CN109341999A - 一种用于两轴同步振动试验的解耦机构和试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于两轴同步振动试验的解耦机构和试验装置，属于多自由度振动试验技术领域，解决了现有技术中销杆易产生疲劳失效、同步振动试验装置的安全可靠性较差的技术问题。本发明的用于两轴同步振动试验的解耦机构包括铰接连杆和滑动组件，铰接连杆的两端分别与水平振动发生器和工作台铰接，滑动组件分别与竖直振动发生器和工作台连接，铰接连杆可沿竖直方向转动，滑动组件的滑动方向与水平振动发生器的振动方向平行。本发明可用于两轴同步振动试验。

Description

一种用于两轴同步振动试验的解耦机构和试验装置

技术领域

本发明涉及一种多自由度振动试验技术，尤其涉及一种用于两轴同步振动试验的解耦机构和试验装置。

背景技术

两轴同步振动试验装置是一种能够同时进行竖直和水平两个方向的振动或冲击试验的力学环境试验设备，通常采用解耦机构将竖直和水平两个方向的振动发生器与同一工作台3耦合在一起。

现有技术中，两轴同步振动试验装置通常包括竖直振动发生器1、水平振动发生器2和工作台3，参见图1至图2。竖直振动发生器1通过一组滑轨组件与工作台3耦合，从而补偿水平方向的振动。水平振动发生器2通过一组连杆机构4与工作台3耦合，具体来说，连杆机构4包括依次连接的第一滑块、第一连杆、销杆、第二连杆和第二滑块，第一连杆和第二连杆可绕销杆转动，使用时，第一滑块与水平振动发生器2连接，第二滑块与工作台3连接；当工作台3受到竖直方向的激振力时，通过力的传递，第二连杆可以通过销杆带动第一连杆转动，进而带动第一滑块滑动，从而补偿竖直方向的振动。

但是，在实际应用中，由于销杆重复受到竖直方向的激振力和连杆机构自身重力产生的剪切力的作用，容易造成疲劳失效，甚至断裂，严重影响同步振动试验装置的安全可靠性。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于两轴同步振动试验的解耦机构和试验装置，解决现有技术中销杆易产生疲劳失效、同步振动试验装置的安全可靠性较差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于两轴同步振动试验的解耦机构，包括铰接连杆和滑动组件，铰接连杆的两端分别与水平振动发生器和工作台铰接，滑动组件分别与竖直振动发生器和工作台连接，铰接连杆可沿竖直方向转动，滑动组件的滑动方向与水平振动发生器的振动方向平行。

在一种可能的设计中，还包括十字连杆，铰接连杆通过十字连杆与工作台或水平振动发生器铰接。

在一种可能的设计中，十字连杆和铰接连杆的数量均为1个或多个。

在一种可能的设计中，十字连杆和铰接连杆的数量均为多个，十字连杆和铰接连杆交替布置。

在一种可能的设计中，十字连杆和铰接连杆的数量可以为1个；十字连杆设于靠近水平振动发生器一侧，铰接连杆设于靠近工作台一侧；或者，铰接连杆设于靠近水平振动发生器一侧，十字连杆设于靠近工作台一侧。

在一种可能的设计中，解耦机构的两端设有安装座，解耦机构通过安装座分别与工作台和水平振动发生器铰接。

在一种可能的设计中，滑动组件包括滑轨以及与滑轨滑动连接的滑块，滑轨与竖直振动发生器连接，滑块与工作台连接。

在一种可能的设计中，滑动组件还包括架设于竖直振动发生器上的转轴以及用于对转轴转动进行限位的限位杆；限位杆的一端与转轴固定连接，另一端与竖直振动发生器固定连接；滑轨沿转轴的轴向设于转轴的外周面，滑轨和滑块的数量均为多个。

本发明还提供了一种两轴同步振动试验装置，包括工作台、水平振动发生器、竖直振动发生器以及上述解耦机构。

在一种可能的设计中，工作台、水平振动发生器和竖直振动发生器均设置于机座上。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

a)本发明提供的用于两轴同步振动试验的解耦机构中，铰接连杆可以在一定角度范围内自由转动。通过铰接连杆与水平振动发生器和工作台之间的转动能够补偿竖直方向的振动，通过滑动组件的滑动能够补偿水平方向的振动。

b)本发明提供的用于两轴同步振动试验的解耦机构中，由于铰接连杆分别与工作台和水平振动发生器铰接，使得铰接连杆所受到竖直方向的激振力和铰接连杆自身重力可以分配在铰接连杆与工作台之间、铰接连杆与水平振动发生器之间的两个连接点处，从而能够避免现有技术中销杆易产生疲劳失效的问题，提高上述解耦机构的安全可靠性。

c)本发明提供的用于两轴同步振动试验的解耦机构中，当工作台与水平振动发生器之间出现竖直方向的安装误差时，可以通过铰接连杆与水平振动发生器之间的转动，补偿累计误差引起的竖直方向行的安装尺寸偏差的问题，从而减少解耦机构出现转动卡阻的情况，缩短了安装调试的时间。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为现有的同步振动试验装置的主视图；

