CN112258926A - 一种多自由度振动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度振动平台，包括：上平台和下平台；驱动连杆，所述驱动连杆的一端与所述上平台相连接；动力输出机构，所述动力输出机构的固定端安装于所述下平台，其动力输出端与所述驱动连杆的另一端传动连接，以驱动所述驱动连杆带动所述上平台在三维坐标系内运动。在工作过程中，驱动连杆通过动力输出机构的驱动运动，从而带动下平台在上下、前后、左右等各个维度上实现位置调整，以便更精准地对振动场景进行复现，从而使得通过振动趋势、振动水平和振动方向精确地复制创建真实的振动飞行场景成为可能，以提高飞行模拟的振动仿真性。

Description

一种多自由度振动平台

技术领域

本发明属于仿真平台技术领域，尤其涉及一种多自由度振动平台。

背景技术

目前，应用于振动仿真领域的振动设备主要有三大类，其中一类是以电磁驱动的试验设备，该种设备以单向运动为主，承载能力大都在0到500kg左右，振动频率段较宽，主要以满足科研试验研究为目的；另一类是采用伺服液压结构设计原理，承载能力强，可实现高频振动，主要用于汽车整车开发试验，大型设备研发的振动试验等一些高可靠性的产品测试设备；还有一类是自动化设备如自动上料机械，大多是恒定的工作频率。

但是，在飞行模拟领域，上述现有的振动设备由于采用的是单自由度振动，只能够实现单一方向上的振动，均无法实现各飞行状态下振动环境的模拟复现，无法通过振动趋势、振动水平和振动方向精确地复制创建真实的振动飞行场景，导致飞行模拟的振动仿真性较差。

发明内容

针对上述现有技术存在只能实现单一方向上的振动的问题，本发明提供一种多自由度振动平台，通过动力输出机构带动驱动连杆，实现振动平台多自由度振动；从而更好模拟实际的飞行振动场景。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种多自由度振动平台，包括：

上平台和下平台；

驱动连杆，所述驱动连杆的一端与所述上平台相连接；

动力输出机构，所述动力输出机构的固定端安装于所述下平台，其动力输出端与所述驱动连杆的另一端传动连接，以驱动所述驱动连杆带动所述上平台在三维坐标系内运动。

进一步地，所述动力输出机构为三组，各组所述动力输出机构在所述下平台上呈三角形分布，且每组所述动力输出机构分别与两组所述驱动连杆传动连接。

进一步地，所述动力输出机构包括：

电机，所述电机安装于所述下平台；

扭力管，所述扭力管的两端部分别与两所述驱动连杆一一对应地相连接，所述扭力管的筒身通过曲柄连杆组件与所述电机的输出轴传动连接；

轴承座，所述轴承座固接于所述下平台，且所述扭力管两端的伸出轴分别通过轴承座安装于所述下平台。

进一步地，所述曲柄连杆组件包括：

第一曲柄连杆，所述第一曲柄连杆的一端与所述电机的输出轴传动连接；

第二曲柄连杆，所述第二曲柄连杆的一端与所述第一曲柄连杆的另一端相连接，所述第二曲柄连杆的另一端可转动地安装有曲柄连接轴；

第一摇臂，所述第一摇臂安装于所述扭力管的筒身上，且所述第一摇臂与所述曲柄连接轴相连接。

进一步地，还包括连接支架，所述连接支架与所述上平台固定连接，所述驱动连杆的一端与所述连接支架相连接，所述驱动连杆的另一端通过驱动连接轴与所述扭力管端部的第二摇臂相连接。

进一步地，所述驱动连杆与所述连接支架之间、所述驱动连杆与所述驱动连接轴之间、所述第二曲柄连杆与所述曲柄连接轴之间均通过调心轴承相连接。

进一步地，所述轴承座包括轴承支架、轴承盖、轴承和油封。

进一步地，所述第一摇臂位于两组所述第二摇臂的中间位置。

进一步地，还包括支撑柱，所述支撑柱的底端固接于所述下平台，其顶部支撑所述上平台。

进一步地，所述支撑柱包括支撑柱体、支撑托盘和橡胶垫，所述支撑柱体的底端与所述下平台固定连接，所述支撑柱体的顶端通过所述支撑托盘安装有橡胶垫，所述橡胶垫抵靠并支撑所述上平台。

