CN110273969A - 一种灵活可调的弹性支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灵活可调的弹性支撑装置，包括静承力框架子系统、动承力框架子系统和支撑作用子系统，静承力框架子系统内穿设动承力框架子系统，支撑作用子系统的支撑主轴贯穿二者后将所述支撑主轴端部设置的牛眼轴承浮动设置于所述弹性支撑装置的一侧以实现弹性支撑。该弹性支撑装置基于三个子系统结构，通过直线轴承、牛眼轴承、和弹簧构成一种灵活可调的弹性支撑装置。利用多套弹性支撑装置进行方案布置，实现试验件空间位置的横向稳定支撑和居中功能。

Description

一种灵活可调的弹性支撑装置

技术领域

本发明涉及一种灵活可调的弹性支撑装置，属于自由边界模拟技术领域。

背景技术

航天运载器的稳定系统设计、全箭结构动载荷计算以及箭/器动力学耦合分析的基础和依据之一是掌握其动力学特性，因此如何准确获取航天运载器的结构动力学参数，直接关系到航天运载器的飞行的成败。目前，最为有效直接的获取手段是开展航天运载器的全箭模态试验。而航天运载器动力学特性试验的实施需要模拟航天飞行器飞行状态的自由-自由边界条件。我国对于常规尺寸航天飞行器结构自由边界模拟的相关技术已经成熟，并积累了丰富的经验。中国的相关现有技术已经达到了国外相关试验技术的领先水平。但是，随着国家研制新型运载器型号的发展，传统经典的钢丝绳悬吊技术出现了一些弊端，如随着新型运载器尺寸大，需要配套建设更大尺寸的全箭模态试验场地，即全箭振动塔，增加成本；另外，钢丝绳悬吊在个别状态会出现由于钢丝绳弦振动导致影响结构动特性参数精度的问题。因此一种新型的边界模拟技术得到发展，即基于油气支承原理的自由边界模拟技术。相对于经典的竖直悬吊方式，其需要一套更为复杂的横向稳定装置保证系统的居中状态和竖立稳定性，同时横向稳定装置的刚度设计也需满足相关标准中规定的附加质量和附加刚度要求。

基于油气支承的自由边界模拟系统，需配套横向稳定分系统才可工作，横向稳定分系统由三部分构成，上支撑系统、下支撑系统和安全环。下支撑系统除具备防止试件倾倒的能力，还需具备限制试验件相对油气支承空间相对位置的能力，即居中功能。目前，国内还没有基于油气支承的横向稳定装置的工程技术应用。类似的功能在汽车工程领域有部分应用，其主要集中于弹性支承功能，但其与此弹性支撑装置的功能目的有很大差异。

被支撑试验件结构置于油气支承系统上，基于油气支承系统的工作原理，工作状态下，被支撑试验件相对油气支承存在一定的水平运动空间，用于试验件振动状态活动空间的需要。但是，油气支承系统实现上述功能主要通过一个阻尼较小的平面静压轴承实现。由于平面静压轴承阻尼较小，同时不能保证平面静压轴承的绝对水平，因此，会出现试验件相对油气支承出现水平滑动，进而影响系统的试验件振动状态活动空间，甚至导致自由边界模拟状态的失效。因此，需要一种横向支撑装置以限制试验件相对油气支承的水平滑动，同时横向支撑装置对于系统不可出现影响测量结果精度的附加刚度和附加质量的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出一种灵活可调的弹性支撑装置，基于三个子系统结构，通过直线轴承、牛眼轴承、和弹簧构成一种灵活可调的弹性支撑装置。利用多套弹性支撑装置进行方案布置，实现试验件空间位置的横向稳定支撑和居中功能。与现有技术相比，该方案安装操作方便、系统状态变换便捷、附加影响小、装置成本低等优点，具有广泛的应用前景和较高的推广价值。

(二)技术方案

一种灵活可调的弹性支撑装置，包括静承力框架子系统、动承力框架子系统和支撑作用子系统，静承力框架子系统内穿设动承力框架子系统，支撑作用子系统的支撑主轴贯穿二者后将所述支撑主轴端部设置的牛眼轴承浮动设置于所述弹性支撑装置的一侧以实现弹性支撑。

