一种动圈自锁式三轴振动试验系统

技术领域

本发明涉及多维振动试验技术领域，具体为一种动圈自锁式三轴振动试验系统。

背景技术

多轴振动试验技术是一种先进的试验技术。目前，国内外的多维振动设备以三自由度为主，设备多以三台正交分布的普通振动台配合解耦装置搭建。运动的解耦装置通常为铰支连杆，十字交叉型机械导轨、球面轴承。

三轴振动试验系统除了进行多轴向振动试验以外，常常会被要求分别进行单方向的振动试验。相比使用单一振动台而言，采用多维振动系统会有以下优势：①只需要对试件进行一次装夹，即可进行多个方向的单轴试验；②对于一个试件，一般只需要加工一个工装或夹具。所以采用多维振动试验系统进行单轴试验大大减小了试验的时间成本和经济成本。

但是，使用多维振动试验系统分别进行单轴试验存在着如下问题：

①工作平台非运动方向的支撑基础不是刚性基础，非运动方向的动圈本体可以自由运动，X向动圈本体单独振动时，Y向的动圈本体仍可以在垂向运动，导致工作平台不可避免地出现角振动，会导致过试验或欠试验，或者因振动数据差异太大导致试验失败；

②如果不采用球面轴承解耦，而采用平板轴承或者十字交叉机械导轨解耦时，动圈本体导向会受到较大的倾覆力矩。

③部分特殊的试验件需要进行振动台停机点火、停机爆炸、停机投放等试验操作。

因此我们便提出了动圈自锁式三轴振动试验系统能够很好的解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动圈自锁式三轴振动试验系统，以解决上述背景技术提出的目前市场上使用多维振动试验系统分别进行单轴试验工作平台非运动方向的支撑基础不是刚性基础，非运动方向的动圈本体可以自由运动，X向动圈本体单独振动时，Y向的动圈本体仍可以在垂向运动，导致工作平台不可避免地出现角振动，会导致过试验或欠试验，或者因振动数据差异太大导致试验失败，且如果不采用球面轴承解耦，而采用平板轴承或者十字交叉机械导轨解耦时，动圈本体导向会受到较大的倾覆力矩，并且部分特殊的试验件需要进行振动台停机点火、停机爆炸、停机投放等试验操作的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种动圈自锁式三轴振动试验系统，包括整体支架、振动台、动圈本体、卡盘、隔振空气弹簧和夹紧头，所述整体支架的上表面安装有振动台，且振动台的内部固定连接有空气弹簧支撑，并且振动台的内部安装有导向机构，所述空气弹簧支撑的右侧表面安装有动圈本体，且动圈本体的右侧表面螺栓固定有卡盘，所述卡盘的右侧表面安装有转接件，且转接件的右侧表面螺纹连接有有平面轴承，并且平面轴承的右端螺纹连接有固定有工作平台，所述整体支架的下表面螺纹连接有隔振空气弹簧，所述转接件的外表面通过圆柱头螺钉固定连接有夹紧头，所述卡盘的外表面设置有安装座。

优选的，所述振动台设置有三组，且3组振动台互相垂直，并且振动台与工作平台一一对应。

优选的，所述动圈本体通过空气弹簧支撑与导向机构、整体支架与隔振空气弹簧均组成弹性结构，且该弹性结构的隔振频率小于2HZ。

优选的，所述卡盘上的卡爪运动方向与动圈本体的运动轴线之间的夹角为45°，且动圈本体与导向机构组成转动结构。

优选的，所述平面轴承的上下表面均为连接面，且平面轴承在空间坐标系的X、Y、Z轴上均通过3个转接件连接在3个振动台的动圈本体上。

优选的，所述夹紧头的外表面呈圆柱状，且夹紧头与卡盘的卡爪之间的连接方式为镶嵌连接，并且卡盘的卡爪等角度设置有四组。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该动圈自锁式三轴振动试验系统设置振动台、空气弹簧支撑、导向机构、动圈本体、卡盘、转接件、平面轴承、工作平台和隔振空气弹簧，采用平面轴承代替球面轴承作为解耦装置，振动台设计动圈本体的约束机构，根据约束机构的气动原理，将约束机构联入功率放大器进行同步控制，系统能够进行三轴向、两轴向、单轴向振动；减小了台面的附加角振动：采用平面轴承代替球面轴承，可自行约束倾覆/滚转/俯仰自由度，抑制附加角振动的产生；提高了工作台面的均匀度、横振比：在进行两轴向、单轴向振动时，动圈本体的约束机构可以将动圈本体抱死，使非运动方向的动圈本体变成刚性或准刚性基础，在试验中，非运动方向的动圈本体耦合振动大大减小，从而提高了台面的振动均匀度、横振比。动圈本体约束组件可以根据振动台的工作状态自动约束或释放动圈本体的自由度。系统工作时，动圈本体约束组件不占用振动台推力。部分特殊的试验件需要进行振动台停机点火、停机爆炸、停机投放等试验操作，一般振动台的动圈本体悬挂不足以承受该载荷，限制了试验的进行。该三轴振动试验系统由于存在动圈本体约束组件，可以满足上述试验需求。

