專利名稱：三軸向振動復合試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及力學環(huán)境試驗設備，具體涉及一種X、 Y、 Z三軸向振動復 合試驗裝置。該三軸向振動復合試驗裝置可用于模擬X、 Y、 Z三個軸向單 獨作用的振動環(huán)境，也可用于模擬X、 Y、 Z三個軸向同時作用的復合振動 環(huán)境。
背景技術：
產(chǎn)品在實際工況下經(jīng)受的自然振動是X、 Y、 Z三軸向的復合振動。為 了真實反應產(chǎn)品的抗振性能，模擬出自然振動環(huán)境，人們經(jīng)多年嘗試設計出 了三軸向振動復合試驗裝置。
目前，國內(nèi)外三軸向振動復合試驗裝置已公開有多種，這些試驗裝置的 結構總體為包括一用于安裝試件的工作臺面1，以工作臺面l為基準，在 X、 Y、 Z三軸向上各布置一振動發(fā)生器2，工作臺面1與各振動發(fā)生器2間 經(jīng)軸向傳振機構連接。軸向傳振機構的作用是在該軸向上構成剛性連接，將 振動發(fā)生器2的激振力傳遞至工作臺面1上，而在另兩個軸向上解耦?，F(xiàn)有 各式三軸向振動復合的裝置中，具代表性有以下兩種
A、 十字直線導軌式的三軸向振動復合試驗裝置；參見中國專利公報于 2008年8月13日公開了公開號為101241036A,名稱為《振動臺三向激振平 臺的連接機構》的發(fā)明專利申請。結構見附圖1、附圖2,其X、 Y、 Z三軸 向上的力傳遞機構(即軸向傳振機構)均為十字直線導軌副3,具體是由滑 塊4和與滑塊4的上、下端面分別滑動連接的橫向?qū)к?和縱向?qū)к?構成。 這種三軸向振動復合試驗裝置因軸向傳振機構采用十字直線導軌副3,整體 結構簡單，十字直線導軌副3可外購，制造成本低，但是該裝置存在以下不 足
1、 各軸向運動質(zhì)量有很大差異。
2、 其從振動發(fā)生器2至工作臺面1的傳力路徑上連接關節(jié)過多從而影 響了振動頻率響應特性，特別是其垂直Z軸向上振動響應特性很差，導致其 適用于低頻振動試驗。
B、 靜壓式三軸向振動復合試驗裝置；參見美國專利公報公開有專利號 為5,549,005的美國專利。結構見附圖3,在工作臺面1下固連一中間立方體 7,該中間四方體7的左右、前后以及下方設有壓力施加板8,各壓力施加斧反8與中間四方體7以平面間隙配合，在各間隙配合平面間注高壓油形成l爭壓
油膜9,從而構成三個軸向的靜壓平面軸承結構，各壓力施加板8外側(cè)固連 連接軸10,通過連接軸10連接各軸向的振動發(fā)生器2。簡而言之，這種三 軸向振動復合試驗裝置是采用靜壓平面軸承作為軸向傳振機構將工作臺面1 與單軸向振動發(fā)生器2連接。這種三軸向振動復合試驗裝置，工作中各軸向 上運動部件少、質(zhì)輕，振動頻率范圍寬，其工作頻率上限達1000千Hz以上， 頻響特性較佳，但是，它仍存在以下不足
1、 制造方面，因三軸向均采用靜壓軸承結構，結構較復雜，各配合平 面加工要求高、難度大，制造成本高昂。
2、 振動試驗性能方面，因工作臺面1下需設一定高度的中間立方體7 以便布置壓力施加板8，這就增加了工作臺面1至垂直軸向上的振動發(fā)生器 2的距離(即抬高了工作臺面l),從而在一定程度上影響了整體的剛性；因 工作臺面1下需設中間立方體7以及多塊壓力施加板8，增加了運動部件的 質(zhì)量；剛性差及運動部質(zhì)量大，這兩點直接限制了工作頻率的進一步提高； 并且，工作臺面l的抬高，也直接導致抗傾覆力矩能力的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種三軸向振動復合試驗裝置，其目的是在現(xiàn)有三軸向靜壓 軸承式三軸振動復合裝置的基礎上進行改進，既降低加工制作難度、降低成 本，又近一步提高工作頻率的上限增大工作頻率范圍，增強抗傾覆力矩能力。