CN112697372B - 一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位移曲线的力控三自由度运动模拟装置，包括：装配平台，安装在装配平台上的运动单元、水平弹簧组、驱动单元、阻尼器和光栅尺。本发明的装置，采用主动力控制方式，相比传统的运动和振动模拟实验台，能够模拟规定的运动曲线，振动幅度与振动频率可控，能够实现沿X轴方向上的精确运动模拟及测量，沿Z轴和绕Y轴方向上的自由振动，装置运动模拟精度高，同时具有一定柔性，且通用性强。

Description

一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置

技术领域

本发明属于运动模拟技术领域，尤其涉及一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置。

背景技术

在一些工况复杂的工程系统中，如火箭摆杆、风电设备、海上钻井平台、海洋船舶等，系统会在外载荷的作用下发生不规则振动现象。在某些工况下，系统还会产生平动、转动等多个自由度的运动耦合现象。这类系统的特点是在某一方向上的振幅较大，而其余方向的振幅较小。为了对这些系统上的设备进行评估或对设备结构和控制系统进行优化，需要对设备进行运动模拟实验。某些设备在自身运动的同时还需要与外界环境进行对接或交互，因此需要运动模拟装置具有一定柔性。

目前常规的运动模拟平台一般是利用并联机构作为模拟装置，其运动范围较小，刚度较大。虽然可以模拟复杂的运动位移曲线，但由于其刚度较大，无法对需要与外界进行对接或交互的设备进行运动模拟，同时也不能满足某些大行程的运动模拟需求；一类振动模拟平台以惯性激振器或电液激振器等作为激振源，输出简谐激振力。这类振动平台的振动频率相对固定，振动幅度较小，只能对加速度进行模拟，无法模拟复杂多变的振动位移曲线，不能满足实际工程需求。

因此，迫切需要发明一种通用性强、低成本，能够模拟复杂多变的振动曲线，且具有一定柔性的运动模拟实验装置。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种基于位移曲线的力控三自由度运动模拟装置，能够实现沿X轴方向上的精确运动模拟及测量，沿Z轴和绕Y轴方向上的自由振动，装置运动模拟精度高，同时具有一定柔性，且通用性强。本发明的具体技术方案如下：

一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，所述装置为左右对称结构，包括：装配平台，安装在所述装配平台上的运动单元、水平弹簧组、驱动单元、两个阻尼器和光栅尺，其中，

所述装配平台，包括：底板、两个相同的对称分布在所述底板上的阻尼器左支座和直线运动单元、安装在所述直线运动单元两端的限位装置、安装在所述限位装置外侧的水平弹簧组支座、传感器支架；其中，所述直线运动单元包括直线导轨和两个相同的滑块，所述直线导轨一侧紧贴所述底板上的长槽内侧安装，保证安装平行度；限位装置包括限位支座和橡胶块，所述橡胶块通过螺栓与所述限位支座连接；水平弹簧组支座包括水平弹簧组左支座和水平弹簧组右支座；传感器支架包括光栅尺读数头支架；

所述运动单元，包括：框架、球头轴承支座、两个阻尼器右支座、两个耳板支座、垂直弹簧组、两组关于所述框架的X轴方向对称分布的垂直导向单元、柔性铰链及设备安装板；其中，所述框架与所述滑块固连，所述框架由矩形方钢及钢板拼焊而成，底端设置所述球头轴承支座及两个所述阻尼器右支座，内部对称设置二组所述耳板支座；所述垂直弹簧组包括两个垂直弹簧支座及垂直弹簧，两个所述垂直弹簧支座通过螺栓分别与所述框架和所述设备安装板固连，所述垂直弹簧设置于两弹簧支座之间；所述垂直导向单元包括垂直导向支座、滑动轴承及垂直导向杆；垂直导向支座底部固连在所述框架的上平面，所述滑动轴承过盈连接于所述垂直导向支座的顶端，所述垂直导向杆穿过所述滑动轴承，能够沿所示滑动轴承轴向滑动；所述柔性铰链通过螺栓一端与所述垂直导向杆固连，另一端与所述设备安装板固连；