本发明所提供的多自由度振动平台包括上平台、下平台、驱动连杆和动力输出机构；其中，所述驱动连杆的一端与所述上平台相连接，所述动力输出机构的固定端安装于所述下平台，其动力输出端与所述驱动连杆的另一端传动连接，以驱动所述驱动连杆带动所述上平台在三维坐标系内运动。在工作过程中，驱动连杆通过动力输出机构的驱动运动，从而带动上平台在上下、前后、左右等各个维度上实现位置调整，以便更精准地对振动场景进行复现，从而使得通过振动趋势、振动水平和振动方向精确地复制创建真实的振动飞行场景成为可能，以提高飞行模拟的振动仿真性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多自由度振动平台一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示多自由度振动平台中支撑柱的结构示意图；

图3为图1所示多自由度振动平台的俯视图；

图4为图1所示多自由度振动平台中动力输出机构的结构示意图；

图5为图4所示动力输出机构中扭力管的结构示意图；

图6为图4所示动力输出机构在另一方向的示意图；

图7为图4所示动力输出机构中轴承座的结构示意图；

图8为图1所示多自由度振动平台中驱动连杆一种具体实施方式的结构示意图；

图9为图8所示驱动连杆在另一方向的示意图；

图10为图1所示多自由度振动平台的局部安装结构示意图。

附图标记说明：

1-上平台 2-下平台 3-驱动连杆 4-电机 5-扭力管 6-轴承座

7-伸出轴 8-第一曲柄连杆 9-第二曲柄连杆 10-曲柄连接轴

12-连接支架 13-驱动连接轴 14-调心轴承 15-轴承支架

16-轴承盖 17-轴承 18-油封 19-第一摇臂 20-第二摇臂 21-支撑柱

22-支撑柱体 23-支撑托盘 24-橡胶垫 25-支架 26-锁紧螺栓

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明提供的多自由度振动平台一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的多自由度振动平台具体可以为三自由度平台或六自由度平台，该具体实施方式以三自由度平台为例。如图1所示，该多自由度振动平台包括上平台1和下平台2，其中，上平台1为动平台部分，其主要是模拟振动的执行输出，下平台2主要为上平台1提供支撑基础和动力的传递，上平台1还用于与外部模拟设备机械接口对接，以便将产生的振动参数，如振幅、振频、振动方向等的数据和变化趋势进行采集和传输，以便为模拟仿真模型的建立提供数据支持。

除了上述上平台1和下平台2，该多自由度振动平台还包括驱动连杆3和动力输出机构，所述驱动连杆3的一端与所述上平台1相连接，所述动力输出机构的固定端安装于所述下平台2，其动力输出端与所述驱动连杆3的另一端传动连接，以驱动所述驱动连杆3带动所述上平台1在三维坐标系内运动，应当理解的是，该三维坐标系即为常规的空间立体坐标系。例如，通过动力输出机构可以向驱动连杆3在三维坐标系内任意方向输出驱动力，例如通过多个不同方向的动力调整部件(例如，下文中扭力管、曲柄连杆、摇臂、以及部件之间的连接部件等)，分别根据实际需求，向驱动连杆3施加期望大小、方向的驱动力；从而通过动力输出机构带动驱动连杆，实现振动平台多自由度振动；从而更好模拟实际的飞行振动场景。

为了保证支撑能力，提高支撑稳定性，如图2所示，该平台还包括支撑柱21，所述支撑柱21的底端固接于所述下平台2，其顶部支撑所述上平台1，所述支撑柱21包括支撑柱体22、支撑托盘23和橡胶垫24，所述支撑柱体22的底端与所述下平台2固定连接，所述支撑柱体22的顶端通过所述支撑托盘23安装有橡胶垫24，所述橡胶垫24抵靠并支撑所述上平台1，通过橡胶垫24与上平台1接触，以实现与上平台1之间的柔性接触，避免发生刚性碰撞，从而保证上平台1的使用寿命。

支撑柱21可以是弹簧阻尼杆，顶端支撑托盘23可以是圆球型支撑的结构或者是可以调节方向的托盘结构。

具体地，如图3所示，上述动力输出机构为三组，各组所述动力输出机构在所述下平台2上呈三角形分布，且每组所述动力输出机构分别与两组所述驱动连杆3传动连接。此时，支撑柱21有六组，支撑柱21固定在下平台2上，平台在停机状态下，平台负载全部由六根支撑柱21承受，从而避免了动力输出机构的持续工作时间，以降低能耗和设备磨损。