所述静承力框架子系统包括第一前面板、第一后面板和若干第一导向柱；所述第一前面板和第一后面板均呈正方形，中心均具有第一通孔，且四个角部均具有对称的可供所述第一导向柱穿过的孔；若干所述第一导向柱两端分别穿设至所述第一前面板和第一后面板的孔内且彼此平行对称设置；所述第一后面板上还具有若干沿其厚度方向均布的第一安装孔；所述第一前面板和第一后面板上还在其各个侧壁具有若干均布的第二安装孔。

所述动承力框架子系统包括第二前面板、第二后面板和若干第二导向柱；所述第二前面板和第二后面板均呈正方形，中心均具有第二通孔，且横向对称线和纵向对称线上均具有对称的可供所述第二导向柱穿过的孔，若干所述第二导向柱两端分别穿设至所述第二前面板和第二后面板的孔内且彼此平行对称设置；所述第二前面板和第二后面板相对的面上的四个角部均相对设置第一直线轴承，且两第二通孔处相对设置第二直线轴承。

所述支撑作用子系统还包括前端板、后端板、备紧螺母；所述支撑主轴的前端穿过前端板的中心通孔与所述牛眼轴承固定连接，所述支撑主轴的后端依次穿过第一前面板的第一通孔、第二前面板的第二通孔处的第二直线轴承、第二后面板的第二通孔处的第二直线轴承直至第一后面板的第一通孔处；所述第一导向柱穿设于相应的动承力框架子系统的第一直线轴承内；备紧螺母安装于支撑主轴的后端并贴紧后端板。

主弹簧套设于所述支撑主轴上并穿过第一前面板的第一通孔，且其两端分别固定在前端板和第二前面板上；辅助弹簧也套设于所述支撑主轴上，且其两端分别固定在第二后面板和后端板上。

所述第二后面板与第一后面板之间还均布若干限位顶紧螺栓，以对该弹性支撑装置限制和预紧。

一种灵活可调的弹性支撑装置的组装方法，包括以下步骤：

S1、将静承力框架子系统和动承力框架子系统组装，将若干第一导向柱穿设至相应的第一直线轴承内，并将其两端固定；

S2、将支撑主轴与动承力框架子系统组装，使支撑主轴穿设至相应的第二直线轴承内；

S3、将主弹簧的两端分别固定至前端板和第二前面板，在前端板的另一侧将牛眼轴承固定安装于支撑主轴的一端；

S4、将辅助弹簧的两端分别固定至第二后面板和后端板，安装备紧螺母以对支撑作用子系统进行预紧；

S5、将限位预紧螺栓安装到位。

一种安装柱块，其与所述的弹性支撑装置组合安装，所述安装柱块为长方体结构，沿其长度方向具有前端面、后端面以及侧面，其侧面具有若干与该安装柱块中心轴线垂直的第三通孔，其侧面还具有若干第三安装孔；所述第三通孔与所述第一后面板上的第一通孔对应，所述第三安装孔与所述第一安装孔对应；所述第三安装孔还与所述第二安装孔对应。

所述弹性支撑装置安装于安装柱块的垂直方向上；或，所述弹性支撑装置安装于安装柱块的长度方向上。

采用所述的弹性支撑装置以及所述的安装柱块对试验件进行弹性抵紧的方法，所述试验件为圆柱体，所述弹性支撑装置用于限制所述试验件在运动平面内的水平自由度和旋转自由度，包括以下步骤：

SS1、将6个所述弹性支撑装置安装于对应的安装柱块的垂直方向上，组成弹性支撑单元；

SS2、在试验件圆周面均布4套弹性支撑单元，每套弹性支撑单元中的牛眼轴承均与圆周面弹性抵紧，进而，将这4套弹性支撑单元中的安装柱块进行固定，对所述试验件的水平自由度进行限制；

SS3、所述试验件的圆周面上于横向的2套弹性支撑单元的下方固定连接临时工艺块，剩余的2套弹性支撑单元的牛眼轴承分别弹性地抵接于所述临时工艺块的侧壁，且位于所述试验件同一侧的两套弹性支撑装置的中心轴线垂直，以对所述试验件的旋转自由度进行限制，进而，将剩余的2套弹性支撑单元中的安装柱块进行固定。

