專利名稱：三軸六自由度振動試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及力學環境試驗設備，具體涉及一種X、 Y、 Z三軸六自由度 的振動試驗裝置。該振動試驗裝置可用于模擬X、 Y、 Z三個軸向六個自由 度的單獨作用的振動環境，也可用于模擬X、 Y、 Z三個軸向六個自由度同 時作用的復合振動環境。
技術背景有些產品在實際環境下經受的振動是X、 Y、 Z三軸六自由度(即沿空 間X、 Y、 Z三軸向移動，同時可繞X、 Y、 Z三軸轉動)的復合振動，目前 因試驗設備及手段的限制，三軸同時振動試驗只能用分別進行的單軸振動試 驗模擬，同時發生的三軸六自由度試驗更是無法實現。上述振動試驗的不足a、現有三軸同時發生的振動試驗用分別進行的單 軸振動試驗模擬，三次試驗間都需要專業人員進行高要求的調整和定位，耗 時長，操作很煩瑣；b、先后進行的單軸振動試驗并不能完全等同或等效于 三軸同時振動，與真實的復合振動環境相差甚遠；c、不能進行三軸六自由度 振動試驗。因此，開發一種能模擬三軸六自由度同時作用的復合振動環境的振動試 驗裝置，克服上述振動試驗的不足，是本發明研究的重點。 發明內容本發明提供一種全新的三軸六自由度振動試驗裝置，其目的是要解決現 有技術從事三軸振動試驗時，需多次調整，操作煩瑣費時，而且不能模擬出 三軸六自由度同時作用的復合振動環境，導致對產品振動性能評價不準確的 技術問題。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是 一種三軸六自由度振動試 驗裝置，包括一個試件工作臺，以試件工作臺的重心為坐標原點，在水平X 軸方向上設置第一振動發生器，該臺振動發生器的振動體與試件工作臺間經 第一球形連接器連接；在水平Y軸方向上并列設置第二振動發生器和第三振 動發生器，這兩臺振動發生器以Y軸對稱，而且兩者的中軸線布置在過原點 的同一水平面內，第二振動發生器的振動體與試件工作臺間經第二球形連接 器連接，第三振動發生器的振動體與試件工作臺間經第三球形連接器連接； 在Z軸方向上并列設置第四振動發生器和第五振動發生器，這兩臺振動發生器分別位于X軸和Y軸分割的兩個對角象限內，而且兩者的中軸線以Z軸對稱，第四振動發生器的振動體與試件工作臺底面間經第四球形連接器連接，第五振動發生器的振動體與試件工作臺底面間經第五球形連接器連接；所述每個球形連接器均由第一球座、第一球頭、連接軸、第二球頭和第 二球座組成，第一球頭和第二球頭分別固定在連接軸兩端，且球頭上均設有 凸球面，第一球座和第二球座上均設有凹球面，第一球頭的凸球面與第一球 座的凹球面配合連接，第二球頭的凸球面與第二球座的凹球面配合連接；所 述球形連接器中，兩球心之間的最大偏心距應大于振動發生器最大振幅的一半；所述第一球座和第二球座兩者中， 一個與試件工作臺固定連接，另一個 與振動發生器的振動體固定連接。上述兩個技術方案中的有關內容解釋如下1、 上述方案中，所述"水平X軸方向"和"水平Y軸方向"分別為水 平面內相互垂直的兩個方向，其中一個方向定義為X軸方向，而另一個方向 定義為Y軸方向，也可將一個方向定義為Y軸方向，而另一個方向定義為X 軸方向。2、 上述方案中，所述"兩個對角象限"是指X軸和Y軸分割的第一、 第三象限或第二、第四象限。3、 上述方案中，還包括以下較佳的近一步變化方案a、 所述在水平X軸方向上還設有第六振動發生器，該振動發生器和第 一振動發生器以X軸對稱，而且兩者的中軸線布置在過原點的同一水平面 內，第六振動發生器的振動體與試件工作臺間經第六球形連接器連接。b、 在Z軸方向上還并列設有第七振動發生器和第八振動發生器，這兩 臺振動發生器分別位于X軸和Y軸分割的另外兩個對角象限內，而且兩者的 中軸線以Z軸對稱，第七振動發生器的振動體與試件工作臺間經第七球形連 接器連接，第八振動發生器的振動體與試件工作臺間經第八球形連接器連 接。