CN212458823U - 一种三自由度振动台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三自由度振动台，包括反力质量底座、固定在反力质量底座上的安装座板，安装座板上依次设置有X向台板、旋转台板以及振动台板，X向台板两侧分别连接设置沿着X向排列的第一直线电机和第二直线电机，第一直线电机和第二直线电机分别通过一连杆连接驱动X向台板的对角端部，旋转台板通过若干弧形滑块和若干弧形导轨安装在X向台板上；振动台板通过一沿着Y向排布的第三直线电机设置在旋转台板。采用直线电机作为执行机构，将直线运动耦合成振动台面的三自由度运动，具有噪音低、效率高、行程大，工作频率范围广的显著优点，克服了现有液压振动台和电磁振动台的缺点，满足不同试验需求。

Description

一种三自由度振动台

技术领域

本实用新型涉及振动台技术领域，特别涉及一种三自由度振动台。

背景技术

振动台又称振动激励器或振动发生器，是一种利用电动、电液压、压电或其他原理获得机械振动的装置。其原理是将激励信号输入一个置于磁场中的线圈，来驱动和线圈相联的工作台。电磁式振动台主要用于200Hz以上的振动测量。在200Hz以下的频率范围，常使用电液式振动台，这时振动信号的性质由电伺服系统控制。液压驱动系统可以给出较大的位移和冲击力。振动台可以用于加速度计的校准，也可用于电声器件的振动性能测试和其他的振动试验。对于不同的测试物和技术指标，应注意选用不同结构和激励范围的振动台。

现有的液压振动台具有以下缺陷：需要配备液压油源，工作噪音大；能源转换效率低；维护成本高，维护频率高；漏油容易污染环境。同时，电磁振动台也具有以下缺陷：工作行程较短，通常不超过70mm；体积较大；多轴耦合工况较差，最多不超过3轴；功率频率一般在1Hz以上，低频性能差；需要强制冷却措施。针对现有液压振动台、电磁振动台具有的缺陷，需要对振动台进一步优化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种三自由度振动台，具有噪音低、效率高、行程大，工作频率范围广的显著优点，弥补现有液压振动台和电磁振动台的缺点，满足不同试验需求。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种三自由度振动台，包括反力质量底座、固定在所述反力质量底座上的安装座板，所述安装座板上依次设置有X向台板、旋转台板以及振动台板，所述X向台板两侧分别连接设置沿着X向排列的第一直线电机和第二直线电机，所述第一直线电机和所述第二直线电机分别通过一连杆连接驱动所述X向台板的对角端部，所述旋转台板通过若干弧形滑块和若干弧形导轨安装在所述X向台板上；所述振动台板通过一沿着Y向排布的第三直线电机设置在所述旋转台板。

进一步的，所述第一直线电机和第二直线电机沿着X向背向安装在所述安装座板，所述X向台板的前后两侧部分别设置有所述连杆，两个所述连杆分别沿着相反方向分别于所述第一直线电机和所述第二直线电机连接。

进一步的，所述第一直线电机或者所述第二直线电机的动子固定一X向连接座，所述连杆两端分别通过一铰接件连接所述X向连接座和所述X向台板。

进一步的，所述X向台板通过一组X向滑块安装在固定在所述安装座板上的X向导轨上；所述X向连接座分别通过一驱动滑块安装在所述X向导轨，所述驱动滑块位于所述X向滑块的外侧。

进一步的，所述驱动滑块在沿着X向在相对的另一侧分别设置有辅助支撑滑块，所述辅助支撑滑块通过一辅助连接座与所述X向台板连接。

进一步的，多个所述弧形导轨沿着同一旋转中心并沿着同一旋转半径均匀分布在所述X向台板的上表面，对应每一所述弧形导轨设置一弧形滑块，所述旋转台板的下表面固定在所述弧形滑块上。

进一步的，所述旋转台板上设置有一组Y向导轨，所述振动台板通过一Y向滑块安装在所述Y向导轨上，所述第三直线电机通过一Y向连接座与所述振动台板的下表面连接。

进一步的，所述反力质量底座上设置有第一伺服控制器、第二伺服控制器、第三伺服控制器，所述第一伺服控制器与所述第一直线电机电性连接，所述第二伺服控制器与所述第二直线电机电性连接，所述第三伺服控制器与所述第三直线电机电性连接。

可选的，所述反力质量底座上开设有若干均匀排布的底座安装槽和底座安装孔，用于连接固定安装座板等结构件。

可选的，一组安装台板通过一设置在中间的固定条板连接固定在所述反力质量底座，在所述安装台板两端分别设置有提把手。

可选的，所述Y向导轨上的Y向滑块设置有手动锁紧件，用于将所述Y向滑块锁紧在所述Y向导轨。

采用上述技术方案，本实用新型实施例的三自由度振动台，采用X向台板、旋转台板以及振动台板依次设置，采用三个伺服驱动的直线电机来实现X向、Y向以及沿着竖直方向旋转三个自由度的振动，克服了现有液压伺服及电磁伺服的技术缺点，同时满足测试过程中对设备噪声等级的要求，与传统电磁振动台相比，具有较好的低频特性和较大位移指标，同时与液压振动台相比，工作噪音较小，使用电能作为清洁能源，无能源转换过程，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的三自由度振动台三维结构图；

