CN111678668A - 一种可切换自由度的振动主动控制试验台 - Google Patents
一种可切换自由度的振动主动控制试验台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可切换自由度的振动主动控制试验台，包括：底座；导杆组，固定安装在底座上；第二质量组，与所述导杆组滑动配合，中部与减振零件组的上端固定连接；激励组，固定设置在所述第二质量组上表面；预载组，固定设置在所述第二质量组上表面；所述第二质量组下方设置有第一质量组和弹簧减振组，所述第一质量组位于第二质量组下方，所述弹簧减振组固定设置在第一质量组和底座之间；或者，所述第二质量组下方设置有固定台，固定台上端与减振零件组固定连接，下端与底座固定连接。本发明具有实用性强、制造成本低、单双自由度切换方便、可为减振零件组施加不同预载、激励频率和振幅可调、适用于多种减振零件的减振测试等优点。
Description
技术领域
本发明涉及振动试验领域，尤其涉及一种可切换自由度的振动主动控制试验台。
背景技术
NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）是判断车辆的乘坐舒适性的一个直观指标；为了提高乘坐舒适性，汽车厂商在进行整车及零部件的设计时，特别关注汽车的NVH性能；合理使用减振零件（半主动悬置、主动悬置、主动吸振器等）能大幅改善汽车的NVH性能，在减振零件开发阶段，为了验证零件的隔振性能，需要将零件装车验证，但对于某些零部件企业或者高校来说，直接将零件装车验证并不现实，所以需要设计一种振动主动控制试验台代替整车对减振零件进行系统硬件在环验证。
目前的振动主动控制试验台多为单自由度试验台，无法模拟减振零件装车后的真实效果；且目前振动主动试验台多以电机-联轴器-齿轮箱-偏心轮、激振器或者MTS为振动激励源；对于以电机-联轴器-齿轮箱-偏心轮作为激励源的振动试验台，由于电机-联轴器-齿轮箱-偏心轮的体积庞大，最终设计的试验台的体积也将非常庞大，进而制造成本也会增加，同时使用不方便，且其激励端无法抵消水平方向上的分力和力矩，影响减振零件减振效果的验证；对于以激振器作为激励源的振动试验台，由于激振器需要与功率放大器等控制器配套使用，因此其使用成本很高；对于以MTS作为激励源的振动试验台，由于MTS为专业的弹性体性能测试系统，其价格非常昂贵，且其激励频率范围也有限；因此，设计一种实用性强、制造成本低、单双自由度切换方便、适用于多种减振零件的减振测试的振动主动控制试验台非常有必要。
发明内容
针对上述技术问题之一，本发明的目的就是提供一种可切换自由度的振动主动控制试验台。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现：
一种可切换自由度的振动主动控制试验台，包括：
底座；
导杆组，竖直固定安装在所述底座上；
第二质量组，两侧与所述导杆组滑动配合实现上下移动，中部与减振零件组的上端固定连接；
激励组，固定设置在所述第二质量组上表面，用于提供不同振幅和频率的振动力；
预载组，固定设置在所述第二质量组上表面，用于可增减地向所述第二质量组预载一定的质量块；
所述第二质量组下方设置有第一质量组和弹簧减振组，所述第一质量组位于第二质量组下方，其两侧与所述导杆组滑动配合实现上下移动，中部与所述减振零件组的下端固定连接，所述弹簧减振组固定设置在所述第一质量组和底座之间；
或者，
所述第二质量组下方设置有固定台，所述固定台的两侧与所述导杆组滑动配合，上端与所述减振零件组固定连接，下端与所述底座固定连接。
进一步地，所述导杆组包括：
若干滑动导杆，下端通过导杆座竖直设置在所述底座上；
固定框，固定设在所述若干滑动导杆的顶端；
若干滑动轴承，滑动配合的套设在各滑动导杆上。
进一步地，所述第二质量组包括:
第二支撑板，所述第二支撑板的两侧设置有通过支撑板与滑动轴承连接螺栓与对应的滑动轴承固定连接的滑动轴承座安装孔，所述第二支撑板的中部设置有若干预载组安装孔、电机座安装孔、主动悬置上工装安装孔。
进一步地，所述激励组包括：
电机，所述电机具有两电机输出轴，并通过电机座固定设置在所述第二质量组上；
两对小主动齿轮和大主动齿轮，分别对称地固定设在在所述电机的两电机输出轴上；
两第一偏心从动齿轮，通过转轴及两滚动轴承座对称地设置在所述第二质量组上并位于所述电机一侧，分别与两大主动齿轮相啮合；