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是 一種三軸向振動復合試驗 裝置，具有一個工作臺面，該工作臺面在垂直的Z軸向上經(jīng)第一傳振機構連 接Z軸向振動發(fā)生器，在水平的X軸向上經(jīng)第二軸向傳振機構連接X軸向 振動發(fā)生器，在水平的Y軸向上經(jīng)第三振動發(fā)生器連接Y軸向振動發(fā)生器， 其特征在于所述第二軸向傳振動機構和第三軸向傳振機構均為十字直線導 軌副，所述十字直線導軌副包括滑塊、橫向?qū)к壱约翱v向?qū)к?，橫向?qū)к壓?縱向?qū)к壥纸徊娌贾糜诨瑝K的兩側(cè)，且與滑塊構成滑動連接；橫向?qū)к壓?縱向?qū)к墐烧咧校?一者與X軸向或Y軸向振動發(fā)生器的固定連接，另一者與 工作臺面固定連接；
所述第一軸向傳振機構包括上、下夾板以及中心嵌板，所述上、下夾板 上下相對水平布置，中心嵌板位于上、下夾板之間，上、下夾板相對夾持中 心嵌板，中心嵌板的上表面與上夾板的下表面間隙配合形成上配合平面，中中心嵌板上設有向上配合平面間隙和下配合平面間隙注油的注油通道，泵入 高壓油，在上配合平面間隙和下配合平面間隙中形成靜壓油膜，構成靜壓平 面軸承機構；該靜壓平面軸承機構與Z軸向振動發(fā)生器、工作臺面的連接關 系為
所述中心嵌板與工作臺面固定連接，所述上夾板或下夾板經(jīng)連接件與Z 軸向振動發(fā)生器的固定連接；
或者，所述上夾板或下夾板與工作臺面固定連接，或上夾板的上表面作 為工作臺面；所述中心嵌板經(jīng)連接件與Z軸向振動發(fā)生器的固定連接。
上述兩個技術方案中的有關內(nèi)容解釋如下
1、 上述方案中，所述Z軸向、X軸向、Y軸向振動發(fā)生器可以采用電動 振動臺、機械振動臺、液壓振動臺或機械振動機構，其中機械振動機構是指 能夠產(chǎn)生機械振動的機構。
2、 上述方案中，所述上、下夾板穿置有拉力螺釘，上、下夾板通過拉 力螺釘連接構成可調(diào)間距式夾持結構。使用時，可通過旋動拉力螺釘調(diào)整上、 下夾板的間距，即調(diào)整配合平面間的間隙大小，調(diào)節(jié)靜壓油膜的剛度。
3、 上述方案中，還包括一Z軸導向支架，該Z軸導向支架相對Z軸向 振動發(fā)生器的臺體固定，所述Z軸導向支架上沿Z軸開設有導向孔，所述連 接件中部穿過所述導向孔，所述導向孔的內(nèi)表面與連接件的外表面間隙配合 構成配合面，該配合面間泵入高壓油，形成靜壓油膜，構成靜壓軸承導向結 構。
4、 上述方案中，所述工作臺面的周向至Z軸導向支架周向之間連接有 一環(huán)形防塵膜，利用環(huán)形防塵膜將試件工作臺至Z軸導向支架間在周向上封 閉，以防灰塵等雜物進入靜壓軸承處。
本發(fā)明的設計構思是多年來，申請人對現(xiàn)有各類三軸振動復合試驗裝 置(特別是現(xiàn)有三軸向靜壓軸承式振動復合試驗裝置)進行了深入試驗分析。 經(jīng)多次試驗論證，發(fā)現(xiàn)垂直Z軸向振動時的頻響特性、工作頻率上限等性能 指標較水平X軸向、水平Y軸向差很多，即垂直Z軸向的振動工作頻率即 決定了整個裝置的工作頻率。故申請人在改進三軸向靜壓軸承式振動復合試 驗裝置時，保留其垂直Z軸向上的靜壓平面軸承作為軸向傳振機構，而將X 軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十字直線導軌副，可使三軸復合的工作頻 率范圍提高至2000Hz以上。