CN113188738B - 一种自回位的低频水平摆圆振动台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自回位的低频水平摆圆振动台，能够采用单个动力输入，达到低频下水平摆圆的振动输出效果。振动台从下往上依次为：底板、中板和上板；底板、中板和上板均水平设置；此外，还包括驱动组件、设置在底板和中板之间的下滑动组件以及设置在中板和上板之间的上滑动组件；下滑动组件用于实现中板相对底板沿X方向的滑动，上滑动组件用于实现上板相对中板沿Y方向的滑动；驱动组件包括：电机、螺旋槽盘、旋转臂、滑轮、弹簧与导向机构和曲轴；螺旋槽盘一侧端面上加工有螺旋槽作为轨道。本发明的振动台能够采用单个动力输入，即可达到低频下水平摆圆的振动输出效果，即能够在单个输入的条件下，提供低频、大位移水平摆圆运动，结构简单，维护性好，易小型化。

Description

一种自回位的低频水平摆圆振动台

技术领域

本发明涉及一种振动台，具体涉及一种适用于低频、大位移条件下的水平摆圆振动。

背景技术

振动台作为振动发生设备，在各种测量、试验中有着广泛应用。根据提供激励的要求不同，振动台的设计方式也有很大差别。常用的电动式、电磁式振动台可以满足高频振动的要求，但难以完成低频、大位移振动，其结构形式也较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自回位的低频水平摆圆振动台，能够采用单个动力输入，达到低频下水平摆圆的振动输出效果。

自回位的低频水平摆圆振动台，所述振动台整体为三层结构，从下往上依次为：底板、中板和上板；所述底板、中板和上板均水平设置；

此外，还包括驱动组件、设置在底板和中板之间的下滑动组件以及设置在中板和上板之间的上滑动组件；

令底板所在平面内两个相互垂直的方向分别为X方向和Y方向，所述下滑动组件用于实现所述中板相对所述底板沿X方向的滑动，所述上滑动组件用于实现所述上板相对中板沿Y方向的滑动；

所述驱动组件包括：电机、螺旋槽盘、旋转臂、滑轮、弹簧与导向机构和曲轴；

所述螺旋槽盘中心具有中心孔，螺旋槽盘一侧端面上加工有螺旋槽作为轨道；

所述旋转臂具有旋转轴以及连接在旋转轴一端与旋转轴轴向垂直的平板臂；

所述电机安装在底板上，所述螺旋槽盘支撑在底板上；所述旋转臂平板臂所在端位于螺旋槽盘上方，旋转轴所在端穿过螺旋槽盘的中心孔后与所述电机的输出轴同轴固接；

所述滑轮位于所述螺旋槽盘的螺旋槽内，能够沿该螺旋槽所形成的轨道运动；所述曲轴下端面的柱形凸起位于平板臂上的条形槽内，上端面的柱形凸起与上板连接；所述滑轮通过弹簧导向机构与所述曲轴下端面的柱形凸起相连，通过所述弹簧导向机构使所述滑轮能够相对曲轴上下移动且在移动时受到向下的弹簧力的作用，在所述弹簧导向机构弹簧力的作用下，所述滑轮被顶在螺旋槽盘的螺旋槽内。

作为本发明的一种优选方式，所述螺旋槽盘上螺旋槽包括内圈和外圈，所述内圈在水平面内为向外展开的渐开线，用于将所述滑轮从中心位置引导至外圈；所述外圈的终点与外圈起始点相连，外圈螺旋展开的同时在高度方向上逐渐升高，从而在外圈的终点和外圈的起始点之间形成台阶。

作为本发明的一种优选方式，所述弹簧导向机构包括：导向杆、直线轴承、弹簧和转动轴承；

所述曲轴下端面的柱形凸起所在位置加工有中心通孔，所述导向杆的上端通过直线轴承安装在曲轴下端面的柱形凸起的中心通孔内，导向杆的下端通过转动轴承与滑轮相连；所述弹簧套装在导向杆上，一端与曲轴下端面的柱形凸起抵触，另一端与导向杆上的环形台阶抵触。