(三)有益效果

本发明的一种灵活可调的弹性支撑装置，其静承力框架子系统具有多个安装面，实现与安装基座的灵活安装，同时传递由支撑作用子系统传递过来的支撑力。其通过直线轴承与动承力框架子系统连接；动承力框架子系统用于调整支撑作用子系统与静承力框架子系统和试验件的空间位置，同时对弹性支撑装置施加限位和预紧压力，其可避免共振状态下，支撑作用子系统相对试验件存在分离状态；支撑作用子系统与动承力框架子系统通过直线轴承连接，支撑作用子系统相对动承力框架子系统的相对位置关系通过前后两个弹簧确定，支撑作用子系统前端安装牛眼轴承，牛眼轴承是一种一个球型钢珠的轴承，其具备大承载能力，相比多钢包括珠平面轴承，具有更小的平面活动阻尼。牛眼轴承后面是主弹性元件安装区域，支撑作用子系统后面是辅助弹性元件安装区域，辅助弹性元件的作用是便于主弹性元件的预紧定位和更换。三个子系统的灵活设计，便于弹性支撑装置支撑状态的调整。支撑装置都是由简单的结构件组装而成，具有灵活的状态变换能力。这样一套灵活可调的弹性支撑装置可实现对试验件预紧状态下的弹性支撑，同时整个系统的相对运动都是通过轴承实现，所以该弹性支撑装置具备功能需求的同时具有较小的附加刚度和附加阻尼的影响。通过对多套弹性支撑装置的方案布置，可实现对试验件空间位置的横向稳定支撑和居中功能。

另外，图6是弹性支撑装置主要的安装方案，此方案的优点是系统的弹性抵紧承载能力最好。如果图6的安装方式的安装柱块安装布局或是支撑主轴调节及运动空间受限，可以采用图7的弹性支撑装置安装方案，此方案的优点是支撑主轴调节及运动空间不受约束，方便使用，但是系统的安装方案受到弹性抵紧承载能力的限制。以上两种方案都是用于试验件弹性抵紧，限制其空间运动范围的，但是方法各有优缺点，实际使用时，根据实际安装条件，则有选取安装方案。

附图说明

图1本发明的一种灵活可调的弹性支撑装置组成示意图。

图2静承力框架子系统组成示意图。

图3动承力框架子系统组成示意图。

图4支撑作用子系统组成示意图。

图5本发明的所述弹性支撑装置安装示意图。

图6本发明的所述弹性支撑装置在安装柱块垂直方向上的安装示意图。

图7本发明的所述弹性支撑装置在安装柱块长度方向上的安装示意图。

图8采用本发明的所述弹性支撑装置和安装柱块对试验件进行弹性抵紧的布局示意图。

图中，1-静承力框架子系统；2-动承力框架子系统；3-支撑作用子系统；4-第一前面板；5-第一后面板；6-第一导向柱；7-第二前面板；8-第二后面板；9-第二导向柱；10-第一直线轴承；11-第二直线轴承；12-支撑主轴；13-前端板；14-牛眼轴承；15-后端板；16-备紧螺母；17-主弹簧；18-辅助弹簧；19-限位预紧螺栓；20-安装柱块；21-试验件；22-试验件转动限位工装。

具体实施方式

参见图1-5，本发明的一种灵活可调的弹性支撑装置，包括静承力框架子系统1、动承力框架子系统2和支撑作用子系统3，静承力框架子系统1内穿设动承力框架子系统2，支撑作用子系统3的支撑主轴12贯穿二者后将所述支撑主轴12端部设置的牛眼轴承14浮动设置于所述弹性支撑装置的一侧以实现弹性支撑。

参照图2，所述静承力框架子系统1包括第一前面板4、第一后面板5和若干第一导向柱6；所述第一前面板4和第一后面板5均呈正方形，中心均具有第一通孔，且四个角部均具有对称的可供所述第一导向柱6穿过的孔；若干所述第一导向柱6两端分别穿设至所述第一前面板4和第一后面板5的孔内且彼此平行对称设置；所述第一后面板5上还具有若干沿其厚度方向均布的第一安装孔；所述第一前面板4和第一后面板5上还在其各个侧壁具有若干均布的第二安装孔。

参照图3，所述动承力框架子系统2包括第二前面板7、第二后面板8和若干第二导向柱9；所述第二前面板7和第二后面板8均呈正方形，中心均具有第二通孔，且横向对称线和纵向对称线上均具有对称的可供所述第二导向柱9穿过的孔，若干所述第二导向柱9两端分别穿设至所述第二前面板7和第二后面板8的孔内且彼此平行对称设置；所述第二前面板7和第二后面板8相对的面上的四个角部均相对设置第一直线轴承10，且两第二通孔处相对设置第二直线轴承2。