图2为现有的同步振动试验装置的俯视图；

图3为本发明实施例一提供的解耦机构与水平振动发生器和工作台的连接结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明实施例一提供的解耦机构的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的解耦机构中销杆的结构示意图；

图7为本发明实施例一提供的解耦机构中销杆的另一种结构示意图；

图8为本发明实施例一提供的解耦机构受力后运动分解示意图；

图9为本发明实施例一提供的解耦机构偏差补偿运动示意图；

图10为本发明实施例二提供的同步振动试验装置的结构示意图；

图11为图10的俯视图。

附图标记：

1-竖直振动发生器；2-水平振动发生器；3-工作台；4-连杆机构；5-十字连杆；6-铰接连杆；7-十字连杆连接座；8-铰接连杆连接座；9-销轴；10-滑轨；11-滑块；12-机座；S1-竖直运动位移分量；S2-水平运动位移分量；L-尺寸偏差；α、β-转角；M-滑动量。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例一

本实施例提供了一种用于两轴同步振动试验的解耦机构，参见图3至图9，包括铰接连杆6和滑动组件，铰接连杆6的两端分别与水平振动发生器2和工作台3铰接，滑动组件分别与竖直振动发生器和工作台3连接，铰接连杆6可沿竖直方向转动，滑动组件的滑动方向与水平振动发生器2的振动方向平行。

实际应用中，当工作台3在竖直振动发生器1的作用下发生竖直振动时，通过力的传递，铰接连杆6相对于工作台3发生转动，从而补偿竖直方向的振动。同时，当工作台3在水平振动发生器2的作用下发生水平振动时，通过力的传递，工作台能够通过滑动组件沿水平方向滑动，从而补偿水平方向的振动。

与现有技术相比，本实施例提供的解耦机构中，铰接连杆6可以在一定角度范围内自由转动。通过铰接连杆6与水平振动发生器2和工作台3之间的转动能够补偿竖直方向的振动，通过滑动组件的滑动能够补偿水平方向的振动；同时，由于铰接连杆6分别与工作台3和水平振动发生器2铰接，使得铰接连杆6所受到竖直方向的激振力和铰接连杆6自身重力可以分配在铰接连杆6与工作台3之间、铰接连杆6与水平振动发生器2之间的两个连接点处，从而能够避免现有技术中销杆易产生疲劳失效的问题，提高上述解耦机构的安全可靠性。

此外，在大型的试验设备安装过程中，由于测量、加工等方面的累计误差的影响，经常会造成安装尺寸与设计尺寸有很大偏差，给安装调试造成麻烦，不仅影响进度，严重时还会带来严重的经济损失。当工作台3与水平振动发生器2之间出现竖直方向的安装误差时，可以通过铰接连杆6与水平振动发生器2之间的转动，补偿累计误差引起的竖直方向行的安装尺寸偏差的问题，从而减少解耦机构出现转动卡阻的情况，缩短了安装调试的时间。

值得注意的是，在安装过程中，不仅会出现竖直方向上的安装尺寸偏差，在水平方向上同样存在安装尺寸偏差的问题，因此，上述解耦机构还可以包括十字连杆5，铰接连杆6通过十字连杆5与工作台3或水平振动发生器2铰接，当工作台3与水平振动发生器2之间出现水平方向的安装误差时，可以通过十字连杆5与水平振动发生器2之间的转动，补偿累计误差引起的水平方向上的安装尺寸偏差的问题，从而进一步减少解耦机构出现转动卡阻的情况，进一步缩短安装调试的时间。

对于十字连杆5和铰接连杆6的数量，具体来说，两者均可以为1个或多个，且十字连杆5和铰接连杆6交替布置。但是，从力的传递角度以及解耦机构整体结构稳定性角度考虑，十字连杆5和铰接连杆6的数量可以为1个。