动力输出机构为带动驱动连杆3运动，进而驱动上平台1在一定范围内运动的机构，其具体可以利用电机4提供动力，也可以选择例如伸缩缸等部件提供动力。在该具体实施方式中，如图4-图7所示，本发明所提供的动力输出机构包括电机4、扭力管5和轴承座6，所述电机4安装于所述下平台2，所述扭力管5的两端部分别与两所述驱动连杆3一一对应地相连接，所述扭力管5的筒身通过曲柄连杆组件与所述电机4的输出轴传动连接，所述轴承座6固接于所述下平台2，且所述扭力管5两端的伸出轴7分别通过轴承座6安装于所述下平台2。在工作过程中，电机4转动驱动与之传动连接的扭力管5转动，进而带动驱动连杆3运动，从而使得上平台1随着驱动连杆3运动。采用电机4、扭力杆与驱动连杆3配合的方式实现动力输出，使得振动的大小和方向较为可控，且相比于伸缩缸的形式精度更高，更加适用于飞行器的仿真模拟中。

如图7所示，轴承座6固定在下平台2上，上述轴承座6包括轴承支架15、轴承盖16、轴承17和油封18等。

上述曲柄连杆组件包括第一曲柄连杆8、第二曲柄连杆9和第一摇臂19，所述第一曲柄连杆8的一端与所述电机4的输出轴传动连接，所述第二曲柄连杆9的一端与所述第一曲柄连杆8的另一端相连接，所述第二曲柄连杆9的另一端可转动地安装有曲柄连接轴10，所述第一摇臂19安装于所述扭力管5的筒身上，且所述第一摇臂19与所述曲柄连接轴10相连接。

在实际使用过程中，由于扭力管5的两端为动力输出端(与驱动连杆3连接)，扭力管5的筒身与第一摇臂19连接处为动力输入端，为了保证两端动力输出的均匀性，第一摇臂19位于两组所述第二摇臂20的中间位置，两组第二摇臂20分别与一组驱动连杆3对应连接。

扭力管5形式可以为多种，比如两端的伸出轴7不外露，而是安装在扭力管5外径边缘，或者扭力管5两端的伸出轴7偏离中心轴线位置，再或者采用一主轴上安装三个摇臂的设计方式等。

也就是说，曲柄连杆组件和电机4及支架25组成动力输出装置，为三自由度振动平台提供动力。如图4，电机4与支架25安装在一起，支架25安装在下平台2上，电机4轴连接第一曲柄连杆8，第二曲柄连杆9与第一曲柄连杆8相连，第二曲柄连杆9远离第一曲柄连杆8的一端装有调心轴承14，为了便于区分，该调心轴承14命名为第三调心轴承，第三调心轴承安装曲柄连接轴10，锁紧螺栓26调节该第三调心轴承的间隙。

进一步地，为了提高驱动连杆3与上平台1之间的连接可靠性和便利性，如图10所示，该平台还包括连接支架12，所述连接支架12与所述上平台1固定连接，所述驱动连杆3的一端与所述连接支架12相连接，所述驱动连杆3的另一端通过驱动连接轴13与所述扭力管5端部的第二摇臂20相连接。

所述驱动连杆3与所述连接支架12之间、所述驱动连杆3与所述驱动连接轴13之间、所述第二曲柄连杆9与所述曲柄连接轴10之间均通过调心轴承14相连接。理论上来讲，所述驱动连杆3与所述连接支架12之间、所述驱动连杆3与所述驱动连接轴13之间、所述第二曲柄连杆9与所述曲柄连接轴10之间的调心轴承14也可以用干端轴承替代。

具体地，如图8所示，连接支架12与上平台1通过螺栓连接固定，驱动连杆3上装有调心轴承14，为了便于区分，该处的调心轴承14命名为第一调心轴承，该第一调心轴承与驱动连接轴13安装在一起，驱动连杆3上的锁紧螺栓26调节该第一调心轴承的间隙。