具體分析如下因X軸向、Y軸向的軸向傳振 機構改為十字直線導軌副，使工作臺面?zhèn)炔坎挥弥脡毫κ┘影?，可以盡可能地縮短工作臺面至垂直Z軸向上的Z軸向振動發(fā)生器的距離(即降低了工作 臺面)，從而提高了整體的剛性、減少了運動部件的質(zhì)量。剛性提高及運動 部質(zhì)量下降，這兩點使工作頻率上限近一步提高。并且，十字直線導軌副可 采用外購件，從而簡化了結構，降低了制造的難度，降低制造成本。
本發(fā)明有以下三種使用情況
第一種單軸向作用的振動試驗；如進行Z軸向振動試驗時，只要起動 Z軸向振動發(fā)生器發(fā)出Z軸向的振動，因工作臺面與振動發(fā)生器間經(jīng)第一軸 向傳4^〖幾構連"l妄，軸向傳^振方向正是Z軸向，而X軸向和Y軸向為自由滑 動配合，Z軸向振動發(fā)生器發(fā)出的振動經(jīng)第 一軸向傳振機構傳遞給工作臺面， 實現(xiàn)單Z軸向的振動試驗。進行X軸向和Y軸向振動時也只要起動相對應 方向上的振動發(fā)生器即可，工作過程與上述相似。
第二種兩個軸方同時作用的復合振動試驗；雖產(chǎn)品應用中的振動環(huán)境 本質(zhì)上是三軸同時發(fā)生的，當其中一個軸向與其余兩向相比振動很小以至于 可以忽略，或者其中一個軸向?qū)φ駝釉囼灥慕Y果影響不大，我們可以對試件 使用兩個軸向同時振動試-險，相比兩個軸向分開振動，它可以更準確地復現(xiàn) 真實工況。使用時，起動相對應的兩個軸向上的振動發(fā)生器即可，它們發(fā)出 的振動會經(jīng)軸向傳振機構傳遞至工作臺面上迭加作用，實現(xiàn)兩軸向復合振動 試驗。
第三種三個軸向同時作用的復合振動試驗；三軸向復合振動最接近自 然真實的環(huán)境。使用時，起動三個振動發(fā)生器，三個振動發(fā)生器發(fā)出的振動 經(jīng)軸向傳振機構同時迭加作用在工作臺面上，實現(xiàn)三軸向復合振動試驗。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點有
1、 由于本發(fā)明的特殊結構，因X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十 字直線導軌副，使工作臺面?zhèn)炔坎挥貌贾脡毫κ┘影?，盡可能地縮短了工作 臺面至垂直Z軸向上的Z軸向振動發(fā)生器的距離(即降低了工作臺面)，從 而提高了整體的剛性。
2、 由于本發(fā)明的特殊結構，因X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十 字直線導軌副，使工作臺面?zhèn)炔坎挥貌贾脡毫κ┘影?，減少了中間立方體， 同時減少了三軸向的運動部件的質(zhì)量。
3、 本發(fā)明剛性提高及運動部質(zhì)量的下降，這兩點使工作頻率上限進一 步提尚。
4、 由于本發(fā)明的特殊結構，因X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十字直線導軌副，降低工作臺面，從而提高了抗傾覆力矩的能力。
5、本發(fā)明十字直線導軌副可采用外購件，簡化了整體結構，降低了制 造的難度，大幅降低制造成本。


附圖1為現(xiàn)有十字導軌式三軸向振動復合試驗裝置的結構主視示意圖； 附圖2為附圖1的俯視示意附圖3為現(xiàn)有靜壓式三軸向振動復合試驗裝置的結構示意附圖4為本發(fā)明實施例一結構主視示意附圖5為附圖4的俯^L示意附圖6為本發(fā)明實施例二結構主視示意附圖7為附圖6的俯視示意附圖8為本發(fā)明實施例三結構俯視示意圖。