所述水平弹簧组，包括：水平弹簧导杆、水平弹簧、耳板及端盖；其中，所述水平弹簧导杆一端焊有圆形挡板，另一端具有外螺纹；将所述耳板和二根所述水平弹簧依次穿过所述水平弹簧导杆无挡板一侧后，旋转所述端盖对二根所述水平弹簧预压缩；所述水平弹簧导杆有挡板一侧与所述水平弹簧组右支座通过螺栓固连，另一侧穿过所述水平弹簧组左支座上的圆孔，调整所述水平弹簧组左支座的位置，使其与所述端盖之间无间隙；所述耳板与所述耳板支座固连；

所述驱动单元，包括依次连接的电动缸、柔性单元、力传感器和球头轴承，其中，所述电动缸通过螺栓与所述底板固连，所述电动缸在安装时需伸出至其行程中点；所述柔性单元包括左弹簧板、螺母、螺杆及右弹簧板，所述螺杆穿过所述左弹簧板和所述右弹簧板，并能够通过调整所述螺母的位置微调所述柔性单元的长度；所述球头轴承与所述球头轴承支座过盈连接；

每个所述阻尼器的两端分别与所述阻尼器左支座和所述阻尼器右支座连接；所述光栅尺用于采集所述运动单元的运动轨迹，所述光栅尺的尺身安装在所述框架底部外侧，保证所述光栅尺的尺身与所述底板平行；所述光栅尺的读数头与所述光栅尺读数头支架固连；待实验设备通过螺栓与所述设备安装板固连。

进一步地，所述传感器支架还包括限位开关支架、原点开关支架，所述限位开关支架为L型角钢，用于安装限位开关，限制所述运动单元的位置，所述原点开关支架为工字型角钢，用于安装原点开关，确定所述运动单元的初始位置原点，所述限位开关支架、所述原点开关支架和所述光栅尺读数头支架的底部均设置腰型槽，能够调节各支架的安装位置。

进一步地，所述垂直导向支座和垂直导向杆底部均焊有筋板，增强其抗弯强度。

进一步地，所述左弹簧板和所述右弹簧板均设置圆柱形凸台，能够增长连接螺纹长度，保证连接的垂直度，所述左弹簧板和所述右弹簧板均设置圆形通孔用于所述螺杆通过。

进一步地，所述左弹簧板通过左旋螺纹与第一连接轴连接，所述右弹簧板通过右旋螺纹与第二连接轴连接；所述力传感器的一侧通过螺栓与所述第二连接轴固连，另一侧与第三连接轴螺纹连接；所述球头轴承通过螺纹与所述第三连接轴连接，利用球头轴承螺母锁紧。

进一步地，所述力传感器为轮辐式力传感器。

进一步地，所述框架由矩形方钢及钢板拼焊而成，底部均匀设置通孔，通过螺栓与所述滑块固连。

进一步地，所述球头轴承通过销轴与所述球头轴承支座过盈连接，所述阻尼器两端通过销钉分别与所述阻尼器左支座和所述阻尼器右支座连接。

进一步地，所述光栅尺的尺身与所述底板的平行度小于0.1mm。

进一步地，一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据待实验设备的质量m,水平弹簧组的刚度k，阻尼器的系数c、目标运动曲线及运动学方程

其中，x为目标运动曲线的位移，

为目标运动曲线的速度，

为目标运动曲线的加速度，F₀为驱动力，计算得到电动缸的驱动力曲线；

S2：电动缸使用力控制模式输出驱动力曲线，使得运动单元沿X轴方向运动，利用光栅尺采集运动曲线；

S3：当运动单元沿X轴方向运动时，由于惯性力的存在，待试验设备会发生绕Y轴的扭转振动及沿Z轴的垂直振动，从而实现了三自由度的运动模拟。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的装置采用主动力控制方式，相比传统的运动和振动模拟实验台，能够模拟规定的运动曲线，振动幅度与振动频率可控，能够实现沿X轴方向上的精确运动模拟及测量，沿Z轴和绕Y轴方向上的自由振动；