两第二偏心从动齿轮，通过转轴及两滚动轴承座对称地设置在所述第二质量组上并位于所述电机另一侧，分别与两小主动齿轮通过同步带驱动连接。
进一步地，所述两第一偏心从动齿轮与两大主动齿轮的传动比为:，所述两第二偏心从动齿轮与两小主动齿轮之间的传动比为:。
进一步地，所述第一偏心从动齿轮和第二偏心从动齿轮的偏心质量相等，且偏心质量离齿轮中心距离相等。
进一步地，所述第一偏心从动齿轮的总质量大于所述第二偏心从动齿轮的总质量，所述第二质量组在所述第二偏心从动齿轮一侧通过螺栓固定设置有用于平衡重力的平衡质量块。
进一步地，所述第一质量组包括：
第一支撑板，所述第一支撑板的两侧设置有通过螺栓与对应的滑动轴承固定连接的滑动轴承安装孔，所述第一支撑板的中部设置有若干减振零件下工装安装孔、质量块组安装孔；
质量块组，位于所述第一支撑板下方，包括通过螺杆与所述质量块组安装孔相连接的质量块吊板、通过螺栓可增减地叠加设置在所述质量块吊板上的若干质量块；
所述弹簧减振组包括若干均匀分布的弹簧，所述弹簧的上端通上套筒与所述第一质量组固定连接，下端设置有下套筒，所述底座上设置有平行的T形卡槽，所述T形卡槽内设置有相配合的T型卡条，所述下套筒与所述T型卡条固定连接。
进一步地，所述预载组包括：
预载组支撑板，通过预载组支撑杆固定设在所述第二质量组上；
预载质量块，通过质量块锁紧螺栓和质量块锁紧螺母可增减地叠加设置在所述预载组支撑板上。
进一步地，所述固定台的两侧通过固定台与轴承连接螺栓与对应的滑动轴承固定连接，所述固定台顶面居中设置有若干用于固定所述减振零件组的安装孔；所述固定台底部固定设置有若干平行的固定台T型卡条，所述底座上设置有与所述固定台T型卡条相配合的T形卡槽。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
实用性强、制造成本低、单双自由度切换方便、适用于多种减振零件的减振测试。
通过改变预载组质量块的数量和大小，可为减振零件施加不同的预载；使用不同偏心质量的第一偏心从动齿轮和第二偏心从动齿轮，可调节试验台输出力的振幅，通过调节电机的转速，可控制试验台输出力的频率；调节弹簧减振组和第一质量组，可满足不同测试对象对试验台的质量、刚度配比要求，适用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例的装配结构示意图；
图2是本发明实施例中底座、弹簧减振组和导杆组结构示意图；
图3是本发明实施例中第一质量组结构示意图；
图4是本发明实施例中减振零件组结构示意图；
图5是本发明实施例中第二质量组结构示意图；
图6是本发明实施例中激励组结构示意图；
图7是本发明实施例中预载组结构示意图；
图8是本发明另一实施例（单自由度）的装配结构示意图；
图9是本发明实施例（单自由度）中固定台结构示意图；
图中标号说明：1-底座；2-导杆组；21-导杆座；22-滑动导杆；23-滑动轴承；24-固定框；3-弹簧减振组；31-上套筒；32-弹簧；33-下套筒；4-第一质量组；41-第一支撑板；42-质量块组安装孔；43-减振零件下工装安装孔；44-滑动轴承安装孔；45-质量块；46-质量块吊板；5-减振零件组；51-主动悬置下工装；52-下工装安装螺栓；53-主动悬置；54-主动悬置上工装；55-上工装安装孔；56-主动悬置与上工装连接螺栓；57-主动悬置与下工装连接螺栓；6-第二质量组；61-第二支撑板；62-支撑板与滑动轴承连接螺栓；63-滑动轴承座安装孔；64-预载组安装孔；65-平衡质量安装孔；66-电机座安装孔；67-主动悬置上工装安装孔；7-激励组；71-电机；72-电机输出轴；73-小主动齿轮；74-大主动齿轮；75-第一偏心从动齿轮；76-滚动轴承座；77-电机座；78-平衡质量；79-第二偏心从动齿轮；8-预载组；81-预载组支撑杆；82-预载组支撑板；83-预载质量块；84-质量块锁紧螺栓；85-质量块锁紧螺母；9-固定台；91-减振零件下工装安装孔；92-固定台与轴承连接螺栓；93-固定台T型卡条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1所示，一种可切换自由度的振动主动控制试验台，包括：
底座1；
导杆组2，竖直固定安装在所述底座1上；
