專利名稱：一類并聯(lián)機構(gòu)多維激振臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類并聯(lián)機構(gòu)多維激振臺，多維激振臺由多條支鏈、動平臺及靜平臺組成，在各支鏈中分別裝有單向激振器作為驅(qū)動源，通過控制各個單向激振器的運動，使動平臺產(chǎn)生空間多維激振。本發(fā)明可應(yīng)用于中、小型機械振動測試領(lǐng)域，亦可用于多維減振平臺減振性能的檢測。
背景技術(shù)：
隨著對產(chǎn)品，尤其是航空航天產(chǎn)品可靠性要求的提高，作為可靠性試驗關(guān)鍵設(shè)備的振動試驗系統(tǒng)的發(fā)展顯得越來越重要，振動試驗技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在汽車、電力、建筑、電子、機床、造船等各行各業(yè)。振動臺試驗作為一種檢驗產(chǎn)品可靠性、動強度的有效手段，已被廣泛應(yīng)用于試驗產(chǎn)品的性能考核和動強度鑒定中，如1、在建筑設(shè)計中使用振動臺模擬地震開展相關(guān)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，不斷提高對工程結(jié)構(gòu)破壞機理的認識，建立更合理的設(shè)計理論和方法，提高結(jié)構(gòu)抗御災(zāi)害的能力，從而最大限度地減少生命和財產(chǎn)損失。
2、用于精密儀器的性能測試。如微型衛(wèi)星、微型陀螺、微加速計等微型機械，普遍是結(jié)構(gòu)尺寸小、剛度差，加工與測量十分困難，并且，它們裝配后的整體性能測試更加困難。由于這些器件的靜態(tài)、動態(tài)諸多特性直接影響產(chǎn)品的性能，所以，對其進行機械性能測試是一項非常重要的工作。
目前國內(nèi)在對振動平臺的研究還不是很成熟，查詢到的專利，如CN87210629采用液壓為驅(qū)動，其頻率局限于低頻，其振動的振幅不能實現(xiàn)精確的實時控制等問題。在國外多維振動臺已經(jīng)很成熟，能同時實現(xiàn)多維的振動，但是國外都對我國實行禁運、禁賣政策，而另外國內(nèi)市場上現(xiàn)有的一些多維激振臺都不能真正實現(xiàn)多方向同時激勵振動，只能單方向做振動試驗。而許多試驗件，如航空航天，船舶和汽車的試驗件，所處的振動環(huán)境并不是單自由度，而是多自由度的，所以我們現(xiàn)在非常迫切需要研制出能實現(xiàn)多維同時激振的振動臺，打破國外對我國的封鎖。
本發(fā)明采用并聯(lián)機構(gòu)平臺加激振器作為驅(qū)動源，僅用單層平臺就能實現(xiàn)多個方向同時激勵的振動，而且可以同時輸出任意波形的激勵振動。目前國內(nèi)對并聯(lián)機構(gòu)激振臺的研究還非常少，查詢到的專利如CN1526483僅適用于柔性微型機械的振動試驗，還沒有學(xué)者去研究中，小型的并聯(lián)機構(gòu)振動平臺。本發(fā)明專利解決了中、小型機械振動試驗問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一類可實現(xiàn)空間多維振動的激振平臺，能夠有效的用單層機構(gòu)實現(xiàn)多維振動，滿足中、小型機械振動測試問題。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為由3～6條支鏈、一個動平臺及一個靜平臺組成多自由度并聯(lián)機構(gòu)，每條支鏈可由轉(zhuǎn)動副(用符號R表示)、移動副(用符號P表示)、圓柱副(用符號C表示)、球副(用符號S表示)或螺旋副(用符號H表示)中選取一種或幾種運動副，運動副之間采用連桿連接，運動副間的軸線配置可以為重合、平行、垂直、相交或共面，每條支鏈的一端與動平臺相連，另一段與靜平臺相連。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)該類機構(gòu)具有剛度大、控制容易、工作空間大、動態(tài)性能好、無支鏈干涉等優(yōu)點。
