CN110044563B - 大型垂直振动试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于大型垂直振动试验系统,包括支撑子系统、垂直扩展台子系统。支撑子系统包括水平滑台、固定支座,以及振动台和振动台耳轴支座。垂直扩展台子系统包括垂直扩展台面、垂直扩展台支架,以及圆柱形滑动轴承。本发明的大型垂直振动试验系统可以有效解决大尺寸扩展台面由于热胀冷缩现象造成圆柱形滑动轴承易于卡死的问题,其既可以用于单台,也可以用于双台系统。

Description

大型垂直振动试验系统
技术领域
本发明属于大型航天器设备的振动试验系统技术领域,具体涉及用于大型垂直振动试验系统。
背景技术
在航天、航空、车辆等工程领域,产品都是在一定的振动环境中工作,结构共振是其运行过程中发生故障的主要原因之一。振动试验作为检验产品可靠性与动强度的一种有效手段,已经广泛应用于产品性能考核和动强度鉴定中。完成振动试验主要设备是振动台,为了实施对试验件三个方向的激励,振动试验系统一般分为水平和垂直两种激励状态。一般来说,振动台台体可通过耳轴进行翻转,以分别实现对试验件水平方向和垂直方向的激励。
水平向试验时,振动台动框和水平滑台连接,试验件装卡于水平滑台上;垂直向试验时,振动台翻转90°,振动台动框与独立的垂直扩展台进行连接,试验件则装卡与扩展台台面上。垂直扩展台在试验过程中随试验件运动,通过导向轴承实现其运动导向。目前国内外常见的垂直扩展台面一般采用圆柱形直线滑动轴承,并且其支架常与振动台耳轴支座刚性连接。在长期工程实践中会遇到导向轴承漏油、垂直扩展台运动不顺畅,甚至出现卡死的现象。
该问题的产生主要因素如下:
(1)扩展台热变形影响。由于扩展台台面一般为镁铝合金材料,而耳轴支座均采用钢材料,随着厂房温度的变化,以及长时间试验过程中轴承及动框连接处对扩展台台面的热传导,使得扩展台发生热胀冷缩现象。比如,以镁合金台面为例,其热膨胀系数为26μm/m·K,也就是说,对于直径2m的垂直扩展台面而言,每一度的温度变化,会产生约0.05mm的热变形,该尺寸即可造成油膜变薄、滑动不畅。由于轴承通常分布于垂直扩展台的边缘位置,扩展台尺寸越大热膨胀变形越大,因此这类问题在大型垂直扩展台上表现得尤为明显。一些生产商的解决方法是增大轴承的运动间隙,在一定程度上缓和了热变形带来的运动卡滞问题,但相应地也带来轴承漏油问题,导致润滑和降温不能满足要求。
(2)垂直扩展台振动水平向分量影响。在试验过程中,扩展台随试验件一起运动。一方面,组合体结构的振动引起扩展台的非主振方向振动分量,将引起轴承卡滞。另一方面,试验件质心的偏移也会使扩展台产生倾覆力矩,对直线滑动轴承的运行顺滑性也造成了一定的影响。
垂直扩展台运动卡滞或卡死将严重影响振动试验的有效性,同时突发性的卡滞将给试验件带来了极大的安全风险。为了最大程度上避免该问题,亟需提出一种改进现有的垂直扩展台导向运动约束方式的垂直振动试验系统。
发明内容
为了更好地解决上述问题,本发明公开了一种大型垂直振动试验系统,可以有效解决大尺寸垂直扩展台面由于热胀冷缩现象造成圆柱形滑动轴承易于卡死的问题,本发明既可以用于带有单振动台的垂直振动试验系统,也可以用于带有双振动台的垂直振动试验系统。
本发明采用了如下的技术方案:
大型垂直振动试验系统,包括支撑子系统、垂直扩展台子系统,支撑子系统包括一水平滑台、一固定支座,以及振动台和振动台耳轴支座,振动台耳轴支座、固定支座、水平滑台分别与地面固定,且相互独立,振动台耳轴支座位于固定支座和水平滑台之间,两个振动台对称设置在水平滑台与固定支座之间连接件的两侧,且两者轴线与水平滑台和固定支座之间的轴线垂直,两个振动台耳轴通过内侧面的一个耳轴支座和外侧面的两个耳轴支座连接,两个振动台可沿两者轴线进行翻转。垂直扩展台子系统包括一垂直扩展台面、一套垂直扩展台支架以及四个圆柱形滑动轴承,垂直扩展台面两侧分别通过垂直扩展台支架支撑在水平滑台和固定支座的表面上并通过圆柱形滑动轴承进行连接,垂直扩展台底部与振动台上端的动框接口连接固定。垂直扩展台支架固定在水平滑台上,释放了整个垂直振动试验系统一侧的横向自由度。
