精密直线振动台装置的制作方法

1.本发明涉及直线振动台技术领域，特别是一种精密直线振动台装置。


背景技术：

2.为精确标定加速度计、陀螺仪的高阶误差项，采用精密线振动台进行测试，其结果相比精密离心机具有更高的置信度。由于线振动台执行严格的直线运动，对于加速度计和陀螺仪，几乎可以不考虑交叉轴的误差引入，故而其测试结果更可信。
3.目前，用于加速度计和陀螺仪测试的线性振动台多采用永磁式直线电机作为驱动，工作台在直线导轨上往复直线运动，进行测试。这样的线振动台方案结构简单，但需要实现对直线电机的精密控制，实现准确的正弦往复直线运动难度较高，且其运动精度将同时受到直线电机的控制精度和直线导轨的运动精度的限制，难以满足高精度的测试需求。
4.除采用直线电机驱动的方案外，还有采用垂直布置，利用类似曲柄滑块原理的竖直运动直线振动台，其原理是将主轴的回转运动，利用直线导轨和滑块、滚动轴承，转化为滑块的正弦规律的往复直线运动。但是在该方案中仍存在一些不足：首先，平台整体上呈垂直布置，无法消除重力带来的影响；其次，平台所有运动副均采用了滚动轴承和滚珠直线导轨，难以做到足够高的运动精度；第三，平台中未对主轴运动进行配平，由于滑台的往复运动必然会带来较大的惯性载荷，因此，若不对主轴进行动态配平，则主轴回转过程中受到惯性载荷必然导致回转精度的降低，同时也极大地限制了被测试件的质量；最后，用于精密测试的平台未采取有效的隔振措施，外界环境振动容易对测试平台造成振动噪声干扰。
5.综上，用于加速度计和陀螺仪测试的精密正弦直线运动线性振动台研制仍存在改进空间。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种精密直线振动台装置。
7.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种精密直线振动台装置，包括台架、床身、x向直线导轨、y向直线导轨和主轴，所述的床身设置在所述台架上，两个所述的x向直线导轨平行设置在床身顶部的两侧，所述的x向直线导轨上滑动设置有滑台，所述的y向直线导轨的两端分别与所述x向直线导轨上的滑台连接，所述的主轴转动设置在床身上且位于两个所述x向直线导轨之间，所述的主轴顶部设置有转盘，所述转盘的外围设置有从轴转子组件，所述从轴转子组件与所述y向直线导轨滑动连接。
8.具体的，所述台架的底部设置有支撑阻尼器。
9.具体的，所述的转盘上设置有配重块，所述配重块位于所述从轴转子组件的对侧，且两者的连线经过所述转盘的圆心。
10.具体的，所述的主轴上设置有编码器。
11.具体的，所述的主轴一端连接驱动电机转子，所述床身的底部固定设置驱动电机定子，所述驱动电机转子设置在所述驱动电机定子的内部。
12.具体的，所述从轴转子组件包括从轴转子和从轴轴承，所述从轴转子设置在所述转盘上，所述从轴轴承套设在所述从轴转子上，所述从轴轴承与所述y向直线导轨滑动连接。
13.具体的，所述从轴轴承具有回转轴承工作内孔，所述从轴轴承上设置有气管接头，所述气管接头连通所述回转轴承工作内孔，所述的从轴轴承外侧相对的两侧面为直线导轨轴承工作面，所述从轴轴承通过直线导轨轴承工作面与y向直线导轨滑动配合。
14.具体的，所述的从轴转子组件包括从轴节流器、从轴转轴和从轴旋转接头，所述的从轴转轴包括圆柱段和矩形段，所述从轴节流器套设在所述圆柱段上，所述从轴旋转接头设置在所述圆柱段的一端，所述从轴节流器固定在所述转盘上，所述矩形段上相对的两侧壁为超精密平面，其与y向直线导轨滑动配合。
15.本发明具有以下优点：通过采用本发明的技术方案，可以将主轴的匀速回转运动通过机械结构的方式，直接转换成所滑台需频率的正弦往复直线运动，从精密运动控制的角度来看，匀速回转运动的控制难度较低，充分利用编码器的作用，可以实现极高精度的匀速回转运动，另一方面，当前述的x向、y向直线导轨和主轴、从轴，都采用气体静压工作原理的导轨和轴承时，可以使得导轨滑块（滑台）的运动直线度和主、从轴的回转运动精度都较高。因此，综合直线振动台的运动副精度和运动控制精度，直线振动台可以实现滑台较高精度和重复度的正弦直线运动，实现对加速度计精确标校的目的。
附图说明