(2)該類機構(gòu)能實現(xiàn)多維同時激振，更真實的模擬真實的振動環(huán)境。
(3)該類并聯(lián)激振臺運動精度高，能實現(xiàn)任意波形的輸出，易于控制。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是本發(fā)明的實施例1的結(jié)構(gòu)簡圖，圖中符號含義分別為1——靜平臺，2——動平臺，A0，B0，C0——移動副(P)，A1，B1，C1——萬向節(jié)(U)，A2，B2，C2——轉(zhuǎn)動副(R)。
圖2是本發(fā)明的實施例2的結(jié)構(gòu)簡圖，圖中符號含義分別為1——靜平臺，2——動平臺，符號S表示球副，符號R表示轉(zhuǎn)動副，符號P表示移動副。
圖3是本發(fā)明的實施例3的結(jié)構(gòu)簡圖，圖中符號含義分別為1——靜平臺，2——動平臺，A、B、C、D、E、F、A′、B′、C′、D′、E′、F′為球副，A″、B″、C″、D″、E″、F″為移動副。
圖4是本發(fā)明的實施例4的結(jié)構(gòu)簡圖，圖中符號含義分別為1——靜平臺，2——動平臺，A、B、C、D、E、F、A′、B′、C′為球副，A″、B″、C″、D″、E″、F″為移動副。
具體實施例方式
如圖2所示，實施例1由三條相同的支鏈SOC{-C-U-R}和兩個平臺(一個動平臺，一個靜平臺)組成，每條支鏈均由一個圓柱副(C)、一個萬向節(jié)(U)和一個轉(zhuǎn)動副(R)組成。每條支鏈中各運動副的具體布置如下圓柱副的一端和靜平臺聯(lián)結(jié)，另一端通過連桿和萬向節(jié)項鏈，萬向節(jié)的另一端通過連桿與轉(zhuǎn)動副相連，轉(zhuǎn)動副的另一端則與動平臺相連。每條支鏈中圓柱副的轉(zhuǎn)動軸線同轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動軸線是相互平行的。三條支鏈在初始位置時是呈垂直正交布置。通過對該機構(gòu)的運動特性分析可以知該機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個方向的平移輸出運動，而且其運動正反解都有解析解，控制較容易。
本發(fā)明專利中動平臺為激振臺工作臺面，工作臺臺面尺寸為500×500mm，厚度為50mm。臺面上開有T型槽，以便于將試件固定在工作臺上。工作臺材料可以選用普通工業(yè)用鋼如45號鋼等，也可選用鋁合金材料做激振臺臺面，選用鋁合金材料可以減少工作臺的重量，提高激振臺的負載能力。激振臺的驅(qū)動也有多種方案可選，如用電動機帶動偏心滾子驅(qū)動，單向激振器驅(qū)動，直線電機驅(qū)動等。其中以單向激振器作為驅(qū)動源的效果最好，因為單向激振器的振動頻率可達5～4000Hz、最大位移可達50mm，這是其他驅(qū)動方案所不能達到的。當已知所需動平臺的振動規(guī)律時，利用該并聯(lián)機構(gòu)的運動反解可以解得三個支鏈中移動副(即單向激振臺的頂桿)的運動輸出規(guī)律，然后控制單向激振器的頂桿按一定的運動規(guī)律進行振動，即能使激振臺的工作臺臺面實現(xiàn)一維、二維或三維的激振。
