CN113176059B - 一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于，包括底座、动力传动系统、叠层导轨振动平台和偏心力发生器模块；底座的上端面支撑连接叠层导轨振动平台，叠层导轨振动平台分为上下两层，每层均设有一对在水平面上相平行的直线导轨机构，且上层导轨机构与下层导轨机构相互正交，以实现该叠层导轨振动平台在此正交方向所构成的平面内运动；动力传动系统为整个试验台提供一个旋转的试验环境；偏心力发生器模块给振动平台提供激励，主要由铝盒和偏心力发生器组成，铝盒用于固定安装偏心力发生器。本发明振动试验台可以实现二维平面内的振动边界条件，且激励源在旋转系，可以模拟直升机桨毂平面内的振动特性。

Description

一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台

技术领域

本发明属于振动试验系统领域，具体涉及一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台。

背景技术

振动试验台是振动研究领域的基础设备，当用在减振技术领域时，可用于满足特定工程应用场合需要产生期望振动来模拟设备工作环境的要求。其主要原理是振动平台按照设定的控制律进行运动，从而模拟设备正常工作时的真实振动环境，以达到模拟设备振动边界条件的目的。

中国专利文件CN 104568477 B于2017.05.10公开了一种二维平面振动试验台，其设计振动方向是二维水平面中的一个方向和竖直方向的组合，无法实现正交方向的振动模拟，并且不能进行模拟直升机桨毂平面内的振动特性试验；外国文献(Mark Wilson andDr.Mark Jolly，“Ground Test of a Hub Mounted Active Vibration Suppressor”，Presented at the American Helicopter Society 63rd Annual Forum,VirginiaBeach,VA.,May 1-3,2007.)公开了另一种形式的振动试验台，可以满足二维平面内两个方向的振动自由度，但是对振动台的激励是通过安装在固定系下正交方向的两个液压作动器组合实现的。由于桨毂具有“滤波”效应，且正交简谐激励的合成条件很严格，在该激励方式下即使将频率和相位控制在一个较小的误差范围内，都会导致合成激励与期望模拟的振动激励有较大差异，得到的振动效果与期望的差别更大；并且该激励方式不是基于旋转系的力发生器实现的，不能准确模拟直升机桨毂平面内的振动激励特点。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，公开了一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台，该试验台能够准确模拟直升机桨毂平面内的振动特性。

本发明提供如下技术方案：

一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台，包括底座、动力传动系统、叠层导轨振动平台；

底座的上端面支撑连接叠层导轨振动平台，该叠层导轨振动平台分为上下两层，每层均设有一对在水平面上相平行的直线导轨机构，且上层导轨机构与下层导轨机构相互正交，以实现该叠层导轨振动平台在该正交方向所构成的平面内的运动。在该叠层导轨振动平台的上层导轨机构正上方固定有激励源，该激励源同轴连接动力传动系统，跟随该动力传动系统转动，同时产生激励使叠层导轨振动平台运动。

作为优选，动力传动系统包括轴承固定底座和驱动电机，轴承固定底座固定连接所述上层导轨机构的上端面，以实现动力传动系统与叠层导轨振动平台的同步运动；驱动电机置于底座内部，并通过传动法兰、联轴器、传动轴等零部件与偏心力发生器模块固定底座同轴固定连接；偏心力发生器模块的凸台与轴承固定底座中心的阶梯孔之间通过深沟球轴承同轴连接，设于上层导轨机构的上方，并通过传动轴与驱动电机同轴连接。

作为优选，叠层导轨振动平台的下层导轨机构包括若干个底部框架，在底部框架上固定连接若干个支架，相邻支架之间固定安装一根光轴，光轴上贯穿连接直线轴承，上层导轨机构与下层导轨机构的结构一致；在下层导轨机构的直线轴承上端面固定连接铝板以支撑上层导轨机构，实现上层导轨机构和下层导轨机构的连接。