第二质量组6，两侧与所述导杆组2滑动配合实现上下移动，中部与减振零件组5的上端固定连接；
激励组7，固定设置在所述第二质量组6上表面，用于提供不同振幅和频率的振动力；
预载组8，固定设置在所述第二质量组6上表面，用于可增减地向所述第二质量组6预载一定的质量块，所述第一质量组4和第二质量组6间安装待检测的减振零件组5；所述激励组7和预载组8分别为减振零件5施加激励和预载。
所述第二质量组6下方设置有第一质量组4和弹簧减振组3，所述第一质量组4位于第二质量组6下方，其两侧与所述导杆组2滑动配合实现上下移动，中部与所述减振零件组5的下端固定连接，所述弹簧减振组3固定设置在所述第一质量组4和底座1之间。
在此具体实施例中，如图2所示，所述导杆组包括四个导杆座21、四根直线形的滑动导杆22、8个滑动轴承23和上端固定框24，所述滑动导杆22通过四个导杆座21固定于底座1上，且四根滑动导杆22上端由一个矩形固定框24固定；8个滑动轴承23装于滑动导杆22上，带动第一质量组4、第二质量组6沿着滑动导杆22上下运动。
在此具体实施例中，如图2所示，所述弹簧减振组3由四个弹簧组组成，每个弹簧组由下套筒33、弹簧32和上套筒31组成，所述上套筒31固定于第一质量组4上，所述底座1上设置有平行的T形卡槽，所述T形卡槽内设置有相配合的T型卡条，所述下套筒33固定于底座1的T型卡条上，所述弹簧32上下两端分别压于上下套筒中；通过更换弹簧组，可改变弹簧减振组的刚度。
在此具体实施例中，如图3所示，所述第一质量组4包括第一支撑板41、质量块45和质量块吊板46，其中第一支撑板41左右两端设置有滑动轴承安装孔44，分别通过4个M10螺栓44与滑动轴承23连接；第一支撑板41上端钻有四个M18的螺纹孔，用于与主动悬置下工装51连接；质量块45通过质量块吊板46固定于第一支撑板41上，可通过改变质量块45的数量改变第一质量组4的总质量，从而满足不同测试对象对试验台的质量配比要求。
在此具体实施例中，如图4所示，所述减振零件组5包括主动悬置下工装51、主动悬置53、主动悬置上工装54，其中，主动悬置53上端通过主动悬置与上工装连接螺栓56与主动悬置上工装54固定连接，所述主动悬置53下端通过主动悬置与下工装连接螺栓57与主动悬置下工装51固定连接，所述主动悬置上工装54上设置有上工装安装孔55。所述主动悬置下工装51和主动悬置上工装54将主动悬置53固定于第一质量组4和第二质量6组之间；主动悬置下工装51通过M18螺栓与第一质量组4连接，主动悬置上工装54通过M18螺栓与第二质量6组连接；主动悬置53可替换为主动吸振器等。
在此具体实施例中，如图5所示，所述第二质量组6包括第二支撑板61，其中所述第二支撑板61左右两端分别通过4个M10螺栓与滑动轴承23连接，从而实现第二支撑61板沿着滑动导杆22上下运动；第二支撑板61上端安装有激励组7和预载组8，激励组7包括激励电机71、滚动轴承76和平衡质量78等，因此，第二支撑板61预留有滑动轴承座安装孔63、预载组安装孔64、平衡质量安装孔65、电机座安装孔66和上工装安装孔67。
在此具体实施例中，如图6所示，所述激励组7包括：
电机71，所述电机71具有两电机输出轴72，并通过电机座77固定设置在所述第二质量组6上；
两对小主动齿轮73和大主动齿轮74，分别对称地固定设在在所述电机71的两电机输出轴72上；
两第一偏心从动齿轮75，通过转轴及两滚动轴承座76对称地设置在所述第二质量组6上并位于所述电机71一侧，分别与两大主动齿轮74相啮合；
两第二偏心从动齿轮79，通过转轴及两滚动轴承座76对称地设置在所述第二质量组6上并位于所述电机71另一侧，分别与两小主动齿轮73通过同步带驱动连接；
其中电机71为改装电机，可实现双向输出，电机输出轴72前后两端各带一小一大主动齿轮，其中大主动齿轮74通过齿轮啮合带动第一偏心从动齿轮75转动，小主动齿轮73通过带传动带动第二偏心从动齿轮79转动，所述两第一偏心从动齿轮75与两大主动齿轮74的传动比为1:1，所述两第二偏心从动齿轮79与两小主动齿轮73之间的传动比为1:1，因此第一偏心从动齿轮75和第二偏心从动齿轮79的旋转角速度相等、方向相反。
通过调节电机71的转速，可控制试验台输出力的频率。