c、 在水平X軸方向上還設有第六振動發生器，該振動發生器和第一振 動發生器以X軸對稱，而且兩者的中軸線布置在過原點的同一水平面內，第六振動發生器的振動體與試件工作臺間經第六球形連接器連接；在z軸方向 上還并列設有第七振動發生器和第八振動發生器，這兩臺振動發生器分別位于X軸和Y軸分割的另外兩個對角象限內，而且兩者的中軸線以Z軸對稱，第七振動發生器的振動體與試件工作臺間經第七球形連接器連接，第八振動 發生器的振動體與試件工作臺間經第八球形連接器連接。4、 上述方案中，為了使球形連接器在傳遞振動的方向保持剛性連接效 果，減少失真度，更好地傳遞振動，所述球形連接器的第一球座和第二球座 中設置壓力注油孔道，在球形配合面之間形成靜壓油膜，該靜壓油膜構成靜 壓支承。5、 上述方案中，所述振動發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生機械振動的機構。6、 上述方案中，為了減少試件工作臺在安裝試件后重心偏移所帶來的 影響，可以在試件工作臺Z方向上設有彈性支承或懸掛結構，其中彈性支承 結構從下方支撐試件工作臺，彈性懸掛結構從上方懸掛試件工作臺。所述彈 性支承結構比較典型的是氣嚢或彈簧。7、 上述方案中，三軸六自由度振動試驗裝置還可以包括其它裝置、部 件或系統，比如當振動發生器采用電動振動臺時需要配置控制和驅動系統， 當采用液壓振動臺時需要配置液壓系統。8、 上述方案中，所述"最大偏心距"的定義，如附圖3所示，最大偏 心距a^第 一球頭和第二球頭的球心距x sin 6 , 6角為連接軸14繞一側球頭 15的球心向下偏轉至極限狀態的中心線(圖中虛線所示)與原中位水平狀態 的中心線之間的夾角。本發明的工作原理是將各方位上的振動發生器發出振動通過球形連接 器作用于試件工作臺上，通過控制各振動發生器發出的振動波形實現X、 Y、 Z三軸六自由度運動，從而模擬出真實的自然振動環境以進行試驗。與現有技術相比，本發明的優點有1、 由于本發明的特殊結構，當分開做各向直線振動試驗時，可快速地 在X、 Y和Z三方向直線振動試驗間切換，省去中間的旋轉臺體，調整系統 等工序，提高了振動試驗效率。2、 由于本發明的特殊結構，可通過協調各振動發生器的振動波，模擬 出真實環境下三個軸向六自由度同時作用的復合振動環境，準確復現出真實 的工況，最接近自然真實的環境，大幅提升振動試驗結果的準確性。


附圖1為本發明實施例一結構示意圖；附圖2為本發明實施例一球形連接器結構立體示意圖； 附圖3為本發明實施例一球形連接器局部剖視示意圖； 附圖4為本發明實施例二結構示意圖； 附圖5為本發明實施例三結構示意筒圖； 附圖6為本發明實施例四結構示意簡圖。以上附圖中以上附圖中1、試件工作臺；2、第一振動發生器；3、 第一球形連接器；4、第二振動發生器；5、第三振動發生器；6、第二球形 連接器；7、第三球形連接器；8、第四振動發生器；9、第五振動發生器； 10、第四球形連接器；11、第五球形連接器；12、第一球座；13、第一球頭； 14、連接軸；15、第二球頭；16、第二球座；17、凸球面；18、凹球面；19、 第六振動發生器；20、第六球形連接器；21、第七振動發生器；22、第八振 動發生器；23、第七球形連接器；24、第八球形連接器；25、支架；26、 底座。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例一參見附圖1 ~附圖3所示， 一種三軸六自由度振動試驗裝置， 包括一個試件工作臺1,以試件工作臺1的重心為坐標原點，在水平X軸方 向上設置第一振動發生器2,該臺振動發生器為電動振動臺，該振動發生器 的振動體(即電動振動臺的動圈)與試件工作臺1側部間經第一球形連接器 3連接，并且該第一振動發生器2的振動體(即動圈)的中心軸線正與水平 X軸重合；在水平Y軸方向上并列設置第二振動發生器4和第三振動發生器 5，這兩臺振動發生器也是電動振動臺，它們以Y軸對稱，而且兩者的中軸 線布置在過原點的同一水平面內，第二振動發生器4的振動體(即電動振動 臺動圈)與試件工作臺1的對應側部間經第二球形連接器6連接，第三振動 發生器5的振動體(即電動振動臺動圈)與試件工作臺1間經第三球形連接 器7連接；在Z軸方向上并列設置第四振動發生器8和第五振動發生器9, 這兩臺振動發生器也為電動振動臺，它們分別位于X軸和Y軸分割的兩個對 角相限(具體為第一象限和第三象限)內，而且兩者的中軸線以Z軸對稱， 第四振動發生器8的振動體(即電動振動臺動圈)與試件工作臺l底面間經 第四球形連接器IO連接，第五振動發生器9的振動體(即電動振動臺動圈) 與試件工作臺1底面間經第五球形連接器11連接。