对于十字连杆5和铰接连杆6的位置关系，示例性地，可以将十字连杆5设于靠近水平振动发生器2一侧，铰接连杆6设于靠近工作台3一侧，十字连杆5远离铰接连杆6一端与水平振动发生器2铰接，铰接连杆6远离十字连杆5一端与工作台3铰接；或者，也可以将铰接连杆6设于靠近水平振动发生器2一侧，十字连杆5设于靠近工作台3一侧，铰接连杆6远离十字连杆5一端与水平振动发生器2铰接，十字连杆5远离铰接连杆6一端与工作台3铰接。

从力的传递角度考虑，十字连杆5和铰接连杆6的位置关系可以选择第一种。这是因为，耦合组件靠近工作台3一端主要受到工作台3的竖直激振力作用，将铰接连杆6设于靠近工作台3一端，能够直接对竖直激振力进行补偿，使得竖直激振力基本上不会作用在十字连杆5上；同样地，耦合组件靠近水平振动发生器2一端主要受到水平振动发生器2的水平激振力作用，由于十字连杆5两端的转动方向相互垂直，在水平方向上不会发生扭转，将十字连杆5设于靠近水平振动发生器2一端，使得水平激振力能够通过十字连杆5直接传递至铰接连杆6，从而提高力传递的准确性。

从力的分布角度考虑，十字连杆5和铰接连杆6的位置关系可以选择第二种。由于解耦机构靠近工作台7一端主要承受竖直振动，通常情况下，十字连杆5的重量小于铰接连杆6，将十字连杆5设于靠近工作台一侧，能够相对减少作用在十字连杆5和铰接连杆6连接处所受到的剪切力作用，从而进一步提高上述解耦机构的安全可靠性。

可以理解的是，为了方便安装，解耦机构的两端可以设置安装座，解耦机构通过安装座分别与工作台3和水平振动发生器2铰接。

具体来说，其中一个安装座与十字连杆5之间、十字连杆5与铰接连杆6之间以及铰接连杆6与另一个安装座之间均可以通过相互配合铰接的凸起和凹槽连接。示例性地，铰接连杆6的两端可以设置铰接连杆凸起，十字连杆5的两端可以设置十字连杆凹槽，上述安装座可以分为十字连杆连接座7和铰接连杆连接座8。其中，十字连杆连接座7包括十字连杆安装基体以及设于安装基体上的十字连杆安装凸起，十字连杆安装凸起插入十字连杆的十字连杆凹槽内；铰接连杆安装座包括铰接连杆安装基体以及设于铰接连杆安装基体上的铰接连杆安装凹槽，铰接连杆凸起插入铰接连杆安装凹槽。需要说明的是，上述关于凸起和凹槽的描述仅是其中一个具体实施例，实际应用中，两者的设置方式可以有多种，可以根据具体情况进行选择，在此不一一限定。

可以理解的是，为了使凹槽和凸起之间形成稳定的铰接结构，凹槽和凸起之间可以通过销轴9铰接。相应地，凹槽和凸起上需要开设相应的通孔，销轴9穿过相应的通孔，从而实现凹槽和凸起之间的稳定铰接。其中，十字连杆5两端的通孔彼此不相通，且两端通孔在三维空间的投影分别位于呈现正交状态的两个平面上；铰接连杆6两端的通孔在三维空间的投影位于同一平面上；两个安装座上的凸起面或凹槽面在三维空间的投影分别位于呈现正交状态的两个平面上。

需要说明的是，为了保证上述解耦机构在使用过程中能够顺畅的转动，且结构相对稳定，凸起和凹槽之间、销轴9与通孔之间均为小间隙配合。

为了方便安装，销轴9可以采用以下两种结构。其中一种结构，销杆的一端可以加工有凸台，另一端加工有螺纹。销轴9穿过凸起和凹槽上的通孔后与螺母紧固连接。另一种结构，销轴9的两端均可以加工有螺纹，螺纹与螺母紧固连接。