作为优选，在上层导轨机构和下层导轨机构的直线轴承运动方向上分别设置弹簧，使振动台在无激励条件下能够回到初始平衡位置。

作为优选，光轴上还设有限制直线轴承滑动行程的止推环和减缓冲击的橡胶环。

作为优选，底座的四个角上设有可调支撑杆，可调支撑杆通过安装板与轮子固定连接，安装板上方设有水平支撑型材，该水平支撑型材上表面固定连接若干竖直支撑型材，该竖直支撑型材的中部与水平支撑型材的两端通过斜向增稳型材固定连接，使底座成为稳定的三角形状，相邻竖直支撑型材通过横向增稳型材固定连接。

作为优选，动力传动系统还包括电机固定底板，电机固定底板通过支撑型材固定在轴承固定底座下方，并与轴承固定底座平行。

作为优选，动力传动系统的传动轴上安装有集流环，便于电流和信号的传输。

作为优选，动力传动系统的传动轴上端部固定装有轴套，该轴套的上端面与一块用于固定偏心力发生器模块的圆形凸台相连，该凸台与轴承固定底座中心的阶梯孔之间装有深沟球轴承，该深沟球轴承的内圈与凸台过盈配合，外圈与轴承盖、轴承固定底座间为过盈配合，该深沟球轴承的内圈上表面处还装有轴承挡圈。

作为优选，偏心力发生器模块包括底板、偏心力发生器、中心铝框和端板，所述底板、中心铝框和端板相互配合连接，形成中空的正方体铝盒，并整体置于所述偏心力发生器模块固定底座上，所述偏心力发生器固定连接于底板上，并置于该中空的正方体铝盒内，装配时需注意保证较高的同轴度。

有益效果：

(1)本发明提供的二维平面振动试验台的激励来自旋转系下的偏心力发生器，用于模拟旋翼桨毂平面内随桨毂同向/反向旋转的某一频率的交变激励，能够准确模拟直升机桨毂平面内的振动激励特点；

(2)发明提供的二维平面振动试验台，在电机旋转时可开展旋转系条件下的振动主动控制试验，在电机不旋转时可开展固定系条件下的振动主动控制试验，这两种主动控制试验通过动力传动系统的便捷切换，可全方位模拟直升机桨毂的动力学特性；

(3)本发明提供的二维平面振动试验台的振动激励来自旋转系下的偏心力发生器，相较于固定系下两个正交方向的振动激励合成，对旋转系下频率的模拟更加精准；

(4)本发明提供的二维平面振动试验台可模拟平面内的振动边界条件，一方面通过具有弹性回复力的弹簧保证振动台初始位置的平衡，另一方面通过叠层导轨振动平台的上下层导轨机构，实现了由X轴和Y轴构成平面内任意形式的振动；

(5)本发明提供的二维平面振动试验台中的偏心力发生器模块上方可安装其他设备，便于开展验证主动减振技术的相关试验，设备的灵活性强，可实现的功能多；

(6)本发明提供的二维平面振动试验台采用模块化设计，结构紧凑、布局合理、操作方便、易于工程实现，作为模拟直升机桨毂动力学特性的试验台，其创造性地解决了直升机桨毂振动特性难以模拟的工程难题；

(7)本发明提供的二维振动试验台不但可以模拟直升机机身二维平面内的振动特性，也可以通过设置止推环位置来锁定X或Y方向实现单方向振动试验，仅模拟直升机机身横向或纵向振动特性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的振动试验台的结构立体图；

图2为本发明一个实施例的底座的结构立体图；

图3为本发明一个实施例的叠层导轨振动平台的结构立体图；

图4为本发明一个实施例的动力传动系统的主视剖面图；

图5为本发明一个实施例的叠层导轨振动平台与动力传动系统装配后的立体图；

图6为本发明一个实施例的偏心力发生器模块的结构立体图；

图7为本发明一个实施例的偏心力发生器模块在图5基础上的安装示意图。

附图标记

1底座，1.1可调支撑杆，1.2轮子，1.3斜向增稳型材，1.4竖直支撑型材，1.5横向增稳型材，1.6水平支撑型材，2动力传动系统，2.1电机固定底板，2.2支撑型材，2.3联轴器，2.4集流环，2.5轴套，2.6轴承固定底座，2.7偏心力发生器模块固定底座，2.8深沟球轴承，2.9轴承挡圈，2.10轴承盖，2.11型材接头，2.12传动轴，2.13传动法兰，2.14驱动电机，3叠层导轨振动平台，3.1底部框架，3.2光轴，3.3弹簧，3.4支架，3.5止推环，3.6直线轴承，3.7橡胶环，3.8铝板，4偏心力发生器模块，4.1底板，4.2端板，4.3中心铝框，4.4偏心力发生器。

