专利名称：一种三轴向机械解耦装置及振动试验系统的制作方法
技术领域：
本发明属于力学环境试验技术领域，具体涉及一种三轴向机械解耦装置及振动试验系统。
背景技术：
现实环境中大多数产品的自然振动环境都是多方向、多自由度的复合振动环境， 现有的单轴向的激振器无法实现同时三个轴向的振动模拟。三轴向的同时振动需要在三个轴向上分别设置单自由度激振器，而现有的连接工作平台和单自由度激振器的机械解耦装置易导致三个单自由度激振器之间存在较强的运动交叉耦合，使振动台本身和非传力方向的运动自由度产生侧向限位约束。目前现有的振动试验在需要进行三个轴向同时振动时，一般采用依次分别进行试件三轴向的振动试验。采用单轴向振动试验设备和试验方法必然要增加试验的时间，同时该单轴向振动试验方式所能对实际振动环境的还原性较差，无法真实地再现真实的振动环境。随着产品精度、可靠性要求及试验效率的不断提高，单向振动试验已不能满足振动环境的试验要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现三个轴向同时激振工作平台连接的机构三轴向机械解耦装置及振动试验系统。本发明是这样实现的一种三轴向机械解耦装置，包括工作平台和球形静压轴承；所述工作平台为金属制板状，在其侧面上设有两个相互垂直且与工作平台上下端面垂直的安装面，球形静压轴承的分别安装在工作平台下端面、工作平台X向侧面和工作平台Y向侧面上，球形静压轴承的另一侧与振动发生器连接。三个球形静压轴承的一侧固定安装在工作平台下端面上，三个球形静压轴承的另一侧与Z向振动发生器固定连接；一个球形静压轴承的一侧固定安装在工作平台X向侧面上，上述一个球形静压轴承的另一侧与X向振动发生器固定连接；两个球形静压轴承的一侧固定安装在工作平台Y向侧面上，上述两个球形静压轴承的另一侧与Y向振动发生器固定连接。两个球形静压轴承的一侧固定安装在工作平台下端面上，两个球形静压轴承的另一侧与Z向振动发生器固定连接；两个形静压轴承的一侧固定安装在工作平台X向侧面上， 上述两个球形静压轴承的另一侧与X向振动发生器固定连接；两个球形静压轴承的一侧固定安装在工作平台Y向侧面上，上述两个球形静压轴承的另一侧与Y向振动发生器固定连接。如上所述的球形静压轴承为机械式球形轴承、液压式球形轴承、气浮式球形轴承及磁力式球形轴承。
一种应用如上所述的机械解耦装置的三轴向振动试验系统，它还包括对应直角坐标系三个方向的振动发生器及其安装基座；所述机械解耦装置的球形静压轴承与对应的振动发生器连接。如上所述的振动发生器为电动式激振器、液压式激振器或机械式激振器。本发明的有益效果是1.本发明采用带有对应三个轴向的工作平台及球形静压轴承，通过球形静压轴承将工作平台和三个轴向的振动发生器相连接，通过控制各振动发生器的振动波形，能够实现试件的三轴向复合振动试验，复现出真实工况下的自然振动波形，使之达到最接近自然真实振动效果，使振动试验结果的准确性大幅提高。2.本发明采用球形静压轴承，通过六个球形静压轴承4向工作平台1传递各轴向振动发生器的激振力，并约束工作平台1产生绕Z向、X向及Y向的转动运动量，同时实现工作平台只产生沿Z向、X向及Y向运动，实现了工作平台的三轴向平动。3.本发明响应时间快，运行可靠，加工成本较低，抗环境干扰能力强，还能够方便的进行手动调整，操作方便，易于维护。
图1是本发明的一种三轴向机械解耦装置的立体图；图2是本发明的一种三轴向机械解耦装置的俯视图；图3是本发明的一种三轴向振动试验系统的立体图；图4是本发明的一种三轴向振动试验系统的正视图；图中1.工作平台，2.工作平台Y向侧面，3.工作平台下端面，4.球形静压轴承； 5. Z向振动发生器；6. Y向振动发生器；7.工作平台X向侧面；8. . X向振动发生器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的一种三轴向机械解耦装置及振动试验系统进行介绍如图1、2所示，一种三轴向机械解耦装置，包括工作平台1和球形静压轴承4。