2.本发明的装置是柔性系统，采用柔性铰链代替了传统铰链，增加了扭转刚度与强度，能够承受一定冲击；

3.本发明中的水平弹簧组作为独立部件，方便了弹簧的预压缩，降低了安装难度，提高了设备安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，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，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明的整体轴测图；

图2为本发明中的装配平台轴测图；

图3为本发明中的运动单元主视图；

图4为本发明中的水平弹簧组轴测图；

图5为本发明中的驱动单元俯视图。

附图标记说明：

1-底板；2-阻尼器左支座；3-水平弹簧组左支座；4-限位支座；5-橡胶块；6-限位开关支架；7-原点开关支架；8-光栅尺读数头支架；9-直线导轨；10-滑块；11-水平弹簧组右支座；12-框架；13-球头轴承支座；14-阻尼器右支座；15-耳板支座；16-垂直弹簧支座；17-垂直弹簧；18-垂直导向支座；19-滑动轴承；20-垂直导向杆；21-柔性铰链；22-设备安装板；23-水平弹簧导杆；24-水平弹簧；25-耳板；26-端盖；27-电动缸；28-第一连接轴；29-左弹簧板；30-螺母；31-螺杆；32-右弹簧板；33-第二连接轴；34-力传感器；35-第三连接轴；36-球头轴承螺母；37-球头轴承；38-阻尼器；39-光栅尺。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，装置为左右对称结构，包括：装配平台，安装在装配平台上的运动单元、水平弹簧组、驱动单元、两个阻尼器和光栅尺，其中，通过装配平台上的直线导轨9实现X方向的运动，通过运动单元上的滑动轴承19与垂直导向杆20实现Z方向的振动，通过运动单元上的柔性铰链21实现Y方向的振动。

如图2所示，装配平台，包括：底板1、两个相同的对称分布在底板1上的阻尼器左支座2和直线运动单元、安装在直线运动单元两端的限位装置、安装在限位装置外侧的水平弹簧组支座、传感器支架；其中，直线运动单元包括直线导轨9和两个相同的滑块10，直线导轨9一侧紧贴底板1上的长槽内侧安装，保证安装平行度；限位装置包括限位支座4和橡胶块5，橡胶块5通过螺栓与限位支座4连接；水平弹簧组支座包括水平弹簧组左支座3和水平弹簧组右支座11；传感器支架包括光栅尺读数头支架8；

本发明的装置能够用于大负载的三自由度运动模拟，使用直线导轨9可以有效的约束运动单元除X轴方向外的运动，且直线导轨9相比滑道、万向球等直线运动机构有着承载能力强、摩擦力小等优点。

如图3所示，运动单元，包括：框架12、球头轴承支座13、两个阻尼器右支座14、两个耳板支座15、垂直弹簧组、两组关于框架12的X轴方向对称分布的垂直导向单元、柔性铰链21及设备安装板22；其中，框架12与滑块10固连，框架12由矩形方钢及钢板拼焊而成，底端设置球头轴承支座13及两个阻尼器右支座14，内部对称设置二组耳板支座15；垂直弹簧组包括两个垂直弹簧支座16及垂直弹簧17，两个垂直弹簧支座16通过螺栓分别与框架12和设备安装板22固连，垂直弹簧17设置于两弹簧支座之间，垂直弹簧17两端是垂直弹簧底座16，中间无约束。垂直弹簧17均布在设备安装板22与框架12之间，根据实验要求能够更换不同刚度的弹簧，从而实现不同频率的振动。这种针对垂直弹簧17的约束方式使其具有沿Z轴方向平动及绕Y轴方向转动的耦合运动。

垂直导向单元包括垂直导向支座18、滑动轴承19及垂直导向杆20；垂直导向支座18底部固连在框架12的上平面，滑动轴承19过盈连接于垂直导向支座18的顶端，垂直导向杆20穿过滑动轴承19，能够沿所示滑动轴承19轴向滑动，两组对称分布的垂直导向单元可约束除Z轴方向外的运动，这种约束方式结构简单、成本低廉；由于垂直导向杆20的存在，运动单元在运动过程中不会出现水平弹簧崩出的情况，提高了设备安全性。