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。

本发明公开了一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台，通过叠层导轨振动平台模拟非旋转物体二维平面内的振动边界条件，通过旋转系中的激励引起振动来模拟主要振源来自旋翼桨毂工作时周期交变的气动合力引起直升机桨毂振动。

如图1所示，为本发明的振动试验台的结构立体图。本发明的二维平面振动试验台包括底座1、动力传动系统2、叠层导轨振动平台3和偏心力发生器模块4四个功能模块。将底座1置于平整的地面上，底座1的上端固定叠层导轨振动平台3，叠层导轨振动平台3的上端面连接动力传动系统2中的轴承固定底板2.6，偏心力发生器模块4同轴连接在动力传动系统2上，且将动力传动系统2整体置于底座1的内部。

如图2所示，为底座的结构立体图。底座1底端设有一对水平支撑型材1.6，每个支撑型材1.6下方安装有一对轮子1.2和一对可调支撑柱1.1，轮子1.2便于试验台的移动，可调支撑柱1.1确保试验台在试验时处于平稳状态。底座1的总体框架由铝型材构成方框形状，在水平支撑型材1.6的基础上固定设有支撑起整个试验台的四根竖直支撑型材1.4，为了保证其可靠性和稳定性，竖直支撑型材1.4进行了必要的辅助增稳设计，在竖直支撑型材1.4的中部和水平支撑型材1.6的两端固定连接斜向增稳型材1.3，使底座1构成三角形状的稳定结构，相邻竖直支撑型材1.4之间通过横向增稳型材1.5连接，保证底座1的稳定。竖直支撑型材1.4的上端面沿水平设置，便于后续设计和安装。

如图3所示，为叠层导轨振动平台的结构立体图。叠层导轨振动平台由正交设置的上下两层直线导轨机构构成，上层和下层的导轨机构结构相同。底座1的上端面固定连接呈四边形状的底部框架3.1，在底部框架3.1上表面固定导轨机构。以下层导轨机构为例，下层导轨机构包括四个支架3.4，沿Y轴方向的一对支架3.4之间设置平行于X轴方向的一根光轴3.2，在每一根光轴3.2上设置两个直线轴承3.6，直线轴承3.6上固定连接铝板3.8，作为上层导轨机构的基础。在每一层直线轴承运动的方向上均布置有一组弹簧3.3，通过上下两层方向正交布置的弹簧3.3，使得旋转试验台能在二维平面内保持平衡；为限制试验台的振动幅值，提高试验台的安全性，在每根光轴的一定位置上布置两个止推环3.5，以限制直线轴承3.6滑动的行程，调整止推环3.5使锁定方向的行程为零时还可以实现单方向振动试验，即锁定X或Y中一个方向的运动，可用于平面内某一特定方向的振动试验，以模拟直升机机身横向或纵向振动特性。此外，在光轴上设置橡胶环3.7，作为缓冲装置，降低硬性的冲击，延长设备的使用寿命。