作为本发明的一种优选方式，所述下滑动组件包括：下导轨和下滑块；

两根沿X方向设置的下导轨通过导轨支架支撑在底板上表面，每根下导轨上安装两个下滑块，所述下滑块与下导轨滑动配合；所述下滑块与所述中板相连。

作为本发明的一种优选方式，所述上滑动组件包括：上导轨和上滑块；

两根沿Y方向设置的上导轨通过导轨支架支撑在中板上表面，每根上导轨上安装两个上滑块，上滑块与上导轨滑动配合；所述上滑块与所述上板相连。

有益效果：

(1)本发明的振动台能够采用单个动力输入，即可达到低频下水平摆圆的振动输出效果，即能够在单个输入的条件下，提供低频、大位移水平摆圆运动，结构简单，维护性好，易小型化。

(2)本发明的振动台具有自展开、自回位功能，启动时上板向外平移展开，停止前上板向中间回位，可以有效避免偏心转动。

(3)本发明的振动台采用双层直线导轨作为水平承载部件，具有更高的承载能力与承载刚度，实现了承载部件和导向运动部件的功能分离，避免了导向槽与动力元件的承载，可靠性更高。

附图说明

图1为本发明的振动台的总体结构示意图；

图2为本发明中上下导轨结构简图；

图3为本发明中自展开回位机构剖面简图；

图4为本发明中旋转臂-滑轮-曲轴机构简图；

图5为螺旋槽简图；

其中：1-底板、2-中板、3-下导轨、4-下滑块、5-上导轨、6-上滑块、7-电机、8-支撑架、9-螺旋槽盘、10-旋转臂、11-滑轮、12-弹簧与导向机构、13-曲轴、14-上板、15-防尘罩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

为了同时在两个水平方向上发生振动激励，水平方向上的摆圆运动是一种较好的解决方案。一般来说，水平方向上的两个自由度需要两个输入来完成运动，但由于摆圆运动的特殊性，在固定摆圆半径时，其轨迹是一定的，因此可以采用预设的导向装置来限定其运动，完成在单个动力输入下的水平摆圆运动。

基于给设计思路，本实施例提供能够在单个输入的条件下，提供低频、大位移水平摆圆运动的振动台。

如图1-图3所示，该振动台包括：底板1、中板2、下导轨3、下滑块4、上导轨5、上滑块6、电机7、螺旋槽盘9、旋转臂10、滑轮11、弹簧与导向机构12、曲轴13和上板14。

该振动台的整体连接关系为：该振动台为三层结构，从下往上依次为水平设置的底板1、中板2、上板14；底板1上平行设置两根下导轨3，下导轨3通过其两端的导轨支架安装在底板1上；每根下导轨3上安装两个下滑块4，下滑块4能够沿下导轨3滑动；下滑块4通过螺钉与中板2固定连接，由此使中板2可以相对底板1单方向平动(即沿下导轨3滑动)。

中板2上平行设置两根上导轨5，上导轨5通过其两端的导轨支架安装在中板2上；每根上导轨5上安装两个上滑块6，上滑块6能够沿上导轨5滑动；上滑块6通过螺钉与上板14固定连接，由此使上板14可以相对中板2单方向平动(即沿上导轨5滑动)。

下导轨3和上导轨5在水平面内相互垂直，为描述方便，令底板1所在平面内两个相互垂直的方向分别为X方向和Y方向，下导轨3沿X方向设置，上导轨5沿Y方向设置；则在水平面内，中板2相对底板1能够沿X方向滑动，上板6相对中板2能够沿Y方向滑动。

如图5所示，螺旋槽盘9中心具有中心孔，螺旋槽盘9一侧端面上加工有螺旋槽作为轨道。

电机7安装在底板1上，螺旋槽盘9通过支撑架8(支撑架8一端支撑在电机固定座上，另一端穿过中板2的中心孔后支撑螺旋槽盘9)支撑在底板1上；如图4所示，旋转臂10具有旋转轴以及连接在旋转轴一端与旋转轴轴向垂直的平板臂；旋转臂10平板臂所在端位于螺旋槽盘9上方，旋转轴所在端穿过螺旋槽盘9的中心孔后与电机7的输出轴同轴固接；由此，通过电机7驱动旋转臂10绕其旋转轴的轴线转动。