柔性铰链21通过螺栓一端与垂直导向杆20固连，另一端与设备安装板22固连；对于大负载的扭转运动模拟，由于扭转运动时的扭矩较大，弹簧加传统铰链的方式已经不能满足刚度和强度要求，使用钢材料的柔性铰链21能够有效解决强度及刚度不足的问题，柔性铰链21连接垂直导向杆20与设备安装板22，可约束除绕Y轴转动外的运动。

如图4所示，水平弹簧组，包括：水平弹簧导杆23、水平弹簧24、耳板25及端盖26；其中，水平弹簧导杆23一端焊有圆形挡板，另一端具有外螺纹；将耳板25和二根水平弹簧24依次穿过水平弹簧导杆23无挡板一侧后，旋转端盖26对二根水平弹簧24预压缩；水平弹簧导杆23有挡板一侧与水平弹簧组右支座11通过螺栓固连，另一侧穿过水平弹簧组左支座3上的圆孔，调整水平弹簧组左支座3的位置，使其与端盖26之间无间隙；耳板25与耳板支座15固连；端盖26内侧有内螺纹，可与水平弹簧导杆23的外螺纹配合，从而可以旋转端盖26对水平弹簧24进行预压缩，使水平弹簧组承受拉压双向作用力。水平弹簧组通过耳板25安装在运动单元内部，这种弹簧布置方式减小设备长度，使结构更加紧凑，同时水平弹簧组作为独立部件方便更换与维护。

如图5所示，驱动单元，包括依次连接的电动缸27、柔性单元、力传感器34和球头轴承37，其中，电动缸27通过螺栓与底板1固连，电动缸27在安装时需伸出至其行程中点；柔性单元包括左弹簧板29、螺母30、螺杆31及右弹簧板32，螺杆31穿过左弹簧板29和右弹簧板32，并能够通过调整螺母30的位置微调柔性单元的长度；球头轴承37与球头轴承支座13过盈连接；电动缸27采取力控制模式，根据目标运动曲线及运动学方程计算得到电动缸驱动力F₀随时间变化曲线。利用力传感器34作为力反馈信号，提高力控制精度。当装置受到外界冲击时左弹簧板29和右弹簧板32能够吸收部分能量，起到减震、保护设备的作用。弹簧板之间采用螺杆连接，使得弹簧板间距可调，方便安装与拆卸。两块弹簧板内部螺纹旋向相反，在系统运动时起到防松作用。驱动单元末端通过球头轴承37与框架12连接，实际装配过程中，驱动单元与运动单元之间存在着不可避免的安装误差，球头轴承37能够防止这种误差导致设备卡死。

每个阻尼器38的两端分别与阻尼器左支座2和阻尼器右支座14连接；光栅尺39用于采集运动单元的运动轨迹，光栅尺39的尺身安装在框架12底部外侧，保证光栅尺39的尺身与底板1平行；光栅尺39的读数头与光栅尺读数头支架8固连；待实验设备通过螺栓与设备安装板22固连。

根据结构参数不同要求，可更换不同阻尼系数的阻尼器；合理选取阻尼器的阻尼系数(6000-10000N m/s)能够使驱动单元力控制更加精准。

在一些实施方式中，传感器支架还包括限位开关支架6、原点开关支架7，限位开关支架6为L型角钢，用于安装限位开关，限制运动单元的位置，原点开关支架7为工字型角钢，用于安装原点开关，确定运动单元的初始位置原点，限位开关支架6、原点开关支架7和光栅尺读数头支架8的底部均设置腰型槽，能够调节各支架的安装位置。

在一些实施方式中，垂直导向支座18和垂直导向杆20底部均焊有筋板，增强其抗弯强度。

在一些实施方式中，左弹簧板29和右弹簧板32均设置圆柱形凸台，能够增长连接螺纹长度，保证连接的垂直度，左弹簧板29和右弹簧板32均设置圆形通孔用于螺杆31通过。

在一些实施方式中，左弹簧板29通过左旋螺纹与第一连接轴28连接，右弹簧板32通过右旋螺纹与第二连接轴33连接；力传感器34的一侧通过螺栓与第二连接轴33固连，另一侧与第三连接轴35螺纹连接；球头轴承37通过螺纹与第三连接轴35连接，利用球头轴承螺母36锁紧。

