CN113124900A - 一种惯性仪表斜面振动测试装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种惯性仪表斜面振动测试装置及测试方法，解决现有惯性仪表的振动测试存在试验效率较低、成本较高的问题。该测试装置包括振动测试台、斜面振动分力体和过渡基板；振动测试台用于提供单个方向的测试振动力；斜面振动分力体为N个，N个斜面振动分力体通过过渡基板设置在振动测试台上；斜面振动分力体包括安装平板和分力体，安装平板设置在过渡基板上，分力体设置在安装平板上，且其上表面为斜面，斜面与振动测试台的台面之间设置有夹角α，α为锐角；惯性仪表设置在分力体的斜面上，分力体将振动测试台提供的单个方向振动力分解为两个方向或三个方向的作用力，从而实现多个方向振动力的测试。

Description

一种惯性仪表斜面振动测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于振动测试领域，具体涉及一种惯性仪表斜面振动测试装置及测试方法。
背景技术
惯性仪表包括陀螺仪、加速度计、电机等，与平台系统、惯性测量装置配套使用，在航空、航天、航海、资源探测等领域占有非常重要的地位，是惯性导航系统中的核心组成部分。由于航天器、航空器在地面运输、发射及返回的过程要经受声、振动、冲击和加速度等力学环境，这些力学环境对惯性仪表造成损坏，从而影响飞行等任务，其中振动试验最为受到关注，故惯性仪表在生产过程中需进行地面振动试验，用以模拟使用环境。
常规振动试验包括正弦扫描振动、随机振动、定频振动等，要求对惯性仪表三个方向进行不同量级或波形的振动试验。但是，现有振动试验中使用的振动装置基本都是单方向的，振动台只能提供一个方向的振动定位，测试时，产品在一个方向(如X向)进行振动试验后通过翻转振动台或工装进行下一个方向(如Y、Z向)的振动试验。当试验产品较多时，需要制作大量振动装置，使得测试成本大幅增加，同时，进行不同方向的振动试验时需更换装置，使得测试时间大幅增加，测试效率较低。
综上所述，现有振动试验的振动装置采用单向振动方式，此种方式使用时只能逐一在三个方向进行振动试验，振动过程中需反复翻转、安装和拆卸振动台和工装，导致振动试验时间长，效率低，人力、物力、财力消耗很大，对批产量较大的产品存在一定弊端。
发明内容
本发明的目的是解决现有惯性仪表的振动测试存在试验效率较低、成本较高的问题，提供一种惯性仪表斜面振动测试装置及测试方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种惯性仪表斜面振动测试装置，包括振动测试台、斜面振动分力体和过渡基板；所述振动测试台用于提供单个方向的测试振动力；所述斜面振动分力体为N个，N个斜面振动分力体通过过渡基板设置在振动测试台上，N大于等于1；所述斜面振动分力体包括安装平板和分力体，所述安装平板设置在过渡基板上，所述分力体设置在安装平板上，且其上表面为斜面，斜面与振动测试台的台面之间设置有夹角α，α为锐角；所述惯性仪表设置在分力体的斜面上，分力体将振动测试台提供的单个方向振动力分解为两个方向或三个方向的作用力，从而实现多个方向振动力的测试。
进一步地，所述分力体将振动测试台提供的单个方向振动力分解为三个方向相等的作用力，
Figure BDA0003003650710000021
进一步地，所述惯性仪表单个方向的振动量级为A，则振动测试台的振动输入量级B＝A/sinα。
进一步地，所述斜面振动分力体、过渡基板连接后组合体的质心和振动测试台的振动中心重合。
进一步地，所述惯性仪表为电机，所述电机通过电机过渡板和压块设置在分力体的斜面上，所述电机过渡板上设置有电机安装孔和第一连接孔，所述电机安装孔的两侧设置有V形槽，所述电机的本体设置在电机安装孔内，电机的输出轴设置在V形槽内，并通过压块限位，所述电机过渡板通过第一连接孔设置在分力体的斜面上。