滑轮11位于螺旋槽盘9的螺旋槽内，能够沿该螺旋槽所形成的轨道运动。旋转臂10的平板臂上加工有通孔，曲轴13下端面的柱形凸起位于平板臂上的条形槽内(曲轴13下端面的柱形凸起只能在该条形槽内运动)，上端面的柱形凸起与上板14连接；滑轮11通过弹簧导向机构12与曲轴13下端面的柱形凸起相连，通过弹簧导向机构12使滑轮11可以相对曲轴13上下移动且在移动时受到向下的弹簧力的作用，受弹簧力的影响，滑轮11被顶在螺旋槽盘9的螺旋槽内，只能在螺旋槽盘的螺旋槽内移动。

具体的：弹簧导向机构12包括：导向杆、直线轴承、弹簧和转动轴承；其中曲轴13下端面的柱形凸起所在位置加工有中心通孔，导向杆的上端通过直线轴承安装在曲轴13下端面的柱形凸起的中心通孔内，导向杆的下端通过转动轴承与滑轮相连；弹簧套装在导向杆上，一端与曲轴13下端面的柱形凸起抵触，另一端与导向杆上的环形台阶抵触；直线轴承允许滑轮11及导向杆上下运动，配合弹簧达到移动后回位的效果，并保证滑轮11被顶在螺旋槽盘9的螺旋槽内；转动轴承连接滑轮与导向杆，以保证滑轮能够自由转动。

螺旋槽盘9上螺旋槽的设计如图5所示，该螺旋槽包括内圈和外圈，为了使上板14能够自行向外平行展开，内圈在水平面内为向外展开的渐开线，从而将滑轮11从中心位置引导至外圈(可以理解为内圈的起始点位于中间位置，内圈的终点即为外圈的起始点)；滑轮运动到内圈终点就完成了展开，外圈用于提供运动轨道；外圈终点与外圈起始点相连，外圈螺旋展开的同时在竖直方向设计为向上的斜坡，即外圈在高度方向上逐渐升高，从而在外圈的终点和外圈的起始点之间形成台阶。在滑轮11上弹簧力的作用下，滑轮11每绕外圈一圈从坡顶台阶下落一次。电机7反转时，由于被台阶阻挡，滑轮11只能从外圈回到内圈，运动至初始位置，完成自动回位。这种设计能够保证在正转时滑轮11会始终保持在外圈，而反转时则沿轨道顺利收回。

该振动台的工作原理为：电机7带动旋转臂10转动，旋转臂10带动曲轴13运动。由于上板14与曲轴13相连，曲轴13与滑轮11相连，而滑轮11被限制在螺旋槽盘9的螺旋槽内；于是上板14就按螺旋槽的预定轨迹向外平行展开，达到螺旋槽外圈后随旋转臂10一起运动。由于上下导轨限制了上板14的转动，上板14只能进行平面摆圆，满足预定的运动要求。电机7反转时，滑轮11沿螺旋槽运动，将上板14带回中部，达到自动回位的效果，最终停止振动。

具体的：电机7正转时，通过旋转臂10带动滑轮11沿螺旋槽盘9中的轨道正弦旋转，向外展开，进而通过曲轴13带动上板14向外展开并转动。由于上下导轨的限制，上板14无法产生转动，只能进行平动。在滑轮11运动至螺旋槽外圈后，在弹簧与导向机构12的作用下，每转过一圈，滑轮11都会从逐渐升高的螺旋槽中下落一次并继续转动，使上板14完成完整的摆圆运动；电机7反转时，旋转臂10带动滑轮11沿螺旋槽盘9中的螺旋槽反向旋转。由于高度上存在台阶，滑轮11无法一直在外圈运动，在螺旋槽的引导下向内收回，进而带动上板完成归中回位。

上板14上可以放置隔震支座样机，以实现对隔震支座样机的考核。

由于采用单个动力输入，该振动台结构简单，维护性好，易小型化；且振动台具有自展开、自回位功能，启动时上板向外侧展开，停止前上板向中间回位，可以有效避免偏心转动，具有更好的展示效果；采用双层直线导轨作为水平承载部件，具有更高的承载能力与承载刚度，实现了承载部件和导向运动部件的功能分离，避免了功能元件的承载，可靠性更高。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，还包括调平螺钉；在底板1的下表面呈矩形分布有四个调平螺钉，用于调整底板1的平面度。