较佳地，力传感器34为轮辐式力传感器。

在一些实施方式中，框架12由矩形方钢及钢板拼焊而成，八字形分布的方钢可增强框架沿X方向上的强度，底部均匀设置通孔，通过螺栓与滑块10固连。

在一些实施方式中，球头轴承37通过销轴与球头轴承支座13过盈连接，阻尼器38两端通过销钉分别与阻尼器左支座2和阻尼器右支座14连接。

在一些实施方式中，光栅尺39的尺身与底板1的平行度小于0.1mm。

一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置的使用方法，包括以下步骤：

S1：根据待实验设备的质量m,水平弹簧组的刚度k，阻尼器的系数c、目标运动曲线及运动学方程

其中，x为目标运动曲线的位移，

为目标运动曲线的速度，

为目标运动曲线的加速度，F₀为驱动力，计算得到电动缸的驱动力曲线；

S2：电动缸使用力控制模式输出驱动力曲线，使得运动单元沿X轴方向运动，利用光栅尺采集运动曲线；

S3：当运动单元沿X轴方向运动时，由于惯性力的存在，待试验设备会发生绕Y轴的扭转振动及沿Z轴的垂直振动，从而实现了三自由度的运动模拟。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述装置为左右对称结构，包括：装配平台，安装在所述装配平台上的运动单元、水平弹簧组、驱动单元、两个阻尼器和光栅尺，其中，

所述装配平台，包括：底板(1)、两个相同的对称分布在所述底板(1)上的阻尼器左支座(2)和直线运动单元、安装在所述直线运动单元两端的限位装置、安装在所述限位装置外侧的水平弹簧组支座、传感器支架；其中，所述直线运动单元包括直线导轨(9)和两个相同的滑块(10)，所述直线导轨(9)一侧紧贴所述底板(1)上的长槽内侧安装，保证安装平行度；限位装置包括限位支座(4)和橡胶块(5)，所述橡胶块(5)通过螺栓与所述限位支座(4)连接；水平弹簧组支座包括水平弹簧组左支座(3)和水平弹簧组右支座(11)；传感器支架包括光栅尺读数头支架(8)；

所述运动单元，包括：框架(12)、球头轴承支座(13)、两个阻尼器右支座(14)、两个耳板支座(15)、垂直弹簧组、两组关于所述框架(12)的X轴方向对称分布的垂直导向单元、柔性铰链(21)及设备安装板(22)；其中，所述框架(12)与所述滑块(10)固连，所述框架(12)由矩形方钢及钢板拼焊而成，底端设置所述球头轴承支座(13)及两个所述阻尼器右支座(14)，内部对称设置二组所述耳板支座(15)；所述垂直弹簧组包括两个垂直弹簧支座(16)及垂直弹簧(17)，两个所述垂直弹簧支座(16)通过螺栓分别与所述框架(12)和所述设备安装板(22)固连，所述垂直弹簧(17)设置于两弹簧支座之间；所述垂直导向单元包括垂直导向支座(18)、滑动轴承(19)及垂直导向杆(20)；垂直导向支座(18)底部固连在所述框架(12)的上平面，所述滑动轴承(19)过盈连接于所述垂直导向支座(18)的顶端，所述垂直导向杆(20)穿过所述滑动轴承(19)，能够沿所示滑动轴承(19)轴向滑动；所述柔性铰链(21)通过螺栓一端与所述垂直导向杆(20)固连，另一端与所述设备安装板(22)固连；

所述水平弹簧组，包括：水平弹簧导杆(23)、水平弹簧(24)、耳板(25)及端盖(26)；其中，所述水平弹簧导杆(23)一端焊有圆形挡板，另一端具有外螺纹；将所述耳板(25)和二根所述水平弹簧(24)依次穿过所述水平弹簧导杆(23)无挡板一侧后，旋转所述端盖(26)对二根所述水平弹簧(24)预压缩；所述水平弹簧导杆(23)有挡板一侧与所述水平弹簧组右支座(11)通过螺栓固连，另一侧穿过所述水平弹簧组左支座(3)上的圆孔，调整所述水平弹簧组左支座(3)的位置，使其与所述端盖(26)之间无间隙；所述耳板(25)与所述耳板支座(15)固连；