进一步地，所述惯性仪表为加速度计，所述加速度计通过加速计过渡板设置在分力体的斜面上，所述加速计过渡板上设置有加速度计连接孔和第二连接孔，所述加速计过渡板通过第二连接孔设置在分力体的斜面上，所述加速度计通过加速度计连接孔设置在加速计过渡板上。
进一步地，所述惯性仪表为陀螺仪，陀螺仪通过陀螺过渡板设置在分力体的斜面上，所述陀螺过渡板上设置有陀螺仪连接孔和第三连接孔，所述陀螺过渡板通过第三连接孔设置在分力体的斜面上，所述陀螺仪通过陀螺仪连接孔设置在陀螺过渡板上。
进一步地，所述过渡基板上设置有振动台连接孔和分力体连接孔，所述过渡基板通过振动台连接孔设置在振动测试台上，所述安装平板通过分力体连接孔设置在过渡基板上；所述安装平板和分力体一体设置，且安装平板的端面与振动测试台的台面平行设置。
同时，本发明还提供一种基于上述惯性仪表斜面振动测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤一、将斜面振动分力体通过过渡基板安装在振动测试台上；
步骤二、设定振动测试台的振动量级；
步骤三、将传感器安装在斜面振动分力体上，检测各方向的振动量级，使得实际输出的振动力与要求输出的振动力误差范围在设定值内；
步骤四、将惯性仪表设置在斜面振动分力体上；
步骤五、惯性仪表通电，监测惯性仪表振动前的测试数据；
步骤六、振动测试台开始工作，监控振动测试台的振动曲线，同时监测惯性仪表振动后的测试数据；
步骤七、根据步骤六获取的数据，判断振动测试台的振动曲线及惯性仪表振动过程变化量是否满足指标要求。
进一步地，步骤三中，实际输出的振动力与要求输出的振动力误差范围在±15％内。
与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
1.本发明惯性仪表斜面振动测试装置设置有斜面振动分力体，斜面振动分力体将振动测试台提供的单个方向振动力分解为两个方向或三个方向的作用力，从而实现多个方向振动力的测试，无需翻转振动台或工装，从而大幅缩短测试时间，提高测试效率；同时，本发明测试装置设置有过渡基板，可同时进行多个惯性仪表的振动测试，进一步缩短了测试时间，提高了测试效率。
2.本发明惯性仪表斜面振动测试装置可通过设置不同的过渡板，实现不同惯性仪表的振动测试，振动测试范围较广。
3.本发明惯性仪表斜面振动测试装置各部分连接均采用刚性连接，保证斜面振动测试装置与振动台有理想的接触刚度，使得测试精度得到保证。
4.本发明惯性仪表斜面振动测试装置中，斜面振动分力体可以保证惯性仪表振动过程中各个位置振动量级一致性及振动方向不同的受力要求。
附图说明
图1为本发明惯性仪表斜面振动测试装置的结构示意图；
图2为本发明斜面振动分力体的结构示意图；
图3为本发明斜面振动分力体的力分解原理图；
图4为本发明测试装置测试电机时的安装示意图；
图5为本发明电机过渡板的结构示意图；
图6为本发明测试装置测试加速度计时的安装示意图；
图7为本发明加速计过渡板的结构示意图；
图8为本发明测试装置测试陀螺仪时的安装示意图；
图9为本发明陀螺过渡板的结构示意图；
图10为本发明测试方法流程图。
附图标记：1-振动测试台，2-斜面振动分力体，3-过渡基板，4-电机过渡板，5-电机，6-加速度计，7-加速计过渡板，8-陀螺仪，9-陀螺过渡板，10-压块，21-安装平板，22-分力体，31-振动台连接孔，32-分力体连接孔，41-电机安装孔，42-第一连接孔，43-V形槽，71-加速度计连接孔，72-第二连接孔，91-陀螺仪连接孔，92-第三连接孔。
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。
