CN111693240A - 实现空间同频二维扰动的扭摆台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了实现空间同频二维扰动的扭摆台，解决现有二维摇摆台结构较复杂，两个旋转维度较难实现同频扰动的问题。该扭摆台包括基座、轴系转子、扭动卷簧、旋转静工作台、叠放在旋转静工作台上的旋转动工作台和固定在旋转动工作台上的两轴测速机构；轴系转子下部转动设在基座内，上部与旋转静工作台中部固连；扭动卷簧套装在轴系转子上，且两端部分别与轴系转子、基座固连；旋转动工作台与旋转静工作台之间设有一个铰链Ⅰ和至少一组角度调节组件，实现旋转动工作台与旋转静工作台之间的倾角调节；旋转动工作台用于安装被测试件；两轴测速机构用于测量惯性空间其敏感方向的旋转速度，旋转速度包括绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y。

Description

实现空间同频二维扰动的扭摆台

技术领域

本发明涉及一种二维扭摆台，具体涉及实现空间同频二维扰动的扭摆台。

背景技术

振动摇摆台是一种能够再现被测试件所处振动环境的设备，用来研究被测试件在不同振动环境下的可靠性和稳定性。

随着舰载、机载或星载技术的飞速发展，对舰载、机载或星载光电平台的需求越来越广泛，舰载、机载或星载光电平台，在研制后期调试中，其需要放置在摇摆台上，以用来模拟实际工作环境中，舰船、飞机、卫星所带来的姿态扰动问题。

现有的二维摇摆台可实现两个旋转维度方向的运动模拟，但其每个旋转维度都需要一套机电驱动机构，使得二维摇摆台整体结构较复杂；另外因每个维度(每个轴)的驱动源不同，两个旋转维度较难实现同频扰动。

发明内容

为了解决现有二维摇摆台每个旋转维度均需要驱动机构，使得摇摆台整体结构较复杂，以及两个旋转维度较难实现同频扰动的技术问题，本发明提供了一种实现空间同频二维扰动的扭摆台。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特殊之处在于：包括基座、轴系转子、扭动卷簧、旋转静工作台、旋转动工作台和两轴测速机构；

所述轴系转子的下部转动设置在基座内，上部与旋转静工作台中部固连；

所述扭动卷簧套装在轴系转子上，且两端部分别与轴系转子、基座固连；

所述旋转动工作台叠放在旋转静工作台上，旋转动工作台与旋转静工作台之间设置有一个铰链Ⅰ和至少一组角度调节组件，实现旋转动工作台与旋转静工作台之间的倾角调节；所述旋转动工作台用于安装被测试件；

所述两轴测速机构固定在旋转动工作台上；

所述两轴测速机构用于测量惯性空间其敏感方向的旋转速度，所述旋转速度包括绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y；

所述X轴位于旋转动工作台所在平面上且与铰链Ⅰ的转轴轴线垂直，Y轴与旋转动工作台所在平面垂直。

进一步地，所述角度调节组件包括调节支撑杆和锁紧螺杆；

所述旋转动工作台上设有供调节支撑杆穿过的通孔；

所述调节支撑杆上设有腰型孔，其下端部通过铰链Ⅱ与旋转静工作台铰接，上端穿过旋转动工作台上的通孔；

所述锁紧螺杆的一端固定在旋转动工作台上，另一端穿过所述腰型孔后通过螺母锁紧固定，且锁紧螺杆可在腰型孔内移动。

进一步地，所述扭动卷簧上设有一个紧固螺钉，通过改变紧固螺钉在扭动卷簧上的位置，实现改变扭动卷簧参与旋转的作动圈数，进而改变轴系转子的旋转刚度K_θ，轴系转子的自由扭转频率f与旋转刚度K_θ满足以下公式：

式中，m为旋转惯量。

进一步地，还包括倾角仪，用于实时测量旋转动工作台和旋转静工作台之间的夹角θ；

所述旋转速度ω_x和旋转速度ω_y通过以下公式计算：

ω_x＝ω·sinθ

ω_y＝ω·cosθ；

式中，ω为轴系转子的输入角速度。

进一步地，所述扭动卷簧的内端部与轴系转子固连，外端部与基座固连。

进一步地，所述两轴测速机构与铰链Ⅰ对称布置在旋转动工作台上；

所述两轴测速机构为两轴测速陀螺。

本发明还提供了另外一种实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特殊之处在于：包括基座、驱动电机、轴系转子、旋转静工作台、旋转动工作台和两轴测速机构；