參見附圖1 ~附圖3所示，所述每個球形連接器均由第一球座12、第一球頭13、連接軸14、第二球頭15和第二球座16組成，第一球頭13和第二 球頭15分別固定在連接軸14兩端，且球頭上均設有凸球面17,第一球座 12和第二球座16上均設有凹球面18,第一球頭13的凸球面17與第一球座 12的凹球面18配合連接，第二球頭15的凸球面17與第二球座12的凹球面 18配合連接；所述球形連接器中，兩球心之間的最大偏心距a應大于振動發 生器最大振幅的一半；所述第一球座12和第二球座16兩者中， 一個與試件 工作臺1固定連接，另一個與振動發生器的振動體固定連接。為了使球形連 接器在傳遞振動的方向上保持剛性連接效果，減少失真度，更好地傳遞振動， 在球形連接器的第一球座12和第二球座16中可設置壓力注油孔道(圖中未 畫出)，在球形配合面之間形成靜壓油膜，該靜壓油膜構成靜壓支承。為了減少試件工作臺l在安裝試件后重心偏移所帶來的影響，所述試件 工作臺1在Z方向上還可設有彈性支承或懸掛結構(圖中未畫出)，其中彈 性支承結構從下方支撐試件工作臺1,彈性懸掛結構從上方懸掛試件工作臺 1。所述彈性支承結構比較典型的是氣嚢或彈簧。本實施例使用時，可沖莫擬出X、 Y、 Z軸方向的直線和繞X、 Y和Z軸 的轉動共六自由度中的單一自由度運動或多自由度運動的同時作用的環境，具體為a、 單方向直線振動試驗進行單水平x軸方向直線振動試驗時，只要起動第一振動發生器2發出 X方向的直線振動，因試件工作臺與振動發生器間經第一球形連接器3連接， 第一振動發生器2發出的振動經第一球形連接器3傳遞給試件工作臺1,實 現單X軸方向的直線振動試驗；進行單Y軸方向直線振動時，也只要起動相 對應的第二振動發生器4和第三振動發生器5，第二振動發生器4和第三振 動發生器5發出同步的振動信號作用在試件工作臺l上，驅動試件工作臺1 沿Y軸直線振動；進行單Z軸方向直線振動時，只要起動第四振動發生器8 和第五振動發生器9，第四振動發生器8和第五振動發生器9發出同步的振 動信號作用在試件工作臺i上，驅動試件工作臺1沿Z軸直線振動。單方向振動發生器以正弦振動時，試件工作臺1的運動軌跡是一條直線。b、 三軸六自由度復合振動試驗此試驗能準確復現真實工況，最接近自然真實的環境。使用時，起動所 有的五個振動發生器，五個振動發生器發出的振動經球形連接器同時迭加作 用在試作工作臺上，實現三方向六自由度的復合振動試驗，其中，X軸方向的直線振動由第 一振動發生器2控制，Y軸方向的直線振動由第二振動發生 器4和第三振動發生器5控制，Z軸方向的直線振動由第四振動發生器8和 第五振動發生器9控制，繞Z軸方向的轉動由第一振動發生器2、第二振動 發生器4和第三振動發生器5相配合控制，繞X軸方向的轉動由第四振動發 生器8和第五振動發生器9相配合控制，繞Y軸方向的轉動由第四振動發生 器8和第五振動發生器9相配合控制。本實施例為舉例說明，具體還有以下局部的變化1、 所述各振動發生器2、 4、 5、 8及9不一定要采用電動振動臺，也可 以采用機械振動臺、液壓振動臺或其他機械振動機構。2、 第一振動發生器2與試件工作臺1間可采用多個并列的第一球形連 接器3連接，與之相同，第二振動發生器4、第三振動發生器5、第四振動 發生器8和第五振動發生器9和試件工作臺1間也可采用多個并列的球形連 接器連接。