本发明提供一种惯性仪表斜面振动测试装置及测试方法，该装置和方法中，斜面振动分力体将振动测试台提供的单个方向振动力分解为两个方向或三个方向的作用力，从而实现多个方向振动力的测试，无需翻转振动台或工装，从而大幅缩短测试时间，提高测试效率；同时，本发明测试装置设置有过渡基板，可同时进行多个惯性仪表的振动测试，进一步缩短了测试时间，提高了测试效率。
如图1和图2所示，本发明惯性仪表斜面振动测试装置包括振动测试台1、斜面振动分力体2和过渡基板3；振动测试台1用于提供单个方向的测试振动力；斜面振动分力体2为N个，N个斜面振动分力体2通过过渡基板3设置在振动测试台1上，N大于等于1；斜面振动分力体2包括安装平板21和分力体22，安装平板21设置在过渡基板3上，分力体22设置在安装平板21上，且其上表面为斜面，斜面与振动测试台1的台面之间设置有夹角α，α为锐角；惯性仪表设置在分力体22的斜面上，分力体22将振动测试台1提供的单个方向振动力分解为两个方向或三个方向的作用力，从而实现多个方向振动力的测试。
为了刚性可靠连接，过渡基板3上设置有振动台连接孔31和分力体连接孔32，过渡基板3通过振动台连接孔31设置在振动测试台1上，安装平板21通过分力体连接孔32设置在过渡基板3上。本发明测试装置可通过更换不同形式的过渡板，实现不同型号产品的安装，例如陀螺仪8、电机5、加速度计6等。
如图4和图5所示，惯性仪表为电机5，电机5通过电机过渡板4和压块10设置在分力体22的斜面上，电机过渡板4上设置有电机安装孔41和第一连接孔42，电机安装孔41的两侧设置有V形槽43，电机5的本体设置在电机5安装内，电机5的输出轴设置在V形槽43内，并通过压块10限位，电机过渡板4通过第一连接孔42设置在分力体22的斜面上。
如图6和图7所示，惯性仪表为加速度计6，加速度计6通过加速计过渡板7设置在分力体22的斜面上，加速计过渡板7上设置有加速度计连接孔71和第二连接孔72，加速计过渡板7通过第二连接孔72设置在分力体22的斜面上，加速度计6通过加速度计连接孔71设置在加速计过渡板7上。
如图8和图9所示，惯性仪表为陀螺仪8，陀螺仪8通过陀螺过渡板9设置在分力体22的斜面上，陀螺过渡板9上设置有陀螺仪连接孔91和第三连接孔92，陀螺过渡板9通过第三连接孔92设置在分力体22的斜面上，陀螺仪8通过陀螺仪连接孔91设置在陀螺过渡板9上。
本发明斜面振动分力体2设计时，需保证斜面振动分力体2左右形状结构对称，同时，还需通过仿真设计，优化装置高度，降低重心位置，确保斜面振动装置质心(即斜面振动分力体2、过渡基板3和过渡板的组合)和振动测试台1的振动中心重合，此种设置保证产品安装后受力点均匀，同时可以保证斜面振动质心与振动台中心重合。此外，还可将安装平板21和分力体22一体设置，其保证安装平板21的端面与振动测试台1的台面平行设置，此时只需保证安装平板21和分力体22斜面的角度即可。
如图3所示，本发明测试装置采用空间力分解的原理，将惯性仪表垂直方向的力分解为沿斜面法向及沿斜面上的分力，斜面分力可以依据需求分解为两个互相垂直的分力，从而实现惯性仪表三个方向的不同受力要求。例如，将垂直向上的作用力分解为沿斜面法向的力Fx、斜面内与斜面纵向成β度角的两个力Fy、Fz，由图可知，Fx＝F cosα，Fy＝F sinα×sinβ，Fz＝F sinα×cosβ。其中受力要求Fx、Fy、Fz可以根据不同需求提出(相等或倍数要求)，β值可以给定任意锐角值，由此可以确定α值。
例如，惯性仪表中陀螺仪8与加速度计6振动方向均为3个，常规设计要求需保证3个方向的力相等，则将垂直向上的作用力分解为三个相等的作用力，分别为沿斜面法向的力Fx、斜面内与斜面纵向成45度角的两个力Fy、Fz(45度角保证Fy、Fz相等)，斜面与底面的夹角为α，可知，Fx＝F cosα，Fy＝F sinα×sin 45°，Fz＝F sinα×cos 45°，由已知条件Fx＝Fy＝Fz，即F cosα＝F sinα×sin 45°＝F sinα×cos 45°，可求得，