工作平台1为金属制板状，在其侧面上设有两个相互垂直且与工作平台上下端面垂直的安装面，使所述两个安装面的法线与工作平台上下端面的法线构成直角坐标系，以工作平台上下端面的法线向上一侧为Z向，以一个安装面法线的一侧为X轴，令上述安装面为工作平台 X向侧面7 ；以一个安装面法线的一侧、与X、Z满足右手定则的一侧为Y轴，并令上述安装面为工作平台Y向侧面2。球形静压轴承4的分别安装在工作平台下端面3和两个安装面上，球形静压轴承4的另一侧与振动发生器连接。在本实施例中，三个球形静压轴承4的一侧通过法兰盘固定安装在工作平台下端面3上，三个球形静压轴承4的另一侧与Z向振动发生器5通过安装法兰盘固定连接。一个球形静压轴承4的一侧通过法兰盘固定安装在工作平台X向侧面7上，上述一个球形静压轴承4的另一侧与X向振动发生器8通过安装法兰盘固定连接。两个球形静压轴承4的一侧通过法兰盘固定安装在工作平台Y向侧面2上，上述两个球形静压轴承4的另一侧与 Y向振动发生器6通过安装法兰盘固定连接。
由于球形静压轴承4的上下两端面可实现五自由度(三自由度转动和两自由度平动)运动，所以垂直Z轴向布置的三个球形静压轴承4除传递方向振动发生器5的激振力驱动工作平台1沿Z方向运动外，同时约束工作平台1绕X向和Y向的转动。水平Y轴向布置的两个球形静压轴承4除传递Y方向振动发生器6的激振力驱动工作平台1沿Y方向运动外，同时约束工作平台1绕Z向的转动。水平X轴向布置的一个球形静压轴承4只传递X方向振动发生器8的激振力驱动工作平台1沿X方向运动。所以装置中使用的六个球形静压轴承4的作用是向工作平台1传递各轴向振动发生器的激振力，约束工作平台1产生绕Z向、X向及Y向的转动运动量，同时实现工作平台只产生沿Z向、X向及Y向运动，从而实现工作平台的三轴向平动。工作时，启动三个方向的振动发生器，通过人为设计并协调各振动发生器的振动波形，X向振动发生器8、γ向振动发生器6、Ζ向振动发生器5会在水平X方向、水平Y方向和垂直Z方向上产生振动，三个振动发生器产生的振动经该轴向的球形静压轴承传递同时迭加作用在工作平台及试件上，实现试件的三轴向复合振动试验，复现出真实工况下的自然振动波形，使之达到最接近自然真实振动效果，使振动试验结果的准确性大幅提高。工作平台底面及侧面安装的球形静压轴承4的布置方式及个数不限于上述实施例中的个数。球形静压轴承4个数的不同只为保证工作平台的三轴向平动功能并约束三轴向转动功能的实现。若需要实现其它功能，可根据实际需要调整工作平台底面及侧面安装的球形静压轴承4的布置方式及个数。在另一个实施例中，两个球形静压轴承4的一侧通过法兰盘固定安装在工作平台下端面3上，两个球形静压轴承4的另一侧与Z向振动发生器5通过安装法兰盘固定连接。两个球形静压轴承4的一侧通过法兰盘固定安装在工作平台X向侧面7上，上述两个球形静压轴承4的另一侧与X向振动发生器8通过安装法兰盘固定连接。两个球形静压轴承4的一侧通过法兰盘固定安装在工作平台Y向侧面2上，上述两个球形静压轴承4的另一侧与Y向振动发生器6通过安装法兰盘固定连接。球形静压轴承4为机械式球形轴承、液压式球形轴承、气浮式球形轴承或磁力式球形轴承。如图3、4所示，一种应用上述机械解耦装置的三轴向振动试验系统，包括本发明的三轴向机械解耦装置，还包括对应直角坐标系三个方向的振动发生器及其安装基座。所述三轴向机械解耦装置的球形静压轴承4与对应的振动发生器连接。安装基座支撑振动发生器，它采用现有技术实现。上述振动发生器为电动式激振器、液压式激振器或机械式激振器。当试件进行三轴振动试验时，待测试件固定安装在工作平台1的台面上，机械解耦装置中的六个球形静压轴承4是用来向工作平台传递各轴向振动发生器的激振力，约束工作平台产生绕Z轴向、X轴向及Y轴向的转动，同时保证工作平台只产生沿Z向、X向及Y 向运动，从而实现工作平台的三轴向的平动。三轴向机械解耦装置机构设计合理、安装方便且维护成本低，能够满足利用现有单轴向振动发生器实现三轴向同时振动的实验需要，而且能够最大限度的实现实际振动环境的还原，使整个三轴向振动试验装置的设备被简化，并实现模块化安装维护。可以使工作平台的几何轴线与振动方向的相对角度变化大幅降低，同时保持系统的有效位移量，提高振动波形失真度，提高振动试验结果的准确性。该装置具有响应时间快，运行可靠，加工成本较低，抗环境干扰能力强等特点，还能够方便的进行手动调整，操作方便，易于维护。