参照图4-5，所述支撑作用子系统3还包括前端板13、后端板15、备紧螺母16；所述支撑主轴12的前端穿过前端板13的中心通孔与所述牛眼轴承14固定连接，所述支撑主轴12的后端依次穿过第一前面板4的第一通孔、第二前面板7的第二通孔处的第二直线轴承11、第二后面板8的第二通孔处的第二直线轴承11直至第一后面板5的第一通孔处；所述第一导向柱6穿设于相应的动承力框架子系统2的第一直线轴承10内；备紧螺母16安装于支撑主轴12的后端并贴紧后端板15。

参照图5，主弹簧17套设于所述支撑主轴12上并穿过第一前面板4的第一通孔，且其两端分别固定在前端板13和第二前面板7上；辅助弹簧18也套设于所述支撑主轴12上，且其两端分别固定在第二后面板8和后端板15上。

参照图5，所述第二后面板8与第一后面板5之间还均布若干限位顶紧螺栓19，以对该弹性支撑装置限制和预紧。

本发明的一种灵活可调的弹性支撑装置的组装方法，包括以下步骤：

S1、将静承力框架子系统1和动承力框架子系统2组装，将若干第一导向柱6穿设至相应的第一直线轴承10内，并将其两端固定；

S2、将支撑主轴12与动承力框架子系统2组装，使支撑主轴12穿设至相应的第二直线轴承11内；

S3、将主弹簧17的两端分别固定至前端板13和第二前面板7，在前端板13的另一侧将牛眼轴承14固定安装于支撑主轴12的一端；

S4、将辅助弹簧18的两端分别固定至第二后面板8和后端板15，安装备紧螺母16以对支撑作用子系统3进行预紧；

S5、将限位预紧螺栓19安装到位。

参见图6-7，一种安装柱块20，其与本发明的一种灵活可调的弹性支撑装置组合安装以实现弹性抵紧，所述安装柱块20为长方体结构，沿其长度方向具有前端面、后端面以及侧面，其侧面具有若干与该安装柱块20中心轴线垂直的第三通孔，其侧面还具有若干第三安装孔；所述第三通孔与所述第一后面板5上的第一通孔对应，所述第三安装孔与所述第一安装孔对应；所述第三安装孔还与所述第二安装孔对应。

参见图6，所述弹性支撑装置安装于安装柱块20的垂直方向上；此种安装方式的弹性抵紧承载能力好；参见图7，或，所述弹性支撑装置安装于安装柱块20的长度方向上；此种安装方式支撑主轴12调节及运动空间不受约束，方便使用，但是整体安装受到弹性抵紧承载能力的限制。

采用弹性支撑装置和安装柱块对试验件21进行弹性抵紧的方法，所述试验件21为圆柱体，所述弹性支撑装置用于限制所述试验件21在运动平面内的水平自由度和旋转自由度，包括以下步骤：

SS1、将6个所述弹性支撑装置安装于对应的安装柱块20的垂直方向上，组成弹性支撑单元；

SS2、在试验件21圆周面均布4套弹性支撑单元，每套弹性支撑单元中的牛眼轴承14均与圆周面弹性抵紧，进而，将这4套弹性支撑单元中的安装柱块20进行固定，对所述试验件的水平自由度进行限制；

SS3、所述试验件的圆周面上于横向的2套弹性支撑单元的下方固定连接临时工艺块，剩余的2套弹性支撑单元的牛眼轴承14分别弹性地抵接于所述临时工艺块的侧壁，且位于所述试验件同一侧的两套弹性支撑装置的中心轴线垂直，以对所述试验件的旋转自由度进行限制，进而，将剩余的2套弹性支撑单元中的安装柱块20进行固定。

Claims (10)

1.一种灵活可调的弹性支撑装置，其特征在于，包括静承力框架子系统、动承力框架子系统和支撑作用子系统，静承力框架子系统内穿设动承力框架子系统，支撑作用子系统的支撑主轴贯穿二者后将所述支撑主轴端部设置的牛眼轴承浮动设置于所述弹性支撑装置的一侧以实现弹性支撑。

2.如权利要求1所述的一种灵活可调的弹性支撑装置，其特征在于，所述静承力框架子系统包括第一前面板、第一后面板和若干第一导向柱；所述第一前面板和第一后面板均呈正方形，中心均具有第一通孔，且四个角部均具有对称的可供所述第一导向柱穿过的孔；若干所述第一导向柱两端分别穿设至所述第一前面板和第一后面板的孔内且彼此平行对称设置；所述第一后面板上还具有若干沿其厚度方向均布的第一安装孔；所述第一前面板和第一后面板上还在其各个侧壁具有若干均布的第二安装孔。