Figure BDA0003003650710000061
在单方向振动台上进行试验时，采用振动台水平输入力F入保证振动台气浮顶推输入稳定，则斜面夹角α取54.7356°的余角35.2644°。由图3可知，当产品单方向需要振动量级为A个g时，则水平振动输入量级应该为B＝A/sin35.2644＝1.73205A。类似的，电机5振动方向为2个方向，只需要将垂直向上的作用力分解成沿斜面法向的力Fx和斜面内相等的力Fy，此时斜面与底面的夹角α为45°。
本发明测试装置的关键部件为斜面振动分力体2，可实现惯性仪表二个方向或者三个方向达到相同的振动量级，同时，该设置有过渡基板3，过渡基板3可以安装多个斜面振动分力体2，实现多块惯性仪表实现一起振动。此外，由于惯性仪表结构形式不同，本发明装置测试设置有不同形式的过渡板，可以实现多类惯性仪表安装要求。该测试装置测试时，斜面振动分力体2安装于过渡基板3上，再通过相应的过渡板将产品安装到斜面振动分力体2上，各部件通过螺栓标准件实现刚性连接，保证斜面振动分力体2与振动测试台1有理想的接触刚度，使得测试精度得到保证。同时，各部件的材料选择刚度大、阻尼大，同时可减小对振动台推力的要求的铝制材料，保证斜面振动测试装置与振动台有理想的接触刚度。
如图10所示，本发明惯性仪表斜面振动测试装置可实现惯性仪表(陀螺仪8、加速度计6、电机5)斜面振动测试，包括振动前安装及振动量级调试、振动过程监控等，具体测试流程如下：
步骤一、将斜面振动分力体2通过过渡基板3安装在振动测试台1上；
步骤二、在振动试验台测试系统上设置振动测试台1的振动量级；
步骤三、将传感器安装在斜面振动分力体2上，检测各方向(如图6中三个箭头的方向)的振动量级，使得实际输出的振动力与要求输出的振动力误差范围在设定值内，该设定值具体可为±15％；
步骤四、将惯性仪表安装在斜面振动分力体2上；
步骤五、惯性仪表通电，监测惯性仪表振动前的测试数据，并进行数据判读；
步骤六、振动测试台1开始工作，监控振动测试台1的振动曲线，同时监测惯性仪表振动后的测试数据；
步骤七、根据步骤六获取的数据，检查振动测试台1测试曲线及惯性仪表振动过程变化量是否满足指标要求，确保振动试验有效性。
上述方法中，振动量级：6.60grms；振动方向：三个方向IA、PA、OA；振动时间：每个轴向各6min；斜面振动测试装置的输入振动量级为6.06×1.73205＝10.4962grms，实际振动测试后传感器测试三个方向输出量级IA方向为6.52g、OA方向6.49g，PA方向5.77g。

Claims (10)

1.一种惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：包括振动测试台(1)、斜面振动分力体(2)和过渡基板(3)；
所述振动测试台(1)用于提供单个方向的测试振动力；
所述斜面振动分力体(2)为N个，N个斜面振动分力体(2)通过过渡基板(3)设置在振动测试台(1)上，N大于等于1；
所述斜面振动分力体(2)包括安装平板(21)和分力体(22)，所述安装平板(21)设置在过渡基板(3)上，所述分力体(22)设置在安装平板(21)上，且其上表面为斜面，斜面与振动测试台(1)的台面之间设置有夹角α，α为锐角；
所述惯性仪表设置在分力体(22)的斜面上，分力体(22)将振动测试台(1)提供的单个方向振动力分解为两个方向或三个方向的作用力，从而实现多个方向振动力的测试。
2.根据权利要求1所述的惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：所述分力体(22)将振动测试台(1)提供的单个方向振动力分解为三个方向相等的作用力，