上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此为限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种三轴向机械解耦装置，其特征在于它包括工作平台(1)和球形静压轴承(4)； 所述工作平台(1)为金属制板状，在其侧面上设有两个相互垂直且与工作平台上下端面垂直的安装面，球形静压轴承的分别安装在工作平台下端面(3)、工作平台X向侧面(7) 和工作平台Y向侧面( 上，球形静压轴承的另一侧与振动发生器连接。
2.根据权利要求1所述的一种三轴向机械解耦装置，其特征在于三个球形静压轴承 (4)的一侧固定安装在工作平台下端面C3)上，三个球形静压轴承(4)的另一侧与Z向振动发生器( 固定连接；一个球形静压轴承(4)的一侧固定安装在工作平台X向侧面(7)上， 上述一个球形静压轴承的另一侧与X向振动发生器(8)固定连接；两个球形静压轴承 (4)的一侧固定安装在工作平台Y向侧面( 上，上述两个球形静压轴承(4)的另一侧与Y 向振动发生器(6)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种三轴向机械解耦装置，其特征在于两个球形静压轴承 (4)的一侧固定安装在工作平台下端面C3)上，两个球形静压轴承(4)的另一侧与Z向振动发生器( 固定连接；两个球形静压轴承(4)的一侧固定安装在工作平台X向侧面(7)上， 上述两个球形静压轴承的另一侧与X向振动发生器(8)固定连接；两个球形静压轴承 (4)的一侧固定安装在工作平台Y向侧面( 上，上述两个球形静压轴承(4)的另一侧与Y 向振动发生器(6)固定连接。
4.根据权利要求1-3任何一项所述的一种三轴向机械解耦装置，其特征在于所述的球形静压轴承(4)为机械式球形轴承、液压式球形轴承、气浮式球形轴承及磁力式球形轴承。
5.一种应用根据权利要求1-3任一项所述的三轴向机械解耦装置的三轴向振动试验系统，其特征在于它还包括对应直角坐标系三个方向的振动发生器及其安装基座；所述三轴向机械解耦装置的球形静压轴承(4)与对应的振动发生器连接。
6.一种根据权利要求5所述的三轴向振动试验系统，其特征在于所述的振动发生器为电动式激振器、液压式激振器或机械式激振器。
全文摘要
本发明属于力学环境试验技术领域，具体涉及一种三轴向机械解耦装置及振动试验系统，提供一种能够实现三个轴向同时激振工作平台连接的装置及实验系统。其特征在于它包括工作平台(1)和球形静压轴承(4)；所述工作平台(1)为金属制板状，在其侧面上设有两个相互垂直且与工作平台上下端面垂直的安装面，球形静压轴承(4)的分别安装在工作平台下端面(3)、工作平台X向侧面(7)和工作平台Y向侧面(2)上，球形静压轴承(4)的另一侧与振动发生器连接。本发明采用带有对应三个轴向的工作平台及球形静压轴承，能够实现试件的三轴向复合振动试验。本发明同时实现工作平台只产生沿Z向、X向及Y向运动，实现了工作平台的三轴向平动。
文档编号F16M11/18GK102478449SQ20101055979
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者周兴广, 张巧寿 申请人:北京航天希尔测试技术有限公司, 北京航天斯达新技术装备公司