其中,垂直扩展台支架由底座、L形支架及设置在底座和L形支架之间的斜梁构成,其中L形支架的背面通过两个平行的斜梁固定连接到底座表面上来加强两者之间的连接强度。L形支架和斜梁均为横截面为方型的空芯型钢结构,内部填充聚氨酯半硬泡沫材料,试验过程中起到减震吸能,减小垂直扩展台支架振动响应的作用。
其中,圆柱形滑动轴承为液体静压轴承。
其中,垂直扩展台面具有类圆形的上表面,用于连接到垂直扩展台支架位置处的类圆形的两段圆弧截断并外接有突出部分,扩展台面下表面与振动台动框接口通过从扩展台面上表面向下穿入的螺钉连接固定。
本发明具有以下有益效果:
(1)改善垂直扩展台运动卡滞问题。利用水平滑台的水平向滑动能力,释放了圆柱形滑动轴承水平向约束,减少了扩展台面由于热膨胀、水平向振动分量和试验件偏心导致的轴承内部摩擦和各轴承之间相互作用引起的轴承运动卡滞不畅的现象。经过实际使用的统计结果,本发明公开的大型垂直振动试验系统垂直扩展台运动卡滞几率低于2‰。
(2)减轻支撑子系统的振动。在L形支架和斜梁内部填充聚氨酯半硬泡沫材料,增加了扩展台支架整体结构的阻尼,有效减小了扩展台支架的振动响应。经过实际测量,填充聚氨酯半硬泡沫材料后,扩展台支架的振动响应幅值降低20%~25%。
附图说明
图1为本发明的大型垂直振动试验系统中垂直扩展台面的支撑装置结构示意图。
其中,1为水平滑台,2为固定支座,3为振动台,4为振动台耳轴支座。
图2为本发明的大型垂直振动试验系统的总体示意图。
其中,5为垂直扩展台台面,6为垂直扩展台支架一,7为垂直扩展台支架二,8,9,10,11分别为4个圆柱形滑动轴承。
图3是本发明的大型垂直振动试验系统中的单个圆柱形滑动轴承的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的大型垂直振动试验系统作进一步的说明,这些说明仅仅是示例性的,并不旨在限制本发明的保护范围。
如图1所示,为大型垂直振动试验系统的支撑子系统。水平滑台1、固定支座2、振动台耳轴支座4相互独立地与地面连接固定。振动台耳轴支座4位于水平滑台1和固定支座2之间。振动台耳轴支座4分为两个外侧耳轴支座和一个内侧耳轴支座。振动台3的两个台体上的耳轴共线,且分别与内外侧耳轴支座连接。水平滑台1的台面高度和固定支座2上表面高度均为1.2m。水平滑台1的台面利用台面下方油膜和导向轴承实现沿水平滑台1中心与固定支座2中心的连线的往复滑动,可滑动行程为±26mm。固定支座2为封闭式金属箱体,内部灌满混凝土,以提高其刚度和承载能力。振动台3为垂直向状态,可沿台体两侧耳轴轴线进行翻转,可通过两侧各四个M30螺钉锁紧固定。
如图2所示,为大型垂直振动试验系统的总体示意图。垂直扩展台台面5两侧与圆柱形滑动轴承8,9,10,11进行连接,单侧各安装两个滑动轴承,轴承布置沿水平滑台1中心与固定支座2中心的连线对称。垂直扩展台台面5具有类圆形的上表面,用于连接到垂直扩展台支架位置处的类圆形的两段圆弧截断并外接有突出部分,扩展台面下表面与振动台3动框接口通过从扩展台面上表面向下穿入的螺钉连接固定。圆柱形滑动轴承8,9与垂直扩展台支架一6连接固定,圆柱形滑动轴承10,11与垂直扩展台支架一7连接固定。垂直扩展台支架6和7由底座、L形支架及设置在底座和L形支架之间的斜梁构成,其中L形支架的背面通过两个平行的斜梁固定连接到底座表面上来加强两者之间的连接强度。L形支架和斜梁均为横截面为200mm×200mm,壁厚为10mm的方型空芯型钢结构,内部填充满聚氨酯半硬泡沫材料。垂直扩展台支架6的底座与水平滑台1上表面连接固定,垂直扩展台支架7的底座与固定支座2上表面连接固定。
如图3所示,为大型垂直振动试验系统采用的圆柱形滑动轴承。该轴承为主轴直径为120mm的液体静压轴承,轴承竖直安装使用,上下两端与垂直扩展台台面5侧面连接固定,轴承中部滑块与扩展台支架上的L形支架连接固定。当振动台动框推动振动台台面垂直运动时,圆柱形滑动轴承上下端与主轴随振动台台面运动,中部滑块保持静止。轴承内通常规润滑油进行润滑。