Figure FDA0003003650700000011
3.根据权利要求2所述的惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：所述惯性仪表单个方向的振动量级为A，则振动测试台(1)的振动输入量级B＝A/sinα。
4.根据权利要求1或2或3所述的惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：所述斜面振动分力体(2)、过渡基板(3)连接后组合体的质心和振动测试台(1)的振动中心重合。
5.根据权利要求4所述的惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：所述惯性仪表为电机(5)，所述电机(5)通过电机过渡板(4)和压块(10)设置在分力体(22)的斜面上，所述电机过渡板(4)上设置有电机安装孔(41)和第一连接孔(42)，所述电机安装孔(41)的两侧设置有V形槽(43)，所述电机(5)的本体设置在电机安装孔(41)内，电机(5)的输出轴设置在V形槽(43)内，并通过压块(10)限位，所述电机过渡板(4)通过第一连接孔(42)设置在分力体(22)的斜面上。
6.根据权利要求5所述的惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：所述惯性仪表为加速度计(6)，所述加速度计(6)通过加速计过渡板(7)设置在分力体(22)的斜面上，所述加速计过渡板(7)上设置有加速度计连接孔(71)和第二连接孔(72)，所述加速计过渡板(7)通过第二连接孔(72)设置在分力体(22)的斜面上，所述加速度计(6)通过加速度计连接孔(71)设置在加速计过渡板(7)上。
7.根据权利要求6所述的惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：所述惯性仪表为陀螺仪(8)，陀螺仪(8)通过陀螺过渡板(9)设置在分力体(22)的斜面上，所述陀螺过渡板(9)上设置有陀螺仪连接孔(91)和第三连接孔(92)，所述陀螺过渡板(9)通过第三连接孔(92)设置在分力体(22)的斜面上，所述陀螺仪(8)通过陀螺仪连接孔(91)设置在陀螺过渡板(9)上。
8.根据权利要求7所述的惯性仪表斜面振动测试装置，其特征在于：所述过渡基板(3)上设置有振动台连接孔(31)和分力体连接孔(32)，所述过渡基板(3)通过振动台连接孔(31)设置在振动测试台(1)上，所述安装平板(21)通过分力体连接孔(32)设置在过渡基板(3)上；所述安装平板(21)和分力体(22)一体设置，且安装平板(21)的端面与振动测试台(1)的台面平行设置。
9.基于权利要求1至8任一所述惯性仪表斜面振动测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将斜面振动分力体通过过渡基板安装在振动测试台上；
步骤二、设定振动测试台的振动量级；
步骤三、将传感器安装在斜面振动分力体上，检测各方向的振动量级，使得实际输出的振动力与要求输出的振动力误差范围在设定值内；
步骤四、将惯性仪表设置在斜面振动分力体上；
步骤五、惯性仪表通电，监测惯性仪表振动前的测试数据；
步骤六、振动测试台开始工作，监控振动测试台的振动曲线，同时监测惯性仪表振动后的测试数据；
步骤七、根据步骤六获取的数据，判断振动测试台的振动曲线及惯性仪表振动过程变化量是否满足指标要求。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于：步骤三中，实际输出的振动力与要求输出的振动力误差范围在±15％内。
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