所述驱动单元，包括依次连接的电动缸(27)、柔性单元、力传感器(34)和球头轴承(37)，其中，所述电动缸(27)通过螺栓与所述底板(1)固连，所述电动缸(27)在安装时需伸出至其行程中点，所述电动缸(27)使用力控制模式输出驱动力曲线，使得运动单元沿X轴方向运动；所述柔性单元包括左弹簧板(29)、螺母(30)、螺杆(31)及右弹簧板(32)，所述螺杆(31)穿过所述左弹簧板(29)和所述右弹簧板(32)，并能够通过调整所述螺母(30)的位置微调所述柔性单元的长度；所述球头轴承(37)与所述球头轴承支座(13)过盈连接；

每个所述阻尼器(38)的两端分别与所述阻尼器左支座(2)和所述阻尼器右支座(14)连接；所述光栅尺(39)用于采集所述运动单元的运动轨迹，所述光栅尺(39)的尺身安装在所述框架(12)底部外侧，保证所述光栅尺(39)的尺身与所述底板(1)平行；所述光栅尺(39)的读数头与所述光栅尺读数头支架(8)固连；待实验设备通过螺栓与所述设备安装板(22)固连。

2.根据权利要求1所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述传感器支架还包括限位开关支架(6)、原点开关支架(7)，所述限位开关支架(6)为L型角钢，用于安装限位开关，限制所述运动单元的位置，所述原点开关支架(7)为工字型角钢，用于安装原点开关，确定所述运动单元的初始位置原点，所述限位开关支架(6)、所述原点开关支架(7)和所述光栅尺读数头支架(8)的底部均设置腰型槽，能够调节各支架的安装位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述垂直导向支座(18)和垂直导向杆(20)底部均焊有筋板，增强其抗弯强度。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述左弹簧板(29)和所述右弹簧板(32)均设置圆柱形凸台，能够增长连接螺纹长度，保证连接的垂直度，所述左弹簧板(29)和所述右弹簧板(32)均设置圆形通孔用于所述螺杆(31)通过。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述左弹簧板(29)通过左旋螺纹与第一连接轴(28)连接，所述右弹簧板(32)通过右旋螺纹与第二连接轴(33)连接；所述力传感器(34)的一侧通过螺栓与所述第二连接轴(33)固连，另一侧与第三连接轴(35)螺纹连接；所述球头轴承(37)通过螺纹与所述第三连接轴(35)连接，利用球头轴承螺母(36)锁紧。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述力传感器(34)为轮辐式力传感器。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述框架(12)由矩形方钢及钢板拼焊而成，底部均匀设置通孔，通过螺栓与所述滑块(10)固连。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述球头轴承(37)通过销轴与所述球头轴承支座(13)过盈连接，所述阻尼器(38)两端通过销钉分别与所述阻尼器左支座(2)和所述阻尼器右支座(14)连接。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置，其特征在于，所述光栅尺(39)的尺身与所述底板(1)的平行度小于0.1mm。

10.根据权利要求1-9之一所述的一种基于位移曲线的力控制三自由度运动模拟装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据待实验设备的质量m,水平弹簧组的刚度k，阻尼器的系数c、目标运动曲线及运动学方程

其中，x为目标运动曲线的位移，

为目标运动曲线的速度，

为目标运动曲线的加速度，F₀为驱动力，计算得到电动缸的驱动力曲线；

S2：电动缸使用力控制模式输出驱动力曲线，使得运动单元沿X轴方向运动，利用光栅尺采集运动曲线；

S3：当运动单元沿X轴方向运动时，由于惯性力的存在，待试验设备会发生绕Y轴的扭转振动及沿Z轴的垂直振动，从而实现了三自由度的运动模拟。

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