此外，还可在该振动台外部增加防尘罩15，上板14上用于放置隔震支座样机的平台伸出防尘罩15。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种自回位的低频水平摆圆振动台，其特征在于：所述振动台整体为三层结构，从下往上依次为：底板（1）、中板（2）和上板（14）；所述底板（1）、中板（2）和上板（14）均水平设置；

此外，还包括驱动组件、设置在底板（1）和中板（2）之间的下滑动组件以及设置在中板（2）和上板（14）之间的上滑动组件；

令底板（1）所在平面内两个相互垂直的方向分别为X方向和Y方向，所述下滑动组件用于实现所述中板（2）相对所述底板（1）沿X方向的滑动，所述上滑动组件用于实现所述上板（14）相对中板（2）沿Y方向的滑动；

所述驱动组件包括：电机（7）、螺旋槽盘（9）、旋转臂（10）、滑轮（11）、弹簧导向机构（12）和曲轴（13）；

所述螺旋槽盘（9）中心具有中心孔，螺旋槽盘（9）一侧端面上加工有螺旋槽作为轨道；

所述旋转臂（10）具有旋转轴以及连接在旋转轴一端与旋转轴轴向垂直的平板臂；

所述电机（7）安装在底板（1）上，所述螺旋槽盘（9）支撑在底板（1）上；所述旋转臂（10）的平板臂所在端位于螺旋槽盘（9）上方，旋转轴所在端穿过螺旋槽盘（9）的中心孔后与所述电机（7）的输出轴同轴固接；

所述滑轮（11）位于所述螺旋槽盘（9）的螺旋槽内，能够沿该螺旋槽所形成的轨道运动；所述曲轴（13）下端面的柱形凸起位于平板臂上的条形槽内，上端面的柱形凸起与上板（14）连接；所述滑轮（11）通过弹簧导向机构（12）与所述曲轴（13）下端面的柱形凸起相连，通过所述弹簧导向机构（12）使所述滑轮（11）能够相对曲轴（13）上下移动且在移动时受到向下的弹簧力的作用，在所述弹簧导向机构（12）弹簧力的作用下，所述滑轮（11）被顶在螺旋槽盘（9）的螺旋槽内；

所述螺旋槽盘（9）上螺旋槽包括内圈和外圈，所述内圈在水平面内为向外展开的渐开线，用于将所述滑轮（11）从中心位置引导至外圈；所述外圈的终点与外圈起始点相连，外圈螺旋展开的同时在高度方向上逐渐升高，从而在外圈的终点和外圈的起始点之间形成台阶。

2.如权利要求1所述的自回位的低频水平摆圆振动台，其特征在于：所述弹簧导向机构（12）包括：导向杆、直线轴承、弹簧和转动轴承；

所述曲轴（13）下端面的柱形凸起所在位置加工有中心通孔，所述导向杆的上端通过直线轴承安装在曲轴（13）下端面的柱形凸起的中心通孔内，导向杆的下端通过转动轴承与滑轮相连；所述弹簧套装在导向杆上，一端与曲轴（13）下端面的柱形凸起抵触，另一端与导向杆上的环形台阶抵触。

3.如权利要求1所述的自回位的低频水平摆圆振动台，其特征在于：所述下滑动组件包括：下导轨（3）和下滑块（4）；

两根沿X方向设置的下导轨（3）通过导轨支架支撑在底板（1）上表面，每根下导轨（3）上安装两个下滑块（4），所述下滑块（4）与下导轨（3）滑动配合；所述下滑块（4）与所述中板（2）相连。

4.如权利要求1所述的自回位的低频水平摆圆振动台，其特征在于：所述上滑动组件包括：上导轨（5）和上滑块（6）；

两根沿Y方向设置的上导轨（5）通过导轨支架支撑在中板（2）上表面，每根上导轨（5）上安装两个上滑块（6），上滑块（6）与上导轨（5）滑动配合；所述上滑块（6）与所述上板（14）相连。

5.如权利要求1所述的自回位的低频水平摆圆振动台，其特征在于：在所述底板（1）的下表面呈矩形分布有四个调平螺钉，用于调整底板（1）的平面度。

6.如权利要求1所述的自回位的低频水平摆圆振动台，其特征在于：所述振动台外部设置有防尘罩（15），所述上板（14）上用于试样样品平台伸出所述防尘罩（15）。

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