實施例二參見附圖4所示， 一種三軸六自由度振動試驗裝置，包括一 個試件工作臺1,與實施例一的不同之處在于以試件工作臺1的重心為坐 標原點，在水平X軸方向上還設有第六振動發生器19,該振動發生器和第 一振動發生器2以X軸對稱，而且兩者的中軸線布置在過原點的同一水平面 內，第六振動發生器19的振動體與試件工作臺1間經第六球形連接器20連 接；在Z軸方向上還并列設有第七振動發生器21和第八振動發生器22,這 兩臺振動發生器分別位于X軸和Y軸分割的另外兩個對角相限(具體為第二 象限和第四象限)內，而且兩者的中軸線以Z軸對稱，第七振動發生器21 的振動體與試件工作臺1間經第七球形連接器23連接，第八振動發生器22 的振動體與試件工作臺1間經第八球形連接器24連接。工作時，當進行三軸六自由度復合振動試驗，具體控制方式是X軸方 向的直線振動由第一振動發生器2和第六振動發生器19控制，Y軸方向的 直線振動由第二振動發生器4和第三振動發生器5控制，Z軸方向的直線振 動由第四振動發生器8、第五振動發生器9、第七振動發生器21和第八振動 發生器22共四臺振動發生器控制，繞Z軸方向的轉動由第 一振動發生器2、 第六振動發生器19、第二振動發生器4和第三振動發生器5相配合控制，繞 X軸方向的轉動由第四振動發生器8、第五振動發生器9、第七振動發生器 21和第八振動發生器22相配合控制，繞Y軸方向的轉動由第四振動發生器 8、第五振動發生器9、第七振動發生器21和第八振動發生器22相配合控制。本實施例，因Z軸方向上設第四振動發生器8、第五振動發生器9、第 七振動發生器21和第八振動發生器22共四臺振動發生器，在Z軸方向上的 驅動更加平穩。其他同實施例一，不再贅述。實施例三參見附圖5所示， 一種三軸六自由度振動試驗裝置，包括一 個試件工作臺1,與實施例一的不同之處在于所述坐標系定義方向變化， 如圖所示，現定義實施例一中原Y軸為X軸，原X軸為Y軸，第一振動發 生器2和第二振動發生器4、第三振動發生器5的位置隨坐標系的變化而對 換；另外，所述第四振動發生器8和第五振動發生器9分別位于X軸和Y 軸分割的兩個第二象限和第四象限內。其他同實施例一，不再贅述。本實施例工作過程從前述第一和第二實施 例中可歸納出，這里也不再重復。實施例四參見附圖6所示， 一種三軸六自由度振動試驗裝置，包括一 個試件工作臺1，與實施例一的不同之處在于在水平X軸方向上還設有第 六振動發生器19,該振動發生器和第一振動發生器2以X軸對稱，而且兩 者的中軸線布置在過原點的同一水平面內，第六振動發生器19的振動體與 試件工作臺1間經第六球形連接器20連接；另外，所述第四振動發生器8 和第五振動發生器9分別位于X軸和Y軸分割的兩個第二象限和第四象限 內。其他同實施例一，不里不再贅述。本實施例工作過程從前述第一和第二 實施例中可歸納出，這里也不再重復。上述實施例只為說明本發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明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保 護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明 的4呆護范圍之內。
權利要求
1. 一種三軸六自由度振動試驗裝置，包括一個試件工作臺(1)，其特征在于以試件工作臺(1)的重心為坐標原點，在水平X軸方向上設置第一振動發生器(2)，該臺振動發生器的振動體與試件工作臺(1)間經第一球形連接器(3)連接；在水平Y軸方向上并列設置第二振動發生器(4)和第三振動發生器(5)，這兩臺振動發生器以Y軸對稱，而且兩者的中軸線布置在過原點的同一水平面內，第二振動發生器(4)的振動體與試件工作臺(1)間經第二球形連接器(6)連接，第三振動發生器(5)的振動體與試件工作臺(1)間經第三球形連接器(7)連接；在Z軸方向上并列設置第四振動發生器(8)和第五振動發生器(9)，這兩臺振動發生器分別位于X軸和Y軸分割的兩個對角象限內，而且兩者的中軸線以Z軸對稱，第四振動發生器(8)的振動體與試件工作臺(1)底面間經第四球形連接器(10)連接，第五振動發生器(9)的振動體與試件工作臺(1)底面間經第五球形連接器(11)連接；所述每個球形連接器均由第一球座(12)、第一球頭(13)、連接軸(14)、第二球頭(15)和第二球座(16)組成，第一球頭(13)和第二球頭(15)分別固定在連接軸(14)兩端，且球頭上均設有凸球面(17)，第一球座(12)和第二球座(16)上均設有凹球面(18)，第一球頭(13)的凸球面(17)與第一球座(12)的凹球面(18)配合連接，第二球頭(15)的凸球面(17)與第二球座(12)的凹球面(18)配合連接；所述球形連接器中，兩球心之間的最大偏心距應大于振動發生器最大振幅的一半；所述第一球座(12)和第二球座(16)兩者中，一個與試件工作臺(1)固定連接，另一個與振動發生器的振動體固定連接。