如图9所示，上述连接支架12与驱动连杆3之间也是通过调心轴承14与支架连接轴安装在一起的，为了便于区分，该处的调心轴承14为第二调心轴承。

进一步地，为了提高平台的承载能力，还可以在上、下平台2之间设置柔性弹性支撑结构，如弹簧、空气弹簧等，通过这些弹性支撑结构来分担部分工作载荷，以提升平台承载能力，增强结构自身的稳定性。

上述上平台1与驱动连杆3可以采用铰接、一体成型加工、螺栓连接等结构形式实现固定连接。驱动连杆3的长度、连接支架12的安装节圆半径、下平台2的扭力管5的安装节圆半径等参数可根据负载、重心位置和安装空间等具体要求调整，在此不做赘述。

在上述具体实施方式中，本发明所提供的多自由度振动平台包括上平台1、下平台2、驱动连杆3和动力输出机构；其中，所述驱动连杆3的一端与所述上平台1相连接，所述动力输出机构的固定端安装于所述下平台2，其动力输出端与所述驱动连杆3的另一端传动连接，以驱动所述驱动连杆3带动所述上平台1在三维坐标系内运动。在工作过程中，驱动连杆3通过动力输出机构的驱动运动，从而带动上平台1在上下、前后、左右等各个维度上实现位置调整，以便更精准地对振动场景进行复现，从而使得通过振动趋势、振动水平和振动方向精确地复制创建真实的振动飞行场景成为可能，以提高飞行模拟的振动仿真性。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度振动平台，其特征在于，包括：

上平台和下平台；

驱动连杆，所述驱动连杆的一端与所述上平台相连接；

动力输出机构，所述动力输出机构的固定端安装于所述下平台，其动力输出端与所述驱动连杆的另一端传动连接，以驱动所述驱动连杆带动所述上平台在三维坐标系内运动。

2.根据权利要求1所述的多自由度振动平台，其特征在于，所述动力输出机构为三组，各组所述动力输出机构在所述下平台上呈三角形分布，且每组所述动力输出机构分别与两组所述驱动连杆传动连接。

3.根据权利要求2所述的多自由度振动平台，其特征在于，所述动力输出机构包括：

电机，所述电机安装于所述下平台；

扭力管，所述扭力管的两端部分别与两组所述驱动连杆一一对应地相连接，所述扭力管的筒身通过曲柄连杆组件与所述电机的输出轴传动连接；

轴承座，所述轴承座固接于所述下平台，且所述扭力管两端的伸出轴分别通过轴承座安装于所述下平台。

4.根据权利要求3所述的多自由度振动平台，其特征在于，所述曲柄连杆组件包括：

第一曲柄连杆，所述第一曲柄连杆的一端与所述电机的输出轴传动连接；

第二曲柄连杆，所述第二曲柄连杆的一端与所述第一曲柄连杆的另一端相连接，所述第二曲柄连杆的另一端可转动地安装有曲柄连接轴；

第一摇臂，所述第一摇臂安装于所述扭力管的筒身上，且所述第一摇臂与所述曲柄连接轴相连接。

5.根据权利要求4所述的多自由度振动平台，其特征在于，还包括连接支架，所述连接支架与所述上平台固定连接，所述驱动连杆的一端与所述连接支架相连接，所述驱动连杆的另一端通过驱动连接轴与所述扭力管端部的第二摇臂相连接。

6.根据权利要求5所述的多自由度振动平台，其特征在于，所述驱动连杆与所述连接支架之间、所述驱动连杆与所述驱动连接轴之间、所述第二曲柄连杆与所述曲柄连接轴之间均通过调心轴承相连接。

7.根据权利要求3所述的多自由度振动平台，其特征在于，所述轴承座包括轴承支架、轴承盖、轴承和油封。

8.根据权利要求5所述的多自由度振动平台，其特征在于，所述第一摇臂位于两组所述第二摇臂的中间位置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的多自由度振动平台，其特征在于，还包括支撑柱，所述支撑柱的底端固接于所述下平台，其顶部支撑所述上平台。

10.根据权利要求9所述的多自由度振动平台，其特征在于，所述支撑柱包括支撑柱体、支撑托盘和橡胶垫，所述支撑柱体的底端与所述下平台固定连接，所述支撑柱体的顶端通过所述支撑托盘安装有橡胶垫，所述橡胶垫抵靠并支撑所述上平台。

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