16.图1 为本发明的直线振动台整体结构示意图；图2 为本发明的直线振动台剖视结构示意图；图3 为本发明的实施例一的从轴转子组件结构示意图；图4 为本发明实施例一的从轴轴承结构示意图；图5 为本发明的实施例二的从轴转子组件结构示意图；图6 为本发明的实施例二的从轴转轴结构示意图；图中：1-台架，2-床身，3
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x向直线导轨，4
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y向直线导轨，5-支撑阻尼器，6-转盘，7-配重块，8-从轴转子组件，81-从轴轴承，811-气槽，82-从轴转子，83-气管接头，84-圆柱段，85-矩形段，86-从轴旋转接头，87-从轴节流器，9-编码器，10-主轴，11-驱动电机转子，12-驱动电机定子。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
18.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
19.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
20.下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
21.实施例一、如图1-图4所示，一种精密直线振动台装置，包括台架1、床身2、x向直线导轨3、y向直线导轨4和主轴10，所述的床身2设置在所述台架1上，两个所述的x向直线导轨3平行设置在床身2顶部的两侧，所述的x向直线导轨3上滑动设置有滑台13，所述的y向直线导轨4的两端分别与所述x向直线导轨3上的滑台13连接，所述的主轴10转动设置在床身2上且位于两个所述x向直线导轨3之间，所述的主轴10顶部设置有转盘6，所述转盘6的外围设置有从轴转子组件8，所述从轴转子组件8与所述y向直线导轨4滑动连接。本实施例中台架1采用铸铁制造，床身2采用采用铸铁或大理石制造，精密加工其表面作为x向直线导轨3的安装面，在床身2上的两侧分别安装两个x向直线导轨3，x向直线导轨3固定在床身2上，在两个x向直线导轨3上均滑动设置有滑台13，y向直线导轨4的两端分别与两个x向直线导轨3滑动设置的滑台13连接，这样y向直线导轨4就能沿x向直线导轨3滑动，在两个x向直线导轨3之间设置主轴10，在床身2上开设有安装孔，主轴10转动设置在安装孔内，主轴10的顶端设置转盘6，通过在转盘6上偏心设置一从轴转子组件8，通过从轴转子组件8与y向直线导轨4滑动连接，通过主轴10带动转盘6转动，转盘6转动带动从轴转子组件8转动，此时从轴转子组件8在y向直线导轨4上滑动，同时从轴转子组件8带动y向直线导轨4沿两个x向直线导轨3滑动，在主轴10转动的过程中从轴转子组件8沿y向直线导轨4往复运动，同时带动y向直线导轨4沿两个x向直线导轨3正弦往复直线运动，通过在y向直线导轨4上设置安装架，在安装架上安装需要进行标定的标定加速度计或陀螺仪就能进行测试，将主轴8的匀速回转运动通过机械结构的方式，直接转换成y向直线导轨4所需频率的正弦往复直线运动，从精密运动控制的角度来看，匀速回转运动的控制难度较低，充分利用编码器9的作用，可以实现极高精度的匀速回转运动。
22.进一步的，所述台架1的底部设置有支撑阻尼器5。本实施例中在台架1底部的四个角上均设置有支撑阻尼器5对台架1进行支撑，有效隔离外界环境振动对平台测试精度带来的扰动。
23.进一步的，所述的转盘6上设置有配重块7，所述配重块7位于所述从轴转子组件8的对侧，且两者的连线经过所述转盘6的圆心。通过在从轴转子组件8的对侧设置配重块7来进配重，使转盘6的转动更稳定。
24.进一步的，所述的主轴10上设置有编码器9。本实施例在主轴10上设置编码器9，用于对主轴10的回转运动进行精确的测量和控制。
25.进一步的，所述的主轴10一端连接驱动电机转子11，所述床身2的底部固定设置驱