图2为本实用新型实施例的三自由度振动台主视结构图；

图3为本实用新型实施例的三自由度振动台俯视结构图；

图4为本实用新型实施例的直线伺服电机三维结构图；

图5为本实用新型实施例的三自由度振动台系统控制原理图；

图中，1－反力质量底座，101－底座安装槽，102－底座安装孔，2－安装座板，3－提把手，4－固定条板，5－X向导轨，6－第一直线电机，61－电机定子，62－电机动子，7－第二直线电机，8－X向台板，9－X向滑块，10－驱动滑块，11－X向连接座，12－铰接件，13－连杆，14－旋转台板，15－弧形滑块，16－弧形导轨，17－第三直线电机，18－Y向连接座，19－Y向导轨，20－Y向滑块，21－手动锁紧件，22－振动台板，23－螺钉孔，24－辅助支撑滑块，25－辅助连接座，26－第一伺服控制器、27－第二伺服控制器、28－第三伺服控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1－3所示，本实用新型实施例提供了一种三自由度振动台，包括反力质量底座1、固定在所述反力质量底座1上的安装座板2，所述安装座板2上依次设置有X向台板8、旋转台板14以及振动台板22，所述X向台板8两侧分别连接设置沿着X向排列的第一直线电机6和第二直线电机7，所述第一直线电机6和所述第二直线电机7分别通过一连杆13连接驱动所述X向台板8的对角端部，所述旋转台板14通过若干弧形滑块15和若干弧形导轨16安装在所述X向台板8上；所述振动台板22通过一沿着Y向排布的第三直线电机17设置在所述旋转台板14。

具体的，所述第一直线电机6和第二直线电机7沿着X向背向安装在所述安装座板2，所述X向台板8的前后两侧部分别设置有所述连杆13，两个所述连杆13分别沿着相反方向分别于所述第一直线电机6和所述第二直线电机7连接。

如图4所示，直线伺服电机一般包括电机定子61以及设置在电机定子61上的电机动子62，直线电机驱动原理是将直线电机定子61的磁轨固定，电机动子62通过滑块、球铰、连杆等与X向台板、振动台板等相连，电机定子61通过高柔性线缆与伺服驱动器连接。所述第一直线电机6或者所述第二直线电机7的动子固定一X向连接座11，所述连杆13两端分别通过一铰接件12连接所述X向连接座11和所述X向台板8。

工作时，第一直线电机6和第二直线电机7分别沿着相反方向往复运动时，此时X向台板8在X向受到连杆13同一方向的驱动力，从而实现X向振动；第一直线电机6和第二直线电机7分别沿着相同方向往复运动时，此时X向台板8在X向前后两侧受到连杆13相反方向的驱动力，在铰接件12以及剪切力的作用下，旋转台板14相对于X向台板8往复旋转，从而实现旋转振动。

如图2所示，所述X向台板8通过一组X向滑块9安装在固定在所述安装座板2上的X向导轨5上；所述X向连接座11分别通过一驱动滑块10安装在所述X向导轨5，所述驱动滑块10位于所述X向滑块9的外侧。低摩擦导轨与驱动滑块用于连接直线电机的动子和铰接件12，同时承受一定的侧向载荷，可保证直线电机运动精度。

可选的，所述驱动滑块10在沿着X向在相对的另一侧分别设置有辅助支撑滑块24，所述辅助支撑滑块24通过一辅助连接座25与所述X向台板8连接。驱动滑块10与辅助支撑滑块24在X向台板相对对称的两侧，从而使得X向台板往复振动时，质量分布以及受力更加均匀，运行更加平稳。

其中，多个所述弧形导轨16沿着同一旋转中心并沿着同一旋转半径均匀分布在所述X向台板8的上表面，对应每一所述弧形导轨16设置一弧形滑块15，所述旋转台板14的下表面固定在所述弧形滑块15上。具体的，如图3所示，四组弧形相同的弧形导轨16沿着同一半径的圆周均匀分布在X向台板8，那么旋转台板14至少可以在弧形导轨16长度范围内往复旋转，从而实现旋转振动效果。

如图2所示，所述旋转台板14上设置有一组Y向导轨19，所述振动台板22通过一Y向滑块20安装在所述Y向导轨19上，所述第三直线电机17通过一Y向连接座18与所述振动台板22的下表面连接。第三直线电机17在Y向往复移动，带动振动台板22在Y向实现振动。

如图1所示，所述振动台板22上设置有若干组螺钉孔23，被测试试件通过螺栓安装在振动台板22的螺钉孔23上，按照既定的频率、振幅进行正弦或随机振动，验证试件的抗震性能或者在振动情况下的工作情况。