如图4所示，为动力传动系统的主视剖面图。在上层导轨机构中的直线轴承3.6上安装一块大的方形铝板作为整的动力传动系统系统2的受力支承点，称为轴承固定底座2.6，轴承固定底座2.6和电机固定底板2.1通过支承型材2.2和型材接头2.11固定连接，构成相互平行的两个平面。驱动电机2.14置于电机固定底板2.1上，并由下往上依次连接传动法兰2.13、联轴器2.3、传动轴2.12、集流环2.4、轴套2.5、深沟球轴承2.8、轴承盖2.10和偏心力发生器模块固定底座2.7。传动轴2.12上端部固定装有轴套2.5，轴套2.5上端面与一块用于固定偏心力发生器4.4的偏心力发生器模块固定底座2.7凸台相连，凸台与轴承固定底座2.6中心的阶梯孔之间装有深沟球轴承2.8，其中深沟球轴承2.8的内圈与凸台过盈配合、外圈与轴承盖2.10、轴承固定底座2.6间为过盈配合，深沟球轴承2.8的内圈上表面处还装有轴承挡圈2.9，轴套2.5与偏心力发生器模块固定底座2.7之间通过螺钉固定连接，轴承盖2.10与轴承固定底座2.6之间通过螺钉固定连接，使驱动电机2.14与偏心力发生器模块固定底座2.7、轴承固定底座2.6同轴连接。传动轴2.12上安装有集流环2.4，便于电流和信号在旋转系与固定系间传输。该动力传动系统能提供一个旋转的试验环境，顶部铝板即偏心力发生器模块固定底座2.7用于安装振动台的激励源模块。在驱动电机2.14旋转时可开展旋转系条件下的振动主动控制试验，在驱动电机2.14不旋转时可开展固定系条件下的振动主动控制试验，这两种主动控制方案通过动力传动系统2能便捷切换。

如图5所示，为层叠导轨振动平台与动力传动系统装配后的立体图。将动力传动系统2的轴承固定底座2.6固定安装于叠层导轨振动平台3中上层导轨机构的直线轴承3.6上，使得整个传动系统能够整体跟随上层直线轴承一起运动，进而可实现整个传动系统随导轨振动平台在XY平面内运动。以达到模拟实际设备能在二维平面内振动且激励源在旋转系的试验条件。

如图6所示，为偏心力发生器模块的结构立体图。偏心力发生器模块包括底板4.1、端板4.2、中心铝框4.3和偏心力发生器4.4。底板4.1、中心铝框4.3和端板4.2相互配合连接，形成中空的正方体铝盒，并整体置于偏心力发生器模块固定底座2.7上。偏心力发生器4.4固定连接底板4.1并置于上述中空的正方体铝盒内，悬空在中心铝框中4.3中，底板4.1和端板4.2为相同的部件，偏心力发生器模块的各个部件均有必要的开孔，便于采用标准件安装和线缆布置。安装时要保证偏心力发生器4.4输出力的旋转中心与动力传动系统2的旋转中心相同，减小因两部分不同轴而引入额外的1Ω的振动，完成安装后效果如图7所示。此外，偏心力发生器模块4上方可以安装其他设备，以达到在旋转系中开展相关试验的要求。

本发明振动试验台是所属领域国内外首次公开此类专用振动试验台，具有开创性意义。采用叠层导轨机构振动平台等模块化设计，结构简洁、拓展方便、易于工程实现。通过驱动电机的旋转与不旋转模拟旋转系与固定系激励下被控对象的振动特性；通过调整止推环的行程模拟XY二维平面内的运动或X/Y方向的单方向运动，单方向运动仅模拟直升机机身横向或纵向的振动特性。本振动试验台虽然整体结构简洁，但可实现直升机桨毂振动特性的全方位模拟，创造性解决了直升机桨毂振动特性难以模拟的工程难题。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)

1.一种基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：包括底座(1)、叠层导轨振动平台(3)和动力传动系统(2)，所述底座(1)的上端面支撑连接所述叠层导轨振动平台(3)，该叠层导轨振动平台(3)分为上下两层，每层均设有一对水平面上相平行的直线导轨机构，且上层导轨机构与下层导轨机构相互正交，以实现该叠层导轨振动平台(3)在该正交方向构成的平面内的运动，每层直线导轨机构均包括两根光轴，光轴上还设有限制其运动行程的止推环和减缓冲击的橡胶环，通过调节止推环之间的距离以实现二维振动幅值可调节；在该叠层导轨振动平台(3)的上层导轨机构正上方设有偏心力发生器模块(4)，该偏心力发生器模块(4)设有偏心力发生器(4.4)，且该偏心力发生器(4.4)与动力传动系统(2)同轴；所述动力传动系统(2)包括驱动电机(2.14)，基于驱动电机(2.14)旋转以提供旋转的实验环境；所述偏心力发生器模块(4)跟随该动力传动系统(2)转动，同时产生激励使叠层导轨振动平台(3)运动，以实现基于旋转力激励的二维平面内可调节的振动，动力传动系统(2)控制驱动电机(2.14)旋转时，所述试验台开展旋转系条件下的振动主动控制试验，动力传动系统(2)控制驱动电机(2.14)不旋转时，所述二维平面振动试验台开展固定系条件下的振动主动控制试验。