以上附圖中1、工作臺面；2、振動發(fā)生器；3、十字交叉的直線導軌 畐寸；4、滑塊；5、橫向?qū)к墸?、縱向?qū)к墸?、中間立方體；8、壓力施加 板；9、靜壓油膜；10、連4妄軸；11、； 12、導軌；13、附加臺面；20、工作 臺面；21、 Z軸向振動發(fā)生器；22、 X軸向振動發(fā)生器；23、 Y軸向振動發(fā) 生器；24、第一軸向傳振機構；25、第二軸向傳振機構；26、第三軸向傳振 機構；27、上夾板；28、下夾板；29、中心嵌板；30、注油通道；31、滑塊； 32、橫向?qū)к墸?3、縱向?qū)к墸?4、拉力螺釘；35、 Z軸導向支架；36、導 向孔；37、連接件；38、靜壓油膜；39、環(huán)形防塵膜；40、直線導軌連接件； 41、連接體；42、避讓槽；43、避讓槽；44、附加臺面；45、靜壓油膜。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例 一 參見附圖4 ~ 5所示， 一種三軸向振動復合試驗裝置，具有 一個工作臺面20,該工作臺面20在垂直的Z軸向上經(jīng)第一軸向傳振才幾構24 連接Z軸向振動發(fā)生器21,在水平X軸向上經(jīng)第二軸向傳振機構25連接X 軸向振動發(fā)生器22,在水平Y軸向上經(jīng)第三軸向傳振機構26連接Y軸向振 動發(fā)生器23。
所述第一軸向傳振機構24包括上、下夾板27、 28以及中心嵌板29,所 述工作臺面20下設一連接體41,該連接體41截面為"H形"，其周向壁頂 端與工作臺面20底面固定連接，其中心橫向板體即為中心嵌板29,所述上、 下夾板27、 28相對水平分置于連接體41的中心橫向板體(即中心嵌板29)的上下，中心嵌板29的中心開避讓槽42，上、下夾板27、 28中心經(jīng)避讓槽 42穿置拉力螺釘34,上、下夾板27、 28過拉力螺釘34連接，上、下夾板 27、 28相對夾持中心嵌板29。避讓槽42的大小需大于本裝置X軸向及Y 軸向的移動范圍，工作過程中，拉力螺釘34不會碰及槽42的側(cè)壁。上夾板 27的下表面與中心嵌板29的上表面間隙配合構成上配合平面，下夾板28的 上表面與中心嵌板29的下表面間隙配合構成下配合平面，上、下夾板27、 28上設有向上配合平面間隙和下配合平面間隙注油的注油通道30，泵入高 壓油，在上配合平面間隙和下配合平面間隙中形成靜壓油膜45,構成靜壓平 面軸承機構；通過調(diào)節(jié)拉力螺釘34可以調(diào)整上、下夾板27、 28的間距，即 調(diào)節(jié)配合平面的間隙，調(diào)節(jié)靜壓油膜45的剛度。
所述靜壓平面軸承機構與Z軸向振動發(fā)生器21、工作臺面20的連接關 系為所述中心嵌板29經(jīng)連接體41與工作臺面20固定連接，所述下夾板 28經(jīng)連接件37 (具體為一空心軸件)與Z軸向振動發(fā)生器21固定連接。
所述第二軸向傳振動機構25和第三軸向傳振機構26均為十字直線導軌 副，每個十字直線導軌副包括一個滑塊31、 一個橫向?qū)к?2以及一個縱向 導軌33,橫向?qū)к?2和縱向?qū)к?3十字交叉布置于滑塊31的兩側(cè)，且與 滑塊31構成滑動連接；橫向?qū)к?2和縱向?qū)к?3兩者中，縱向?qū)к?3經(jīng) 直線導軌連接件40與X軸向或Y軸向振動發(fā)生器22、 23固定連接，橫向?qū)?軌32具體與連接體41的周向側(cè)壁固定連接，最終連接至工作臺面20上。