如圖2所示，實施例2由4條支鏈和兩個平臺(一個動平臺，一個靜平臺)組成，其中兩條支鏈的結(jié)構(gòu)相同為SOC{-R-R-R-P-}，另外兩條支鏈的結(jié)構(gòu)相同為SOC{-S-S-P-}。實施例2具有4個自由度，4個移動副作為驅(qū)動副，實際使用時，使用4個單向激振器分別驅(qū)動4條支鏈上的移動副。通過機構(gòu)運動分析可知其不僅能使動平臺實現(xiàn)Y和Z方向的平移激振，還能實現(xiàn)繞X向和Y向擺動激振，因此可以用來模擬汽車在路面上行駛時受到的振動。具體實施方法如下(1)工作臺與實施例1相同，將試件固定在工作臺上；(2)分別驅(qū)動4個激振器按一定規(guī)律進行運動，可以使動平臺真實的模擬汽車在路面行駛時所受到的振動。(3)在一定的頻率振幅下，試驗一段時間后將試件取下并對試件進行檢測。實施例2可用于測試汽車上的零件及其他在振動情況下工作的零件是否達到安全性指標。
如圖3所示，實施例3由6條支鏈和兩個平臺(一個動平臺，一個靜平臺)組成，其中6條支鏈的結(jié)構(gòu)都相同為SOC{-S-P-S-}。對該機構(gòu)進行運動特性分析可知實施例3的動平臺相對于靜平臺具有空間6個自由度運動，用6個單向激振器分別驅(qū)動6條支鏈上的移動副，能使實施例3實現(xiàn)空間X、Y、Z三個方向同時平移激振，還能實現(xiàn)繞X、Y、Z軸線的擺動激振。又如圖4所示，實施例4也由6條支鏈和兩個平臺組成，且其支鏈結(jié)構(gòu)與實施例3相同，但兩者的支鏈與動平臺的連接方式不同。實施例3的動平臺為正六邊形，6條支鏈分別連接在正六邊形的6個角上，而實施例4的動平臺為正三角形，6條支鏈分別連接在3個角上。實施例4的動平臺相對于靜平臺具有6個自由度的運動，同樣能實現(xiàn)空間X、Y、Z三個方向同時平移激振，還能實現(xiàn)繞X、Y、Z軸線的擺動激振。實施例3和實施例4由于具有空間6自由度運動可以完全的模擬現(xiàn)實生活中的一切振動。例如可以模擬飛機、導(dǎo)彈、輪船等在工作時的振動。
以上所述的一類并聯(lián)機構(gòu)激振臺都是以其動平臺為激振臺臺面，當已知所需動平臺的振動規(guī)律時，利用該并聯(lián)機構(gòu)的運動反解可以解得各個支鏈中移動副的運動輸出規(guī)律，然后通過編程控制輸入激振器的信號使動平臺按所需的運動規(guī)律進行振動，從而實現(xiàn)多維激振。
權(quán)利要求
1.一類并聯(lián)機構(gòu)多維激振臺，其特征在于由3～6條支鏈、一個動平臺(2)及一個靜平臺(1)組成多自由度并聯(lián)機構(gòu)，每條支鏈可由轉(zhuǎn)動副(R)、移動副(P)、圓柱副(C)、球副(S)或螺旋副(H)中選取一種或幾種運動副，運動副之間采用連桿連接，運動副間的軸線配置可以為重合、平行、垂直、相交或共面，每條支鏈的一端與動平臺相連，另一段與靜平臺相連。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一類并聯(lián)機構(gòu)多維激振臺，其特征在于支鏈中以移動副(P)作為主動副，采用單向激振器作為主動副的驅(qū)動源，通過控制各個激振器的輸入信號使動平臺實現(xiàn)多維振動。
全文摘要
一類多維并聯(lián)機構(gòu)振動臺涉及中、小型機械的振動測試領(lǐng)域，由3～6條支鏈、一個動平臺及一個靜平臺組成多自由度并聯(lián)機構(gòu)，每條支鏈可由轉(zhuǎn)動副(用符號R表示)、移動副(用符號P表示)、圓柱副(用符號C表示)、球副(用符號S表示)或螺旋副(用符號H表示)中選取一種或幾種運動副，運動副之間采用連桿連接，運動副間的軸線配置可以為重合、平行、垂直、相交或共面，每條支鏈的一端與動平臺相連，另一段與靜平臺相連。本發(fā)明優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、剛度大、運動精度高、控制容易、能實現(xiàn)任意波形的輸出。
文檔編號G01M7/06GK101055221SQ200710022938
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者馬履中, 仲棟華 申請人:江蘇大學(xué)