具体的，所述反力质量底座1上设置有第一伺服控制器26、第二伺服控制器27、第三伺服控制器28，所述第一伺服控制器26与所述第一直线电机6电性连接，所述第二伺服控制器27与所述第二直线电机7电性连接，所述第三伺服控制器28与所述第三直线电机17电性连接。

如图5所示，通过设置在直线伺服电机或者集成在直线伺服电机的速度、角速度等传感器获得电机运行状态信息，伺服控制器根据传感器采集的电机运行信号，通过PID控制器时间位置控制环、速度控制环以及力控制环，从而能够根据试验指标精确地实现振动条件的模拟。从而，驱动器及伺服控制器用于接收上位机指令，并将指令转化为控拟量控制信号，通过驱动器放大为直线电机的交流电信号，驱动电机运动。

可选的，所述反力质量底座1上开设有若干均匀排布的底座安装槽101和底座安装孔102，用于连接固定安装座板等结构件。反力质量底座1一般用于提供振动台的运动反力，降低振动加速度对周围环境的影响，同时，反力质量带有隔振弹簧，降低了外界环境的振动对试验结果本身的干扰。反力质量可由混凝土或者铸铁制造，具备用于安装导轨的安装平面。

可选的，一组安装台板2通过一设置在中间的固定条板4连接固定在所述反力质量底座1，在所述安装台板2两端分别设置有提把手3。

可选的，所述Y向导轨19上的Y向滑块20设置有手动锁紧件21，用于将所述Y向滑块20锁紧在所述Y向导轨19。

本实用新型实施例的三自由度振动台，采用X向台板、旋转台板以及振动台板依次设置，采用三个伺服驱动的直线电机来实现X向、Y向以及沿着竖直方向旋转三个自由度的振动，克服了现有液压伺服及电磁伺服的技术缺点，同时满足测试过程中对设备噪声等级的要求，与传统电磁振动台相比，具有较好的低频特性和较大位移指标，同时与液压振动台相比，工作噪音较小，使用电能作为清洁能源，无能源转换过程，效率高。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

在本实用新型专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“排”、“列”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型专利新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型专利的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在实用新型专利中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”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，除非另有明确的限定。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实用新型专利中的具体含义。

在本实用新型专利中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种三自由度振动台，其特征在于，包括反力质量底座、固定在所述反力质量底座上的安装座板，所述安装座板上依次设置有X向台板、旋转台板以及振动台板，所述X向台板两侧分别连接设置沿着X向排列的第一直线电机和第二直线电机，所述第一直线电机和所述第二直线电机分别通过一连杆连接驱动所述X向台板的对角端部，所述旋转台板通过若干弧形滑块和若干弧形导轨安装在所述X向台板上；所述振动台板通过一沿着Y向排布的第三直线电机设置在所述旋转台板。

2.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述第一直线电机和第二直线电机沿着X向背向安装在所述安装座板，所述X向台板的前后两侧部分别设置有所述连杆，两个所述连杆分别沿着相反方向分别于所述第一直线电机和所述第二直线电机连接。

3.根据权利要求2所述的三自由度振动台，其特征在于，所述第一直线电机或者所述第二直线电机的动子固定一X向连接座，所述连杆两端分别通过一铰接件连接所述X向连接座和所述X向台板。

4.根据权利要求3所述的三自由度振动台，其特征在于，所述X向台板通过一组X向滑块安装在固定在所述安装座板上的X向导轨上；所述X向连接座分别通过一驱动滑块安装在所述X向导轨，所述驱动滑块位于所述X向滑块的外侧。

5.根据权利要求4所述的三自由度振动台，其特征在于，所述驱动滑块在沿着X向在相对的另一侧分别设置有辅助支撑滑块，所述辅助支撑滑块通过一辅助连接座与所述X向台板连接。

6.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，多个所述弧形导轨沿着同一旋转中心并沿着同一旋转半径均匀分布在所述X向台板的上表面，对应每一所述弧形导轨设置一弧形滑块，所述旋转台板的下表面固定在所述弧形滑块上。

7.根据权利要求6所述的三自由度振动台，其特征在于，所述旋转台板上设置有一组Y向导轨，所述振动台板通过一Y向滑块安装在所述Y向导轨上，所述第三直线电机通过一Y向连接座与所述振动台板的下表面连接。

8.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述反力质量底座上设置有第一伺服控制器、第二伺服控制器、第三伺服控制器，所述第一伺服控制器与所述第一直线电机电性连接，所述第二伺服控制器与所述第二直线电机电性连接，所述第三伺服控制器与所述第三直线电机电性连接。

9.根据权利要求1所述的三自由度振动台，其特征在于，所述反力质量底座上开设有若干均匀排布的底座安装槽和底座安装孔，一组安装台板通过一设置在中间的固定条板连接固定在所述反力质量底座，在所述安装台板两端分别设置有提把手。

10.根据权利要求7所述的三自由度振动台，其特征在于，所述Y向导轨上的Y向滑块设置有手动锁紧件，用于将所述Y向滑块锁紧在所述Y向导轨。

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