上述裝置還包括一 Z軸導向支架35,該Z軸導向支架35底部對Z軸振 動臺臺體固定，所述Z軸導向支架35上沿Z軸開設有導向孔36,所述連接 件37中部穿過所述導向孔36,所述導向孔36的內(nèi)表面與連接件(具體為一 空心軸件)37的外表面間隙配合構成配合面，且該配合面間泵入高壓油，形 成靜壓油膜38,構成靜壓軸承導向結構。在連接體41底部的周向至Z軸導 向支架35的頂部周向之間連接有一環(huán)形防塵膜39，將兩者間的周向間隙封 閉，以免使用中外界灰塵等進入靜壓平面軸承內(nèi)部。
本實施例有以下三種使用方式第一種X、 Y或Z軸向單獨作用的振 動試驗；第二種兩個軸向同時作用的復合振動試驗；第三種三個軸向同 時作用的復合振動試驗，在進行三個方向同時作用的復合振動試驗時，可以 通過人為設計并協(xié)調(diào)各振動發(fā)生器的振動波形，使三軸向復合振動復現(xiàn)出真 實工況下的自然振動波形，使之達到最接近自然真實振動效果。
實施例二 參見附圖6 7所示， 一種三軸向振動復合試驗裝置，具有一個工作臺面20，與實施例一的區(qū)別在于沒有連接體41,直接將上夾板 27的上表面作為工作臺面20,中心嵌板29的底面固連連接件37,經(jīng)連接件 37與Z軸向振動發(fā)生器21的振動體連接；下夾板28上避讓連接件37開有 避讓槽43;所述上夾板27的側(cè)部直接與第二軸向傳振機構25和第三軸向傳 振機構26中的橫向?qū)к?2固定連接。在上夾板27底部的周向至Z軸導向 支架35的頂部周向之間連接有一環(huán)形防塵膜39,以封閉兩者間的周向，防 灰塵進入。
實施例三參見附圖8所示， 一種三軸向振動復合試驗裝置，包括一 個工作臺面20、三個振動發(fā)生器以及三個軸向傳振機構；與實施例一的區(qū)別 在于所述第二軸向傳振機構25和第三軸向傳振機構26為十字直線導軌副， 每個十字直線導軌副各包括一橫向?qū)к?2、兩縱向?qū)к?3以及兩滑塊31, 兩縱向?qū)к?3平行并列設置，橫向?qū)к?2和兩縱向?qū)к?3十字交叉分布， 在兩個交叉點上各設一滑塊31,當然，橫向?qū)к?2和縱向?qū)к?3與滑塊 31間還是滑動連接。兩個并列的第二軸向傳振機構25/第三軸向傳振機構26 中的縱向?qū)к?3通過附加臺面44與X軸向振動發(fā)生器22/Y軸向振動發(fā)生 器23固定連接。
其它同實施例一，這里不再贅述。
上述實施例三是工作臺面20面積尺寸較大時，故在此情況下采用的具 兩縱向?qū)к?3的十字直線導軌副。實際使用中，十字直線導軌副中橫向?qū)?軌32、縱向?qū)к?3以及滑塊31的具體數(shù)量不限，可按工作臺面20的面積 大小及厚度調(diào)整。
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項 技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保 護范圍。凡4艮據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明 的寸呆護范圍之內(nèi)。
權利要求