2、 根據權利要求1所述的三軸六自由度振動試驗裝置，其特征在于在 在水平X軸方向上還設有第六振動發生器(19)，該振動發生器和第一振動發 生器(2)以X軸對稱，而且兩者的中軸線布置在過原點的同一水平面內，第 六振動發生器(19)的振動體與試件工作臺(1)間經第六球形連接器(20) 連接。
3、 根據權利要求1所述的三軸六自由度振動試驗裝置，其特征在于在 Z軸方向上還并列設有第七振動發生器(21)和第八振動發生器(22),這兩 臺振動發生器分別位于X軸和Y軸分割的另外兩個對角象限內，而且兩者的 中軸線以Z軸對稱，第七振動發生器(21)的振動體與試件工作臺(1)間經 第七球形連接器(23)連接，第八振動發生器(22)的振動體與試件工作臺(1) 間經第八球形連接器(24)連接。
4、 根據權利要求1所述的三軸六自由度振動試驗裝置，其特征在于在 在水平X軸方向上還設有第六振動發生器(19),該振動發生器和第一振動發 生器(2)以X軸對稱，而且兩者的中軸線布置在過原點的同一水平面內，第 六振動發生器(19)的振動體與試件工作臺(1)間經第六球形連接器(20) 連接；在Z軸方向上還并列設有第七振動發生器(21 )和第八振動發生器(22 ), 這兩臺振動發生器分別位于以X軸和Y軸分割的另外兩個對角象限內，而且 兩者的中軸線以Z軸對稱，第七振動發生器(21 )的振動體與試件工作臺(1) 間經第七球形連接器(23)連接，第八振動發生器(22)的振動體與試件工作 臺(1)間經第八球形連接器(24)連接。
5、 根據權利要求1所述的三軸六自由度振動試驗裝置，其特征在于所 述球形連接器的第一球座(12)和第二球座(16)中設置壓力注油孔道，在球 形配合面之間形成靜壓油膜，該,爭壓油膜構成4爭壓支承。
6、 根據權利要求1所述的三軸六自由度振動試驗裝置，其特征在于所 述球形連接器的第一球頭(13)和第二球頭(15)中設置壓力注油孔道，在球 形配合面之間形成靜壓油膜，該靜壓油膜構成靜壓支承。
7、 根據權利要求1所述的三軸六自由度振動試驗裝置，其特征在于所 述振動發生器采用電動振動臺、機械振動臺、液壓振動臺或機械振動機構。
8、 根據權利要求1所述的三軸六自由度振動試驗裝置，其特征在于所 述試件工作臺(1)在軸Z方向上還設有彈性支承或懸掛結構，其中彈性支承 結構從下方支撐試件工作臺(1)，彈性懸掛結構從上方懸掛試件工作臺(1)。
全文摘要
一種三軸六自由度振動試驗裝置，包括一個試件工作臺，以試件工作臺的重心為坐標原點，在水平X軸方向上設置第一振動發生器，與試件工作臺間經第一球形連接器連接；在水平Y軸方向上并列設置第二振動發生器和第三振動發生器，第二振動發生器的振動體與試件工作臺間經第二球形連接器連接，第三振動發生器的振動體與試件工作臺間經第三球形連接器連接；在Z軸方向上并列設置第四振動發生器和第五振動發生器，第四振動發生器的振動體與試件工作臺底面間經第四球形連接器連接，第五振動發生器的振動體與試件工作臺底面間經第五球形連接器連接。本發明能模擬出真實環境下X、Y、Z三軸六自由度復合振動環境，更準確復現真實工況，最接近自然真實的環境，大幅提升振動試驗結果的準確性。
文檔編號G01M7/06GK101281088SQ20081010804
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月13日 優先權日2008年5月13日
發明者平 李, 武元楨, 濮龍鋒 申請人:蘇州試驗儀器總廠