在此具体实施例中，如图7所示，所述第一偏心从动齿轮75和第二偏心从动齿轮79的偏心质量相等，且偏心质量离齿轮中心距离相等，由于第一偏心从动齿轮75和第二偏心从动齿轮79的旋转角速度相等方向相反，因此第一偏心从动齿轮75和第二偏心从动齿轮79转动产生的离心力的水平分量大小相等方向相反、垂直分量大小相等且方向相同，因此试验台水平方向合力为零，所述第二质量组6只受到正弦变化的垂直力，在该垂直力作用下，所述第二质量组6产生沿滑动导杆22的上下振动，该振动经由主动悬置上工装54传至主动悬置53。
在此具体实施例中，如图7所示，所述电机输出轴72为双向输出，前后两端各带一大一小主动齿轮，即为前后对称分布，因此，由离心力产生的关于第二质量组6质心的合力矩为零，合力矩为零可避免试验台发生侧倾或者俯仰，同时可减少滑动轴承23和滑动导杆22间的正压力，从而减少摩擦力。
在此具体实施例中，通过使用不同偏心质量的第一偏心从动齿轮75和第二偏心从动齿轮79，可控制试验台输出不同振幅的力。
进一步地，通过调节电机71的转速，可控制试验台输出力的频率。
在此具体实施例中，如图8所示，所述激励组7的齿轮传动带动的第一偏心从动齿轮75的总质量比带传动带动的第二偏心从动齿轮79的质量大，因此在第二偏心从动齿轮79侧加了一个平衡质量块78，用于平衡重力，消除力矩，减小导杆23的侧压力。
在此具体实施例中，如图7所示，所述预载组8主要作用为为减振零件5施加预载，用于模拟减振零件5装车后的真实情况，预载组支撑板82，通过预载组支撑杆81固定设在所述第二质量组6上；预载质量块83，通过质量块锁紧螺栓84和质量块锁紧螺母85可增减地叠加设置在所述预载组支撑板82上。所述预载质量块83叠加放于预载组支撑板82上，由质量块锁紧螺杆84、锁紧螺母85将其固定于预载组支撑板82上，通过改变预载质量块83的数量和大小，可为减振零件5施加不同的预载。
在另一具体实施例中，如图8所示，一种可切换自由度的振动主动控制试验台，该实施例中，所述第二质量组6下方设置有固定台9，所述固定台9的两侧与所述导杆组2滑动配合，上端与所述减振零件组5固定连接，下端与所述底座1固定连接。本实施例将图1中的弹簧减振组3和第一质量组4替换为固定台9, 则该两自由度试验台变为单自由度试验台。
在此具体实施例中，如图9所示，所述固定台9的两侧通过八个固定台与轴承连接螺栓92、减振零件下工装安装孔91与对应的滑动轴承23固定连接，所述固定台9顶面居中设置有若干用于固定所述减振零件组5的安装孔；所述固定台9底部固定设置有若干平行的固定台T型卡条93，所述底座1上设置有与所述固定台T型卡条93相配合的T形卡槽，该固定台T型卡条93与底座1中的T形卡槽配合，将固定台9固定于底座1上。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，包括：
底座(1)；
导杆组(2)，竖直固定安装在所述底座(1)上；
第二质量组(6)，两侧与所述导杆组(2)滑动配合实现上下移动，中部与减振零件组(5)的上端固定连接；
激励组(7)，固定设置在所述第二质量组(6)上表面，用于提供不同振幅和频率的振动力；
预载组(8)，固定设置在所述第二质量组(6)上表面，用于可增减地向所述第二质量组(6)预载一定的质量块；
所述第二质量组(6)下方设置有第一质量组(4)和弹簧减振组(3)，所述第一质量组(4)位于第二质量组(6)下方，其两侧与所述导杆组(2)滑动配合实现上下移动，中部与所述减振零件组(5)的下端固定连接，所述弹簧减振组(3)固定设置在所述第一质量组(4)和底座(1)之间；
或者，
所述第二质量组(6)下方设置有固定台(9)，所述固定台(9)的两侧与所述导杆组(2)滑动配合，上端与所述减振零件组(5)固定连接，下端与所述底座(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述导杆组(2)包括：
若干滑动导杆(22)，下端通过导杆座(21)竖直设置在所述底座(1)上；
固定框(24)，固定设在所述若干滑动导杆(22)的顶端；
若干滑动轴承(23)，滑动配合的套设在各滑动导杆(22)上。
3.根据权利要求1所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述第二质量组(6)包括:
第二支撑板(61)，所述第二支撑板(61)的两侧设置有通过支撑板与滑动轴承连接螺栓(63)与对应的滑动轴承(23)固定连接的滑动轴承座安装孔(63)，所述第二支撑板(61)的中部设置有若干预载组安装孔(64)、电机座安装孔(66)、主动悬置上工装安装孔(67)。
4.根据权利要求1所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述激励组(7)包括：
电机(71)，所述电机(71)具有两电机输出轴(72)，并通过电机座(77)固定设置在所述第二质量组(6)上；
两对小主动齿轮(73)和大主动齿轮(74)，分别对称地固定设在在所述电机(71)的两电机输出轴(72)上；
两第一偏心从动齿轮(75)，通过转轴及两滚动轴承座(76)对称地设置在所述第二质量组(6)上并位于所述电机(71)一侧，分别与两大主动齿轮(74)相啮合；
两第二偏心从动齿轮(79)，通过转轴及两滚动轴承座(76)对称地设置在所述第二质量组(6)上并位于所述电机(71)另一侧，分别与两小主动齿轮(73)通过同步带驱动连接。
5.根据权利要求4所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述两第一偏心从动齿轮(75)与两大主动齿轮(74)的传动比为1:1，所述两第二偏心从动齿轮(79)与两小主动齿轮(73)之间的传动比为1:1。
6.根据权利要求4所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述第一偏心从动齿轮(75)和第二偏心从动齿轮(79)等间距分布于电机左右两侧，所述第一偏心从动齿轮(75)和第二偏心从动齿轮(79)的偏心质量相等，且偏心质量离齿轮中心距离相等。
7.根据权利要求4所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述第一偏心从动齿轮(75)的总质量大于所述第二偏心从动齿轮(79)的总质量，所述第二质量组(6)在所述第二偏心从动齿轮(79)一侧通过螺栓固定设置有用于平衡重力的平衡质量块(78)。
8.根据权利要求1所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述第一质量组(4)包括：
第一支撑板(41)，所述第一支撑板(41)的两侧设置有通过螺栓与对应的滑动轴承(23)固定连接的滑动轴承安装孔(44)，所述第一支撑板(41)的中部设置有若干减振零件下工装安装孔(42)、质量块组安装孔(43)；
质量块组，位于所述第一支撑板(41)下方，包括通过螺杆与所述质量块组安装孔(43)相连接的质量块吊板(46)、通过螺栓可增减地叠加设置在所述质量块吊板(46)上的若干质量块(45)；
所述弹簧减振组(3)包括若干均匀分布的弹簧(32)，所述弹簧(32)的上端通上套筒(31)与所述第一质量组(4)固定连接，下端设置有下套筒(33)，所述底座(1)上设置有平行的T形卡槽，所述T形卡槽内设置有相配合的T型卡条，所述下套筒(33)与所述T型卡条固定连接。
9.根据权利要求1所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述预载组(8)包括：
预载组支撑板(82)，通过预载组支撑杆(81)固定设在所述第二质量组(6)上；
预载质量块(83)，通过质量块锁紧螺栓(84)和质量块锁紧螺母(85)可增减地叠加设置在所述预载组支撑板(82)上。
10.根据权利要求1所述的可切换自由度的振动主动控制试验台，其特征在于，所述固定台(9)的两侧通过固定台与轴承连接螺栓(92)与对应的滑动轴承(23)固定连接，所述固定台(9)顶面居中设置有若干用于固定所述减振零件组(5)的安装孔；所述固定台(9)底部固定设置有若干平行的固定台T型卡条(93)，所述底座(1)上设置有与所述固定台T型卡条(93)相配合的T形卡槽。
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| WO2004005879A1 (en) * | 2002-07-03 | 2004-01-15 | Midwest Research Institute | Resonance test system |
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