动电机定子12，所述驱动电机转子11设置在所述驱动电机定子12的内部。驱动电机的驱动电机定子12固定在床身2的底部，驱动电机工作时驱动电机转子11带动主轴10转动，主轴10带动转盘6转动。
26.进一步的，所述从轴转子组件8包括从轴转子82和从轴轴承81，所述从轴转子82设置在所述转盘6上，所述从轴轴承81套设在所述从轴转子82上，所述从轴轴承81与所述y向直线导轨4滑动连接。本实施例中从轴转子82固定在转盘6上，将从轴轴承81套设在从轴转子82上，从轴轴承81与y向直线导轨4滑动连接，这样在转盘6带动从轴转子82转动时从轴转子82与从轴轴承81产生相对转动，从轴轴承81沿y向直线导轨4往复滑动。
27.进一步的，所述从轴轴承81具有回转轴承工作内孔，所述从轴轴承81上设置有气管接头83，所述气管接头83连通所述回转轴承工作内孔，所述的从轴轴承81外侧相对的两侧面为直线导轨轴承工作面，所述从轴轴承81通过直线导轨轴承工作面与y向直线导轨4滑动配合。本实施例中通过在从轴轴承81外部设置一气管接头83，从轴轴承81沿径向开设有气孔，气管接头83与气孔连通，从轴转子82是一个外圆柱面精密制造的圆柱体结构，与从轴轴承81的回转轴承工作内孔形成气体静压轴承，实现从轴的回转运动，并在从轴轴承81相对的两侧面为直线导轨轴承工作面，对其持续供给具有一定压力的工作气体介质，在直线导轨轴承工作面和y向直线导轨4工作面之间，形成气膜，从而形成承载力，并极大地降低从轴轴承81与y向直线导轨4之间的摩擦系数，实现高精度的直线运动，气体静压轴承可实现回转跳动精度达到不低于0.1μm，气体静压直线导轨运动精度可达到不低于0.5μm，综合来看，在满足设计要求、保证制造精度要求的前提下，再考虑到结构变形等因素，可实现滑台13往复直线运动不低于1μm的运动精度，本实施例采用采用复合功能的从轴设计，将从轴转子82和y向直线导轨的滑块设计结合形成从轴转子组件8，实现回转运动和直线运动结构相组合，将回转轴承和直线导轨的滑块一体化进行了设计，成为一个复合式的轴承结构，轴承的复合结构体积更小，减轻整体的重量；复合轴承结构的回转轴承受力方向相对固定，有利于对回转运动轴承进行优化设计，提高承载能力，可有效增加负载能力，同时还有助于提高回转运动的精度；回转轴承和直线导轨的供气可采用同一条供气路线，可不采用旋转接头，直接使用供气软管即可，共用一条供气路线时在从轴轴承81对应y向直线导轨4的工作面设置有贯穿的通气孔，以使从轴轴承81与y向直线导轨4之间形成气体静压；本实施例在回转轴承工作内孔的内壁上圆周阵列开设有气槽811，气槽811作为从轴轴承81的承载腔体，由气槽811提供承载能力，从而保证轴承的承载性能。
28.实施例二、如图1、图2、图5和图6所示，所述的从轴转子组件8包括从轴节流器87、从轴转轴和从轴旋转接头86，所述的从轴转轴包括圆柱段84和矩形段85，所述从轴节流器87套设在所述圆柱段84上，所述从轴旋转接头86设置在所述圆柱段84的一端，所述从轴节流器87固定在所述转盘6上，所述矩形段85上相对的两侧壁为超精密平面，其与y向直线导轨4滑动配合。本实施例中将从轴节流器87固定安装在转盘6上，并在从轴转轴的圆柱段84套设在从轴节流器87上，通过从轴节流器87对从轴转轴形成支撑，从轴转轴的圆柱段84与从轴节流器87的内圆柱面相配合，形成具有较高精度的气体静压轴承，从轴转轴的矩形段85相对的两侧面为超精密平面，与y向直线导轨4中的导轨工作面相配合，形成具有较高精度的气体静压直线导轨。因此，从轴转轴中的下半部分圆柱段84在从轴节流器87中实现精密（相对）回
转运动，矩形段85在y向直线导轨4中实现精密（相对）直线运动，从而实现了回转运动与直线运动在结构上的结合，将主轴10的回转运动传递、转化为了y向直线导轨4的正弦往复直线运动，同时还保证了足够高的回转、直线运动精度；从轴旋转接头86向圆柱段84与从轴节流器87的内圆柱面之间供气，以及向矩形段85的超精密平面与y向直线导轨4中的导轨工作面之间供气，形成气膜，从而形成承载力，并极大地降低矩形段85与y向直线导轨4的导轨工作面之间的摩擦系数，实现高精度的直线运动。
29.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。