1、一種三軸向振動復合試驗裝置，具有一個工作臺面(20)，該工作臺面(20)在垂直的Z軸向上經(jīng)第一傳振機構(24)連接Z軸向振動發(fā)生器(21)，在水平的X軸向上經(jīng)第二軸向傳振機構(25)連接X軸向振動發(fā)生器(22)，在水平的Y軸向上經(jīng)第三振動發(fā)生器(23)連接Y軸向振動發(fā)生器(23)，其特征在于所述第二軸向傳振動機構(25)和第三軸向傳振機構(26)均為十字直線導軌副，所述十字直線導軌副包括滑塊(31)、橫向?qū)к?32)以及縱向?qū)к?33)，橫向?qū)к?32)和縱向?qū)к?33)十字交叉布置于滑塊(31)的兩側(cè)，且與滑塊(31)構成滑動連接；橫向?qū)к?32)和縱向?qū)к?33)兩者中，一者與X軸向或Y軸向振動發(fā)生器的固定連接，另一者與工作臺面(20)固定連接；所述第一軸向傳振機構(24)包括上、下夾板(27、28)以及中心嵌板(29)，所述上、下夾板(27、28)上下相對水平布置，中心嵌板(29)位于上、下夾板(27、28)之間，上、下夾板(27、28)相對夾持中心嵌板(29)，中心嵌板(29)的上表面與上夾板(27)的下表面間隙配合形成上配合平面，中心嵌板(29)的下表面與下夾板(28)的上表面間隙配合形成下配合平面，上、下夾板(27、28)或中心嵌板(29)上設有向上配合平面間隙和下配合平面間隙注油的注油通道(30)，泵入高壓油，在上配合平面間隙和下配合平面間隙中形成靜壓油膜(45)，構成靜壓平面軸承機構；該靜壓平面軸承機構與Z軸向振動發(fā)生器(21)、工作臺面(20)的連接關系為所述中心嵌板(29)與工作臺面(20)固定連接，所述上夾板(27)或下夾板(28)經(jīng)連接件(37)與Z軸向振動發(fā)生器(21)的固定連接；或者，所述上夾板(27)或下夾板(28)與工作臺面(20)固定連接，或上夾板(27)的上表面作為工作臺面(20)；所述中心嵌板(29)經(jīng)連接件(37)與Z軸向振動發(fā)生器(21)的固定連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的三軸向振動復合試驗裝置，其特征在于所述 上、下夾板(27、 28)設有拉力螺釘(34),上、下夾板(27、 28)通過拉力 螺釘(34)連接構成可調(diào)間距式夾持結構。
3、 根據(jù)權利要求1所述的三軸向振動復合試驗裝置，其特征在于還包 括一 Z軸導向支架(35 )，該Z軸導向支架(35 )相對Z軸向振動發(fā)生器(21 ) 的臺體固定，所述Z軸導向支架(35)上沿Z軸開設有導向孔(36),所述連 接件(37)中部穿過所述導向孔(36),所述導向孔(36)的內(nèi)表面與連接件(37)的外表面間隙配合構成配合面，泵入高壓油，該配合面間形成靜壓油膜(38) ,構成靜壓軸承導向結構。
4、根據(jù)權利要求3所述的三軸向振動復合試驗裝置，其特征在于所述 工作臺面(20)的周向至Z軸導向支架(35)周向之間連接有一環(huán)形防塵膜(39) 。
全文摘要
一種三軸向振動復合試驗裝置，具有工作臺面，其特征在于所述水平X軸向第二軸向傳振動機構和水平Y軸向第三軸向傳振機構均為十字直線導軌副，而垂直Z軸向的第一軸向傳振機構包括上、下夾板以及中心嵌板，所述上、下夾板上下相對水平布置，中心嵌板位于上、下夾板之間，上、下夾板相對夾持中心嵌板，上夾板的下表面與中心嵌板的上表面間隙配合構成上配合平面，下夾板的上表面與中心嵌板的下表面間隙配合構成下配合平面，在上配合平面間隙和下配平面間隙中泵入高壓油，形成靜壓油膜，構成靜壓平面軸承機構。本發(fā)明在性能上(特別是工作頻率上)進一步提高，提高抗傾覆力矩的能力，并且，簡化結構，降低制造的難度、成本。
文檔編號G01M7/06GK101487765SQ20091002450
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權日2009年2月13日
發(fā)明者武元楨, 鐘瓊?cè)A 申請人:蘇州蘇試試驗儀器有限公司