扩展台子系统安装在支撑子系统的过程如下:
(1)水平滑台进入工作状态,即可在其限位内进行被动的水平滑动。
(2)起吊垂直扩展台整体至支撑子系统上方。
(3)同时地,垂直扩展台支架7与固定支座2连接固定,垂直扩展台支架6与水平滑台1连接。过程中,可调节水平滑台位置,确保释放滑动方向的约束。
(4)锁定振动台耳轴,连接垂直扩展台底部到振动台3上。
国内厂商一般将垂直扩展台台面5设计为直接安装在台体耳轴4上,水平滑台1处于关闭闲置状态。本发明正是利用了振动台自带的水平滑台1在一个方向往复的自由度,将扩展台面支架6改为安装在水平滑台1上,另一侧只需利用局部空间设计一个固定支座2。系统工作时,确保水平滑台处于工作状态,与扩展台支架连接后只承载纵向载荷。
本发明与国内厂商惯于采用的方式,即将垂直扩展台面支架放置在振动台耳轴支座上方的思路不同。为了有效解决大尺寸扩展台面由于热胀冷缩现象累计产生较大的热变形从而导致圆柱形滑动轴承变涩卡死的问题,本发明设计将垂直扩展台支架的一侧安装在水平滑台上,而另一侧则仍可以与地面支座刚性连接。此种一侧固支,另一侧在水平滑台运动方向自由的连接方式,可彻底解决大尺寸扩展台面在该方向的热变形问题。通过改善轴承的布局设计,缩小另一个方向轴承的间距,可以减小台面在该方向造成的累积热变形,从而在整体上较好地解决台面热变形对导向轴承运行效果带来的负面影响。
本发明改换思路,抛开离台体较近的耳轴,而是扩大垂直扩展台面支架,将其一端安装在水平滑台上,而另一端则可放置在新增的固定支座上。这样,就可以利用水平滑台在一个方向的自由度,释放扩展台面受热效应影响在该方向累积的形变,从而保证导向轴承能够正常滑动。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明,但是应该指明的是,我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改,其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时,均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.大型垂直振动试验系统,包括支撑子系统、垂直扩展台子系统,支撑子系统包括一水平滑台、一固定支座,以及振动台和振动台耳轴支座,振动台耳轴支座、固定支座、水平滑台分别与地面固定,且相互独立,振动台耳轴支座位于固定支座和水平滑台之间,两个振动台对称设置在水平滑台与固定支座之间连接件的两侧,且两者轴线与水平滑台和固定支座之间的轴线垂直,两个振动台耳轴通过内侧面的一个耳轴支座和外侧面的两个耳轴支座连接,两个振动台可沿台体两侧耳轴轴线进行翻转;其特征在于,垂直扩展台子系统包括一垂直扩展台面、一套垂直扩展台支架以及四个圆柱形滑动轴承,垂直扩展台面两侧分别通过垂直扩展台支架支撑在水平滑台和固定支座的表面上并通过圆柱形滑动轴承进行连接,垂直扩展台底部与振动台上端的动框接口连接固定;垂直扩展台支架固定在水平滑台上,释放了整个垂直振动试验系统一侧的横向自由度。
2.如权利要求1所述的大型垂直振动试验系统,其特征在于,垂直扩展台支架由底座、L形支架及设置在底座和L形支架之间的斜梁构成,其中L形支架的背面通过两个平行的斜梁固定连接到底座表面上来加强两者之间的连接强度。
3.如权利要求2所述的大型垂直振动试验系统,其特征在于,L形支架和斜梁均为横截面为方型的空芯型钢结构,内部填充聚氨酯半硬泡沫材料,试验过程中起到减震吸能,减小垂直扩展台支架振动响应的作用。
4.如权利要求1-3任一项所述的大型垂直振动试验系统,其特征在于,圆柱形滑动轴承为液体静压轴承。
5.如权利要求1-3任一项所述的大型垂直振动试验系统,其特征在于,垂直扩展台面具有类圆形的上表面,用于连接到垂直扩展台支架位置处的类圆形的两段圆弧截断并外接有突出部分,扩展台面下表面与振动台动框接口通过从扩展台面上表面向下穿入的螺钉连接固定。
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