对于滑动组件的结构，具体来说，其可以包括滑轨10以及与滑轨10滑动连接的滑块11，滑轨10与竖直振动发生器1连接，滑块11与工作台3连接，滑块11的滑动方向与水平振动发生器2的振动方向平行。当受到激振力的作用时，参见图8，铰接连杆6和十字连杆5与工作台3可看作一个整体，其在XY平面内的运动分解，水平激振力通过铰接连杆6和十字连杆5传递给工作台3，竖直激振力通过滑轨10和滑块11传递给工作台3。当工作台3在承受水平和竖直两个方向的激振力时，其运动过程既有竖直运动位移分量S1，又有水平运动位移分量S2，它们共同作用合成了工作台3在空间内的运动轨迹。最终将转换为铰接连杆6的转动和滑块11的滑动。对于误差的补偿，参见图9，如在XZ平面内，十字连杆5和铰接连杆6连接后不能移动，可看成一个整体。当安装中心线与设计中心线的累计误差导致竖直方向的尺寸偏差为L时，则通过铰接连杆6的转动(转角β)和滑块11的移动(滑动量M)就可以有效补偿此类偏差。同样地，当安装中心线与设计中心线的累积误差导致水平方向出现尺寸偏差时，通过十字连杆5的转动和滑块11的移动也可以有效补偿水平方向的尺寸偏差。

在实际应用中，上述滑动组件会受到频繁的竖向激振力的作用，使得滑轨10与滑块11之间的接触力增大，在水平滑动过程中很容易造成滑轨10和滑块11的磨损，因此，需要频繁更换滑动组件，而更换后还需要重新调整滑轨10和工作台3的安装位置。为了解决上述问题，上述滑动组件还包括架设于竖直振动发生器1上的转轴以及用于对转轴转动进行限位的限位杆，限位杆的一端与转轴固定连接，另一端与竖直振动发生器1固定连接，滑轨10沿转轴的轴向设于转轴的外周面，滑轨10和滑块11的数量均为多个。这样，当其中一组滑轨10和滑块11在使用过程中发生磨损需要更换时，可以将限位杆与转轴或竖直振动发生器1分离，转动转轴，将另外一组滑轨10和滑块11与竖直振动发生器1和工作台3连接，由于转轴的轴线不会变，滑轨10和滑块11的相对位置不会发生变化，因此，更换滑轨10和滑块11后需要重新调整滑轨10和工作台3的位置。

示例性地，转轴垂直于转轴轴线的截面为正多边形，例如，正方形，转轴的每个侧面上均设有一组滑轨10和滑块11。

实施例二

本实施例提供了一种两轴同步振动试验装置，参见图10至图11，包括工作台3、水平振动发生器2、竖直振动发生器1以及实施例一提供的解耦机构，工作台3、水平振动发生器2和竖直振动发生器1均设置于机座12上。

与现有技术相比，本实施例提供的两轴同步振动试验装置的有益效果与实施例一提供的解耦机构的有益效果基本相同，在此不一一赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，包括铰接连杆和滑动组件，所述铰接连杆的两端分别与水平振动发生器和工作台铰接，所述滑动组件分别与竖直振动发生器和工作台连接，所述铰接连杆可沿竖直方向转动，所述滑动组件的滑动方向与水平振动发生器的振动方向平行。

2.根据权利要求1所述的用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，还包括十字连杆，所述铰接连杆通过十字连杆与工作台或水平振动发生器铰接。

3.根据权利要求2所述的用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，所述十字连杆和铰接连杆的数量均为1个或多个。

4.根据权利要求3所述的用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，所述十字连杆和铰接连杆的数量均为多个，所述十字连杆和铰接连杆交替布置。

5.根据权利要求3所述的用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，所述十字连杆和铰接连杆的数量为1个；

所述十字连杆设于靠近水平振动发生器一侧，所述铰接连杆设于靠近工作台一侧；或者，所述铰接连杆设于靠近水平振动发生器一侧，所述十字连杆设于靠近工作台一侧。

6.根据权利要求1所述的用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，所述解耦机构的两端设有安装座，所述解耦机构通过安装座分别与工作台和水平振动发生器铰接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，所述滑动组件包括滑轨以及与滑轨滑动连接的滑块，所述滑轨与竖直振动发生器连接，所述滑块与工作台连接。

8.根据权利要求7所述的用于两轴同步振动试验的解耦机构，其特征在于，所述滑动组件还包括架设于竖直振动发生器上的转轴以及用于对转轴转动进行限位的限位杆；

所述限位杆的一端与转轴固定连接，另一端与竖直振动发生器固定连接；

所述滑轨沿转轴的轴向设于转轴的外周面，所述滑轨和滑块的数量均为多个。

9.一种两轴同步振动试验装置，其特征在于，包括工作台、水平振动发生器、竖直振动发生器以及权利要求1至8所述的解耦机构。

10.根据权利要求9所述的两轴同步振动试验装置，其特征在于，所述工作台、水平振动发生器和竖直振动发生器均设置于机座上。