置的两组左右摇摆液压装置41，每组左右摇摆液压装置41包括两个呈夹角设置的左右摇摆液压缸，所述左右摇摆液压缸与左右摇摆活塞杆活动连接；左右摇摆液压缸和左右摇摆活塞杆的自由端分别通过左右转动铰接连接器42与左右摇摆搭接板43的下部和前后摇摆搭接板53的上部连接。
如图4，所述前后摇摆模块5包括并排设置的两组前后摇摆液压装置51，每组前后摇摆液压装置51包括两个呈夹角设置的前后摇摆液压缸，所述前后摇摆液压缸与前后摇摆活塞杆活动连接；前后摇摆液压缸和前后摇摆活塞杆的自由端分别通过前后转动铰接连接器52与前后摇摆搭接板53的下部和左右横向平移搭接板65的上部连接。
如图5，所述左右横向平移模块6包括左右横向液压装置61、横向滑块62和横向导轨63；所述横向滑块62与左右横向平移搭接板65底部相连，所述横向滑块62与横向导轨63滑动连接；所述横向滑块62与横向导轨63对应并排设置两组；所述左右横向液压装置61包括左右横向液压缸和左右横向活塞杆，所述左右横向活塞杆一端与左右横向液压缸相连，所述左右横向活塞杆另一端通过左右横向连接器64与左右横向平移搭接板65相连。
如图6，所述前后纵向平移模块7包括前后纵向液压装置71、纵向滑块72和纵向导轨73；所述纵向滑块72与前后纵向平移搭接板74底部相连，所述纵向滑块72与纵向导轨73滑动连接；所述纵向滑块72与纵向导轨73对应并排设置两组；所述前后纵向液压装置71包括前后纵向液压缸和前后纵向活塞杆，所述前后纵向活塞杆一端与前后纵向液压缸相连，所述前后纵向活塞杆另一端通过前后纵向连接器与前后纵向平移搭接板74相连。
如图7，所述上下垂向平移模块8包括上下垂向液压装置81，所述上下垂向液压装置81包括相连的上下垂向液压缸和上下垂向活塞杆，所述上下垂向液压缸和上下垂向活塞杆的自由端分别通过上下垂向连接器82与底座2上部和上下垂向平移搭接板83下部相连；所述上下垂向液压装置81包括4组。
模拟方法：由上到下顺序叠放工作平台1、运动机构和底座2；工作平台1、运动机构和底座2在竖直方向呈同中心设置；回转模块3可带动工作平台1实现旋转运动；左右摇摆模块4或前后摇摆模块5的模块可实现左右摇摆运动或者前后摇摆运动；所述左右横向平移模块6、前后纵向平移模块7可实现左右横向平移或者前后纵向平移运动；上下垂向平移模块8可实现升降运动；按照实际需要，选取不同的单自由度运动模块进行搭接组装，实现不同方向的1-6任意自由度运动，应用范围广泛。
6自由度运动机构的组装顺序按照由上到下依次为回转模块3、左右摇摆模块4、前后摇摆模块5、左右横向平移模块6、前后纵向平移模块7、上下垂向平移模块8设置，完成这个装置后，可应用于船舶液舱晃荡研究以及船舶结构振动性能的模拟试验中，将液舱模型或船舶分段结构试验模型固定在工作平台上，进行6自由度运动，进而观察微型船舶的振动性能或者液舱内晃荡情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：包括由上到下顺序叠放的工作平台(1)、运动机构和底座(2)；工作平台(1)、运动机构和底座(2)在竖直方向呈同中心设置；
所述运动机构包括若干个不同向的单自由度运动模块，竖直方向组装1-6任意多个自由度运动模块实现1-6任意多个自由度运动，多个单自由度模块之间分别连接搭接板。
2.根据权利要求1所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述运动机构包括回转模块(3)、左右摇摆模块(4)、前后摇摆模块(5)、左右横向平移模块(6)、前后纵向平移模块(7)和上下垂向平移模块(8)中的一个或多个，任意顺序竖直连接设置。
3.根据权利要求2所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述回转模块(3)包括电机(31)、齿轮(32)、环形齿条(33)、支撑柱(34)和环形导轨(35)，所述电机(31)通过转轴(36)与齿轮(32)连接，与齿轮(32)啮合的环形齿条(33)设置于回转搭接板(37)边缘；所述回转搭接板(37)的中心转动连接支撑柱(34)，设置于支撑柱(34)外围的环形导轨(35)与回转搭接板(37)连接。
4.根据权利要求2所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述左右摇摆模块(4)包括并排设置的两组或以上的左右摇摆液压装置(41)，每组左右摇摆液压装置(41)包括两个呈夹角设置的左右摇摆液压缸，所述左右摇摆液压缸与左右摇摆活塞杆活动连接；左右摇摆液压缸和左右摇摆活塞杆的自由端分别与左右转动铰接连接器(42)连接。
5.根据权利要求2所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述前后摇摆模块(5)包括并排设置的两组或以上的前后摇摆液压装置(51)，每组前后摇摆液压装置(51)包括两个呈夹角设置的前后摇摆液压缸，所述前后摇摆液压缸与前后摇摆活塞杆活动连接；前后摇摆液压缸和前后摇摆活塞杆的自由端分别与前后转动铰接连接器(52)连接。
6.根据权利要求2所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述左右横向平移模块(6)包括左右横向液压装置(61)、横向滑块(62)和横向导轨(63)；所述横向滑块(62)与左右横向平移搭接板(65)底部相连，所述横向滑块(62)与横向导轨(63)滑动连接；所述横向滑块(62)与横向导轨(63)对应并排设置两组或以上；所述左右横向液压装置(61)包括左右横向液压缸和左右横向活塞杆，所述左右横向活塞杆一端与左右横向液压缸相连，所述左右横向活塞杆另一端通过左右横向连接器(64)与左右横向平移搭接板(65)相连。
7.根据权利要求2所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述前后纵向平移模块(7)包括前后纵向液压装置(71)、纵向滑块(72)和纵向导轨(73)；所述纵向滑块(72)与前后纵向平移搭接板(74)底部相连，所述纵向滑块(72)与纵向导轨(73)滑动连接；所述纵向滑块(72)与纵向导轨(73)对应并排设置两组或以上；所述前后纵向液压装置(71)包括前后纵向液压缸和前后纵向活塞杆，所述前后纵向活塞杆一端与前后纵向液压缸相连，所述前后纵向活塞杆另一端通过前后纵向连接器与前后纵向平移搭接板(74)相连。
8.根据权利要求2所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述上下垂向平移模块(8)包括上下垂向液压装置(81)，所述上下垂向液压装置(81)包括相连的上下垂向液压缸和上下垂向活塞杆，所述上下垂向液压缸和上下垂向活塞杆的自由端分别与上下垂向连接器(82)相连；所述上下垂向液压装置(81)包括4组或者以上的数量。
9.根据权利要求2所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：所述回转模块(3)、左右摇摆模块(4)或前后摇摆模块(5)的组装位置上于所述左右横向平移模块、前后纵向平移模块(7)或上下垂向平移模块(8)。
10.根据权利要求9所述的一种适用于模拟多个自由度运动的试验装置，其特征在于：6自由度运动的组装顺序由上到下依次为回转模块(3)；左右摇摆模块(4)、前后摇摆模块(5)或者前后摇摆模块(5)、左右摇摆模块(4)；左右横向平移模块(6)、前后纵向平移模块(7)或者前后纵向平移模块(7)、左右横向平移模块(6)；上下垂向平移模块(8)。
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