所述驱动电机设置在基座内；

所述轴系转子的下部与驱动电机的输出同轴连接，其上部与基座上方的旋转静工作台中部固连；

所述旋转动工作台叠放在旋转静工作台上，旋转动工作台与旋转静工作台之间设置有一个铰链Ⅰ和至少一组角度调节组件，实现旋转动工作台与旋转静工作台之间的倾角调节；所述旋转动工作台用于安装被测试件；

所述两轴测速机构固定在旋转动工作台上；

所述两轴测速机构用于测量惯性空间其敏感方向的旋转速度，所述旋转速度包括绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y；

所述X轴位于旋转动工作台所在平面上且与铰链Ⅰ的转轴轴线垂直，Y轴与旋转动工作台所在平面垂直。

进一步地，所述角度调节组件包括调节支撑杆和锁紧螺杆；

所述旋转动工作台上设有供调节支撑杆穿过的通孔；

所述调节支撑杆上设有腰型孔，其下端部通过铰链Ⅱ与旋转静工作台铰接，上端穿过旋转动工作台上的通孔；

所述锁紧螺杆的一端固定在旋转动工作台上，另一端穿过所述腰型孔后通过螺母锁紧固定，且锁紧螺杆可在腰型孔内移动。

进一步地，还包括倾角仪，用于实时测量旋转动工作台和旋转静工作台之间的夹角θ；

所述旋转速度ω_x和旋转速度ω_y通过以下公式计算：

ω_x＝ω·sinθ

ω_y＝ω·cosθ；

式中，ω为轴系转子的输入角速度。

进一步地，所述两轴测速机构与铰链Ⅰ对称布置在旋转动工作台上；

所述两轴测速机构为两轴测速陀螺；

所述基座上设有轴系定子座，轴系转子的下部通过背对背角接触球轴承轴承安装在定子座内。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明扭摆台通过将旋转动工作台倾斜设置，实现空间轴系转子输出转速的再分配，分配为绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y，两轴测速机构测量旋转速度ω_x和旋转速度ω_y，直接监测输出转速的二维(X轴、Y轴)干扰源，为被测试件(光电平台)测试时，提供高质量的干扰模拟源。该扭摆台通过单轴驱动输出，分配出完全同频率下不同转速的二轴转动，实现单轴输入的两轴同频率扰动输出。

2、本发明扭摆台通过一个驱动电机驱动轴系转子摆动，使得轴系转子输入角速度为恒定的，分配出完全同频率下ω_x和ω_y，由于驱动电机输出为恒定值，则分配出的ω_x和ω_y均为恒定值，则在驱动电机驱动下，可实现二维完全同频恒转速的扰动。

3、本发明扭摆台可通过扭动卷簧套装在轴系转子上，扭动卷簧内端部与轴系转子固连，外端部与基座固连，通过转动旋转动工作台，给旋转动工作台一个初始旋转速度，由于扭动卷簧的作用，实现变频自由扭动的输出，为高精密光电转台提供简易的、高质量多维干扰源模拟输出。

4、本发明扭摆台仅需要一个电机输出干扰源，或者不用电机仅通过人为转动旋转动工作台扭动卷簧实现输出变频干扰源，扭摆台结构简单；通过两轴测速机构测量监测干扰源，可靠性高。

5、本发明在扭动卷簧上安装一个紧固螺钉，通过改变卷簧夹紧位置，改变卷簧参与作动的圈数，从而改变了轴系转子的扭转刚度，实现了轴系转子自由扭振频率的变化。

附图说明

图1为本发明实现空间同频二维扰动的扭摆台实施例一的结构示意图；

图2为本发明实现空间同频二维扰动的扭摆台实施例一中扭动卷簧结构示意图；

图3为本发明实现空间同频二维扰动的扭摆台实施例二的主视图；

图4为本发明实现空间同频二维扰动的扭摆台实施例二的左视图(基座、轴系定子座、轴系转子进行半剖)；

其中，附图标记如下：

1-基座，2-轴系定子座，3-旋转动工作台，4-两轴测速机构，5-调节支撑杆，6-锁紧螺杆，7-铰链Ⅰ，8-铰接Ⅱ，9-旋转静工作台，10-轴系转子，11-扭动卷簧，12-背对背角接触球轴承，13-驱动电机，14-被测试件，15-紧固螺钉，16-定子端。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