2.根据权利要求1所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：所述动力传动系统(2)包括轴承固定底座(2.6)和驱动电机(2.14)，所述轴承固定底座(2.6)固定连接所述上层导轨机构的上端面，以实现动力传动系统(2)与叠层导轨振动平台(3)的同步运动；该轴承固定底座(2.6)的正上方设有所述偏心力发生器模块(4)，用于安装试验台的偏心力发生器模块(4)，并通过传动轴(2.12)与驱动电机(2.14)同轴连接。

3.根据权利要求2所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：所述叠层导轨振动平台(3)的下层导轨机构包括若干个底部框架(3.1)，在底部框架(3.1)上固定连接若干个支架(3.4)，相邻支架(3.4)之间固定安装一根光轴(3.2)，所述光轴(3.2)上贯穿连接直线轴承(3.6)，上层导轨机构与下层导轨机构的结构一致；在下层导轨机构的直线轴承(3.6)上端面固定连接铝板(3.8)以支撑上层导轨机构，实现上层导轨机构和下层导轨机构的连接。

4.根据权利要求3所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：在所述上层导轨机构和下层导轨机构的直线轴承(3.6)运动方向上分别设置弹簧(3.3)，使振动台在无激励条件下能够回到初始平衡位置。

5.根据权利要求3或4所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：所述底座(1)的四个角上设有可调支撑杆(1.1)，所述可调支撑杆(1.1)通过安装板与轮子(1.2)固定连接，所述安装板上方设有水平支撑型材(1.6)，该水平支撑型材(1.6)上表面固定连接若干竖直支撑型材(1.4)，该竖直支撑型材(1.4)的中部与水平支撑型材(1.6)的两端通过斜向增稳型材(1.3)固定连接，使底座(1)成为稳定的三角形状，相邻竖直支撑型材(1.4)通过横向增稳型材(1.5)固定连接。

6.根据权利要求5所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：所述动力传动系统(2)还包括电机固定底板(2.1)，所述电机固定底板(2.1)通过支撑型材(2.2)固定在轴承固定底座的正下方，并与轴承固定底座(2.6)平行。

7.根据权利要求6所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：所述动力传动系统(2)的传动轴(2.12)上安装有集流环(2.4)，便于电流和信号的传输。

8.根据权利要求7所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：所述动力传动系统(2)的传动轴(2.12)上端部固定装有轴套(2.5)，该轴套(2.5)的上端面与一块用于固定偏心力发生器(4.4)的偏心力发生器模块固定底座(2.7)相连，该偏心力发生器模块固定底座(2.7)与轴承固定底座(2.6)中心的阶梯孔之间装有深沟球轴承(2.8)，该深沟球轴承(2.8)的内圈与所述偏心力发生器模块固定底座(2.7)过盈配合，外圈与轴承盖(2.10)、轴承固定底座(2.6)间为过盈配合，该深沟球轴承(2.8)的内圈上表面处还装有轴承挡圈(2.9)。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的基于旋转力激励的二维平面振动试验台，其特征在于：所述偏心力发生器模块(4)包括底板(4.1)、偏心力发生器(4.4)、中心铝框(4.3)和端板(4.2)，所述底板(4.1)、中心铝框(4.3)和端板(4.2)相互配合连接，形成中空的正方体铝盒，并整体置于所述偏心力发生器模块固定底座(2.7)上，所述偏心力发生器(4.4)固定连接于底板(4.1)上并置于该中空的正方体铝盒内。

Images