附图说明

图1为本发明俯视结构示意图；

图2为本发明正视结构示意图；

图3为本发明转接件俯视结构示意图；

图4为本发明卡盘正视结构示意图；

图5为本发明卡盘右视结构示意图；

图6为本发明卡盘约束状态结构示意图；

图7为本发明解除卡盘约束状态结构示意图；

图8为本发明卡盘的控制结构示意图。

图中：1、整体支架；2、振动台；3、空气弹簧支撑；4、导向机构；5、动圈本体；6、卡盘；7、转接件；8、平面轴承；9、工作平台；10、隔振空气弹簧；11、夹紧头；12、圆柱头螺钉；13、安装座。

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。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种动圈自锁式三轴振动试验系统，包括整体支架1、振动台2、空气弹簧支撑3、导向机构4、动圈本体5、卡盘6、转接件7、平面轴承8、工作平台9、隔振空气弹簧10、夹紧头11、圆柱头螺钉12和安装座13，整体支架1的上表面安装有振动台2，且振动台2的内部固定连接有空气弹簧支撑3，并且振动台2的内部安装有导向机构4，空气弹簧支撑3的右侧表面安装有动圈本体5，且动圈本体5的右侧表面螺栓固定有卡盘6，卡盘6的右侧表面安装有转接件7，且转接件7的右侧表面螺纹连接有有平面轴承8，并且平面轴承8的右端螺纹连接有固定有工作平台9，整体支架1的下表面螺纹连接有隔振空气弹簧10，转接件7的外表面通过圆柱头螺钉12固定连接有夹紧头11，卡盘6的外表面设置有安装座13。

振动台2设置有三组，且3组振动台2互相垂直，并且振动台2与工作平台9一一对应，可以使该系统可以进行三轴向、两轴向和单轴向振动，提高了整个装置的实用性。

动圈本体5通过空气弹簧支撑3与导向机构4、整体支架1与隔振空气弹簧10均组成弹性结构，且该弹性结构的隔振频率小于2HZ，提高了工作台面的均匀度、横振比：在进行两轴向、单轴向振动时，动圈本体5的约束机构可以将动圈本体5抱死，使非运动方向的动圈本体5变成刚性或准刚性基础，在试验中，非运动方向的动圈本体5耦合振动大大减小，从而提高了台面的振动均匀度、横振比。

卡盘6上的卡爪运动方向与动圈本体5的运动轴线之间的夹角为45°，且动圈本体5与导向机构4组成转动结构，可以根据振动台的工作状态自动约束或释放动圈本体5的自由度。

平面轴承8的上下表面均为连接面，且平面轴承8在空间坐标系的X、Y、Z轴上均通过3个转接件7连接在3个振动台2的动圈本体5上，减小了台面的附加角振动：采用平面轴承8代替球面轴承，可自行约束倾覆/滚转/俯仰自由度，抑制附加角振动的产生。

夹紧头11的外表面呈圆柱状，且夹紧头11与卡盘6的卡爪之间的连接方式为镶嵌连接，并且卡盘6的卡爪等角度设置有四组，可以快速的将工件固定紧，便于整个装置的实验。

工作原理：在使用该动圈自锁式三轴振动试验系统时，首先如图7所示，当振动台2处于工作状态时，控制气动卡盘6，松开卡盘6的四个卡爪。卡爪的运动方向与动圈本体5的运动轴线有45°的夹角。当卡爪松开到极限位置时，转接件7上的夹紧头11在卡爪留出的空间内具有自由行程，卡盘6对所有的运动部件不再有任何约束作用，并且与运动部件在运动方向上无机械干涉；

如图1-5所示，动圈本体5约束卡盘6采用成熟的气动四爪卡盘6，用圆柱头螺钉12固定在振动台2上。卡盘6的卡爪可以夹紧转接件7上的夹紧头11。通过控制卡盘6，可以夹紧或松开夹紧头11，从而约束或释放动圈本体5的自由度，振动台2的动圈本体5、空气弹簧支撑3和导向机构4，可以使用标准振动台2的设计形式，也可以更换不同的导向机构4，使运动部分有不同的抗倾覆能力；

如图6所示，当振动台2停机时，动圈本体5会在对中系统的作用下保持在中心位置，此时卡盘6的卡爪收紧，夹持夹紧头11，从而约束了该方向的运动；

如图8所示，本系统中，每个方向的动圈本体5被四个气动四爪卡盘6约束。气动卡盘6可以用开关阀控制夹紧或松开，开关阀由振动台配套的功率放大器控制，将振动台2上的励磁线圈上电的控制信号同步控制气动卡盘6的开关阀，达到励磁上电卡盘6松开，励磁断电卡盘6夹紧的效果（选用气动四爪卡盘6作为动圈本体5的约束组件，主要考虑以下方面：①气动卡盘6方便自动控制，普通卡盘6每次都需要人工进行夹持操作；②气动卡盘6的加持力大；③气动卡盘6的加持力持久，压力气体会保证卡盘6始终有稳定的加持力，不会因振动等因素而衰弱；④四爪卡盘6的相邻卡爪角度为90°，对于往复运动的动圈本体5而言，松开的卡爪能为动圈本体5留出足够的位移空间，避免干涉；⑤四爪卡盘6不具有自动定心能力，对于振动系统而言，对中精度一般为±2mm，不具备自动定心能力的四爪卡盘6可以保证动圈本体5在精度范围内的任意位置上都能被夹持紧），这就是该动圈自锁式三轴振动试验系统，本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

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。