3.如权利要求2所述的一种灵活可调的弹性支撑装置，其特征在于，所述动承力框架子系统包括第二前面板、第二后面板和若干第二导向柱；所述第二前面板和第二后面板均呈正方形，中心均具有第二通孔，且横向对称线和纵向对称线上均具有对称的可供所述第二导向柱穿过的孔，若干所述第二导向柱两端分别穿设至所述第二前面板和第二后面板的孔内且彼此平行对称设置；所述第二前面板和第二后面板相对的面上的四个角部均相对设置第一直线轴承，且两第二通孔处相对设置第二直线轴承。

4.如权利要求3所述的一种灵活可调的弹性支撑装置，其特征在于，所述支撑作用子系统还包括前端板、后端板、备紧螺母；所述支撑主轴的前端穿过前端板的中心通孔与所述牛眼轴承固定连接，所述支撑主轴的后端依次穿过第一前面板的第一通孔、第二前面板的第二通孔处的第二直线轴承、第二后面板的第二通孔处的第二直线轴承直至第一后面板的第一通孔处；所述第一导向柱穿设于相应的动承力框架子系统的第一直线轴承内；备紧螺母安装于支撑主轴的后端并贴紧后端板。

5.如权利要求4所述的一种灵活可调的弹性支撑装置，其特征在于，主弹簧套设于所述支撑主轴上并穿过第一前面板的第一通孔，且其两端分别固定在前端板和第二前面板上；辅助弹簧也套设于所述支撑主轴上，且其两端分别固定在第二后面板和后端板上。

6.如权利要求5所述的一种灵活可调的弹性支撑装置，其特征在于，所述第二后面板与第一后面板之间还均布若干限位顶紧螺栓，以对该弹性支撑装置限制和预紧。

7.如权利要求6所述的一种灵活可调的弹性支撑装置的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将静承力框架子系统和动承力框架子系统组装，将若干第一导向柱穿设至相应的第一直线轴承内，并将其两端固定；

S2、将支撑主轴与动承力框架子系统组装，使支撑主轴穿设至相应的第二直线轴承内；

S3、将主弹簧的两端分别固定至前端板和第二前面板，在前端板的另一侧将牛眼轴承固定安装于支撑主轴的一端；

S4、将辅助弹簧的两端分别固定至第二后面板和后端板，安装备紧螺母以对支撑作用子系统进行预紧；

S5、将限位预紧螺栓安装到位。

8.一种安装柱块，其与权利要求6中所述的一种灵活可调的弹性支撑装置组合安装，其特征在于，所述安装柱块为长方体结构，沿其长度方向具有前端面、后端面以及侧面，其侧面具有若干与该安装柱块中心轴线垂直的第三通孔，其侧面还具有若干第三安装孔；所述第三通孔与所述第一后面板上的第一通孔对应，所述第三安装孔与所述第一安装孔对应；所述第三安装孔还与所述第二安装孔对应。

9.如权利要求8所述的一种安装柱块，其特征在于，所述弹性支撑装置安装于安装柱块的垂直方向上；或，所述弹性支撑装置安装于安装柱块的长度方向上。

10.采用如权利要求6所述的一种灵活可调的弹性支撑装置以及如权利要求8所述的一种安装柱块对试验件进行弹性抵紧的方法，所述试验件为圆柱体，所述弹性支撑装置用于限制所述试验件在运动平面内的水平自由度和旋转自由度，其特征在于，包括以下步骤：

SS1、将6个所述弹性支撑装置安装于对应的安装柱块的垂直方向上，组成弹性支撑单元；

SS2、在试验件圆周面均布4套弹性支撑单元，每套弹性支撑单元中的牛眼轴承均与圆周面弹性抵紧，进而，将这4套弹性支撑单元中的安装柱块进行固定，对所述试验件的水平自由度进行限制；

SS3、所述试验件的圆周面上于横向的2套弹性支撑单元的下方固定连接临时工艺块，剩余的2套弹性支撑单元的牛眼轴承分别弹性地抵接于所述临时工艺块的侧壁，且位于所述试验件同一侧的两套弹性支撑装置的中心轴线垂直，以对所述试验件的旋转自由度进行限制，进而，将剩余的2套弹性支撑单元中的安装柱块进行固定。