实施例一

如图1所示，一种实现空间同频二维扰动的扭摆台，包括基座1、轴系转子10、扭动卷簧11、旋转静工作台9、旋转动工作台3和两轴测速机构4。

轴系转子10的下部转动设置在基座1内，上部与旋转静工作台9中部固连；扭动卷簧11套装在轴系转子10上，且扭动卷簧11的上部内端与轴系转子10固连，下部外端(即定子端16)与基座1固连；旋转动工作台3叠放在旋转静工作台9上，旋转动工作台3与旋转静工作台9之间设置有一个精密铰链Ⅰ7和至少一组角度调节组件，实现旋转动工作台3与旋转静工作台9之间的倾角调节；图1中，位置A为旋转动工作台3叠放在旋转静工作台9上的位置，位置B为本实施例扭摆台通过角度调节组件调节旋转动工作台3倾斜设置后的位置，旋转动工作台3与旋转静工作台9之间形成夹角，角度调节组件包括调节支撑杆5和锁紧螺杆6；旋转动工作台3上设有供调节支撑杆5穿过的通孔；调节支撑杆5上设有腰型孔，其下端部通过精密铰链Ⅱ8与旋转静工作台9铰接，上端穿过旋转动工作台3上的通孔；锁紧螺杆6的一端固定在旋转动工作台3上，另一端穿过腰型孔后通过螺母锁紧固定，且锁紧螺杆6可在腰型孔内移动，通过改变调节锁紧螺杆6与调节支撑杆5上腰型孔的配合位置，进而改变旋转静工作台9和旋转动工作台3之间的夹角。

旋转动工作台3用于安装被测试件14；两轴测速机构4固定在旋转动工作台3上，且与精密铰链Ⅰ7对称布置，两轴测速机构4用于测量惯性空间其敏感方向的旋转速度，即绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y，两轴测速机构4可为两轴测速陀螺；其中，X轴位于旋转动工作台3所在平面上且与铰链Ⅰ7的转轴轴线垂直并过轴系转子中心线，Y轴与旋转动工作台3所在平面垂直并过轴系转子中心线；

如图2所示，本实施例在扭动卷簧11上还可安装一个紧固螺钉15，通过改变紧固螺钉15在扭动卷簧11上的夹紧位置及其旋转深度，实现改变扭动卷簧11参与旋转的作动圈数，进而改变轴系转子10的旋转刚度K_θ，实现轴系转子10自由扭振频率f的变化，同时提供空间完全相同频率的二维扰动源，轴系转子10的自由扭转频率f与紧固螺钉的位置满足以下公式：

式中，m为旋转惯量。

本实施例扭摆台还包括倾角仪，用于实时测量旋转动工作台3和旋转静工作台9之间的夹角θ；旋转速度ω_x和旋转速度ω_y通过以下公式计算：

ω_x＝ω·sinθ

ω_y＝ω·cosθ；

式中，ω为轴系转子10的输入角速度；

由上式可以看出，当θ＝0°时，图1中位置A，此时ω_x＝0，ω_y＝ω，相当于普通的单轴输入、输出摇摆台；当θ≠0°时，图1中位置B，即本申请的倾斜设置，此时相当于单轴输入、两轴输出。

本实施例扭摆台通过人为转动旋转动工作台3，扭动卷簧11被压缩，松开旋转动工作台3后，扭动卷簧11实现输出变频干扰源，由于动旋转动工作台3与旋转静工作台9之间存在夹角，从而使得单轴自由度转变为旋转动工作台3的X、Y空间两轴转动，实现空间二轴转速可再分配，通过改变卷簧装夹位置，实现轴系无电机驱动下的自由扭振频率的变化，同时提供空间同频二维扰动源，两轴测速机构4直接监测终端二维干扰源，为光电平台调试式时，提供高质量的干扰模拟源；该扭摆台具有机构简单、可靠性高、通过单轴驱动能输出、再分配出完全同频率下的不同转速的二轴转动，亦可在不用电机主动驱动的情况下，实现变频自由扭动的输出，为高精密光电转台提供简易的、高质量多维干扰源模拟输出。

实施例二

如图3和图4所示，一种实现空间同频二维扰动的扭摆台，包括基座1、轴系定子座2、驱动电机13、轴系转子10、旋转静工作台9、旋转动工作台3和两轴测速机构4。

轴系定子座2设置在基座1上，驱动电机13设置在基座1内；

轴系转子10的下部穿设在轴系定子座2内，且下端部与驱动电机13的输出轴同轴连接，其上部与轴系定子座2上方的旋转静工作台9中部固连；所述基座1上设有轴系定子座2，轴系转子的下部通过背对背角接触球轴承12轴承安装在定子座内，驱动电机13用于驱动轴系转子10绕其自身轴线摆动，驱动电机13为直驱力矩电机或减速机构一体化直流伺服电机等；旋转动工作台3叠放在旋转静工作台9上，旋转动工作台3与旋转静工作台9之间设置有一个精密铰链Ⅰ7和至少一组角度调节组件，实现旋转动工作台3与旋转静工作台9之间的倾角调节；图2中，位置A为旋转动工作台3叠放在旋转静工作台9上的位置，位置B为角度调节组件调节旋转动工作台3倾斜设置后的位置，旋转动工作台3与旋转静工作台9之间形成夹角，角度调节组件包括调节支撑杆5和锁紧螺杆6；旋转动工作台3上设有供调节支撑杆5穿过的通孔；调节支撑杆5上设有腰型孔，其下端部通过精密铰链Ⅱ8与旋转静工作台9为铰接，上端穿过旋转动工作台3上的通孔；锁紧螺杆6的一端固定在旋转动工作台3上，另一端穿过腰型孔后通过螺母锁紧固定，且锁紧螺杆6可在腰型孔内移动，通过改变调节锁紧螺杆6与调节支撑杆5上腰型孔的配合位置，进而改变旋转静工作台9和旋转动工作台3之间的夹角。

旋转动工作台3用于安装被测试件14；两轴测速机构4固定在旋转动工作台3上，且与精密铰链Ⅰ7对称布置，两轴测速机构4用于测量惯性空间其敏感方向的旋转速度，即绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y，两轴测速机构4可为两轴测速陀螺；其中，X轴位于旋转动工作台3所在平面上且与铰链Ⅰ7的转轴轴线垂直，Y轴与旋转动工作台3所在平面垂直；

本实施例扭摆台还包括倾角仪，用于实时测量旋转动工作台3和旋转静工作台9之间的夹角θ；

旋转速度ω_x和旋转速度ω_y通过以下公式计算：

ω_x＝ω·sinθ

ω_y＝ω·cosθ；

式中，ω为轴系转子10的输入角速度。

由上式可以看出，当θ＝0°时，此时ω_x＝0，ω_y＝ω，相当于普通的单轴输入、输出摇摆台；当θ≠0°时，即本申请的倾斜设置，此时相当于单轴输入、两轴输出。

本实施例扭摆台通过驱动电机13驱动轴系转子10旋转，形成空间单自由度旋转，其通过伺服控制，可输出特定位移幅值往复曲线，由于动旋转动工作台3与旋转静工作台9之间存在夹角，从而使得单轴自由度转变为旋转动工作台3的X、Y空间两轴转动，实现空间二轴转速可再分配，两轴测速机构4直接监测终端二维干扰源，为光电平台调试式时，提供高质量的干扰模拟源；该扭摆台具有机构简单、可靠性高、通过单轴驱动能输出、再分配出完全同频率下的不同转速的二轴转动。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：包括基座(1)、轴系转子(10)、扭动卷簧(11)、旋转静工作台(9)、旋转动工作台(3)和两轴测速机构(4)；

所述轴系转子(10)的下部转动设置在基座(1)内，上部与旋转静工作台(9)中部固连；

所述扭动卷簧(11)套装在轴系转子(10)上，且两端部分别与轴系转子(10)、基座(1)固连；

所述旋转动工作台(3)叠放在旋转静工作台(9)上，旋转动工作台(3)与旋转静工作台(9)之间设置有一个铰链Ⅰ(7)和至少一组角度调节组件，实现旋转动工作台(3)与旋转静工作台(9)之间的倾角调节；所述旋转动工作台(3)用于安装被测试件(14)；

所述两轴测速机构(4)固定在旋转动工作台(3)上；

所述两轴测速机构(4)用于测量惯性空间其敏感方向的旋转速度，所述旋转速度包括绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y；

所述X轴位于旋转动工作台(3)所在平面上且与铰链Ⅰ(7)的转轴轴线垂直，Y轴与旋转动工作台(3)所在平面垂直。

2.根据权利要求1所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：所述角度调节组件包括调节支撑杆(5)和锁紧螺杆(6)；

所述旋转动工作台(3)上设有供调节支撑杆(5)穿过的通孔；

所述调节支撑杆(5)上设有腰型孔，其下端部通过铰链Ⅱ(8)与旋转静工作台(9)铰接，上端穿过旋转动工作台(3)上的通孔；

所述锁紧螺杆(6)的一端固定在旋转动工作台(3)上，另一端穿过所述腰型孔后通过螺母锁紧固定，且锁紧螺杆(6)可在腰型孔内移动。

3.根据权利要求1或2所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：所述扭动卷簧(11)上设有一个紧固螺钉(15)，通过改变紧固螺钉(15)在扭动卷簧(11)上的位置，实现改变扭动卷簧(11)参与旋转的作动圈数，进而改变轴系转子(10)的旋转刚度K_θ，轴系转子(10)的自由扭转频率f与旋转刚度K_θ满足以下公式：

式中，m为旋转惯量。

4.根据权利要求3所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：还包括倾角仪，用于实时测量旋转动工作台(3)和旋转静工作台(9)之间的夹角θ；

所述旋转速度ω_x和旋转速度ω_y通过以下公式计算：

ω_x＝ω·sinθ

ω_y＝ω·cosθ；

式中，ω为轴系转子(10)的输入角速度。

5.根据权利要求1所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：所述扭动卷簧(11)的内端部与轴系转子(10)固连，外端部与基座(1)固连。

6.根据权利要求1所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：所述两轴测速机构(4)与铰链Ⅰ(7)对称布置在旋转动工作台(3)上；

所述两轴测速机构(4)为两轴测速陀螺。

7.一种实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：包括基座(1)、驱动电机(13)、轴系转子(10)、旋转静工作台(9)、旋转动工作台(3)和两轴测速机构(4)；

所述驱动电机(13)设置在基座(1)内；

所述轴系转子(10)的下部与驱动电机(13)的输出同轴连接，其上部与基座(1)上方的旋转静工作台(9)中部固连；

所述旋转动工作台(3)叠放在旋转静工作台(9)上，旋转动工作台(3)与旋转静工作台(9)之间设置有一个铰链Ⅰ(7)和至少一组角度调节组件，实现旋转动工作台(3)与旋转静工作台(9)之间的倾角调节；所述旋转动工作台(3)用于安装被测试件(14)；

所述两轴测速机构(4)固定在旋转动工作台(3)上；

所述两轴测速机构(4)用于测量惯性空间其敏感方向的旋转速度，所述旋转速度包括绕X轴的旋转速度ω_x和绕Y轴的旋转速度ω_y；

所述X轴位于旋转动工作台(3)所在平面上且与铰链Ⅰ(7)的转轴轴线垂直，Y轴与旋转动工作台(3)所在平面垂直。

8.根据权利要求7所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：所述角度调节组件包括调节支撑杆(5)和锁紧螺杆(6)；

所述旋转动工作台(3)上设有供调节支撑杆(5)穿过的通孔；

所述调节支撑杆(5)上设有腰型孔，其下端部通过铰链Ⅱ(8)与旋转静工作台(9)铰接，上端穿过旋转动工作台(3)上的通孔；

所述锁紧螺杆(6)的一端固定在旋转动工作台(3)上，另一端穿过所述腰型孔后通过螺母锁紧固定，且锁紧螺杆(6)可在腰型孔内移动。

9.根据权利要求8所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：还包括倾角仪，用于实时测量旋转动工作台(3)和旋转静工作台(9)之间的夹角θ；

所述旋转速度ω_x和旋转速度ω_y通过以下公式计算：

ω_x＝ω·sinθ

ω_y＝ω·cosθ；

式中，ω为轴系转子(10)的输入角速度。

10.根据权利要求9所述实现空间同频二维扰动的扭摆台，其特征在于：所述两轴测速机构(4)与铰链Ⅰ(7)对称布置在旋转动工作台(3)上；

所述两轴测速机构(4)为两轴测速陀螺；

所述基座(1)上设有轴系定子座(2)，轴系转子(10)的下部通过背对背角接触球轴承(12)轴承安装在轴系定子座(2)内。

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