三軸向振動複合試驗裝置

《三軸向振動複合試驗裝置》是蘇州蘇試試驗儀器有限公司於2009年2月13日申請的專利，該專利的申請號為200910024507X，公布號為CN101487765，授權公布日為2009年7月22日，發明人是武元楨、鐘瓊華。

《三軸向振動複合試驗裝置》一種三軸向振動複合試驗裝置，具有工作檯面，其特徵在於：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，中心嵌板位於上、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。該發明在性能上（特別是工作頻率上）進一步提高，提高抗傾覆力矩的能力，並且，簡化結構，降低製造的難度、成本。

2016年12月7日，《三軸向振動複合試驗裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《三軸向振動複合試驗裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：三軸向振動複合試驗裝置
• 公布號：CN101487765
• 授權日：2009年7月22日
• 申請號：200910024507X
• 申請日：2009年2月13日
• 申請人：蘇州蘇試試驗儀器有限公司
• 地址：江蘇省蘇州市高新區鹿山路55號
• 發明人：武元楨、鐘瓊華
• Int.Cl.：G01M7/06(2006.01)I
• 代理機構：蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人：馬明渡
• 類別：發明專利

專利背景

產品在實際工況下經受的自然振動是X、Y、Z三軸向的複合振動。為了真實反應產品的抗振性能，模擬出自然振動環境，人們經多年嘗試設計出了三軸向振動複合試驗裝置。

截至2009年2月，中國國內外三軸向振動複合試驗裝置已公開有多種，這些試驗裝置的結構總體為：包括一用於安裝試件的工作檯面1，以工作檯面1為基準，在X、Y、Z三軸向上各布置一振動發生器2，工作檯面1與各振動發生器2間經軸向傳振機構連線。軸向傳振機構的作用是在該軸向上構成剛性連線，將振動發生器2的激振力傳遞至工作檯面1上，而在另兩個軸向上解耦。2009年2月前各式三軸向振動複合的裝置中，具代表性有以下兩種：

A、十字直線導軌式的三軸向振動複合試驗裝置；參見中國專利公報於2008年8月13日公開了公開號為101241036A，名稱為《振動台三向激振平台的連線機構》的發明專利申請。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、下端面分別滑動連線的橫嚮導軌5和縱嚮導軌6構成。這種三軸向振動複合試驗裝置因軸向傳振機構採用十字直線導軌副3，整體結構簡單，十字直線導軌副3可外購，製造成本低，但是該裝置存在以下不足：

1、各軸向運動質量有很大差異。

2、其從振動發生器2至工作檯面1的傳力路徑上連線關節過多從而影響了振動頻率回響特性，特別是其垂直Z軸向上振動回響特性很差，導致其適用於低頻振動試驗。

B、靜壓式三軸向振動複合試驗裝置；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，在工作檯面1下固連一中間立方體7，該中間四方體7的左右、前後以及下方設有壓力施加板8，各壓力施加板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靜壓油膜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外側固連連線軸10，通過連線軸10連線各軸向的振動發生器2。簡而言之，這種三軸向振動複合試驗裝置是採用靜壓平面軸承作為軸向傳振機構將工作檯面1與單軸向振動發生器2連線。這種三軸向振動複合試驗裝置，工作中各軸向上運動部件少、質輕，振動頻率範圍寬，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、製造方面，因三軸向均採用靜壓軸承結構，結構較複雜，各配合平面加工要求高、難度大，製造成本高昂。

2、振動試驗性能方面，因工作檯面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，這就增加了工作檯面1至垂直軸向上的振動發生器2的距離（即抬高了工作檯面1），從而在一定程度上影響了整體的剛性；因工作檯面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量；剛性差及運動部質量大，這兩點直接限制了工作頻率的進一步提高；並且，工作檯面1的抬高，也直接導致抗傾覆力矩能力的下降。

發明內容

專利目的

《三軸向振動複合試驗裝置》提供一種三軸向振動複合試驗裝置，其目的是在2009年2月前三軸向靜壓軸承式三軸振動複合裝置的基礎上進行改進，既降低加工製作難度、降低成本，又近一步提高工作頻率的上限增大工作頻率範圍，增強抗傾覆力矩能力。

技術方案

《三軸向振動複合試驗裝置》採用的技術方案是：一種三軸向振動複合試驗裝置，具有一個工作檯面，該工作檯面在垂直的Z軸向上經第一傳振機構連線Z軸向振動發生器，在水平的X軸向上經第二軸向傳振機構連線X軸向振動發生器，在水平的Y軸向上經第三振動發生器連線Y軸向振動發生器，其特徵在於：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、橫嚮導軌以及縱嚮導軌，橫嚮導軌和縱嚮導軌十字交叉布置於滑塊的兩側，且與滑塊構成滑動連線；橫嚮導軌和縱嚮導軌兩者中，一者與X軸向或Y軸向振動發生器的固定連線，另一者與工作檯面固定連線；

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，中心嵌板位於上、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，中心嵌板的下表面與下夾板的上表面間隙配合形成下配合平面，上、下夾板或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軸向振動發生器、工作檯面的連線關係為：

所述中心嵌板與工作檯面固定連線，所述上夾板或下夾板經連線件與Z軸向振動發生器的固定連線；或者，所述上夾板或下夾板與工作檯面固定連線，或上夾板的上表面作為工作檯面；所述中心嵌板經連線件與Z軸向振動發生器的固定連線。

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Z軸向、X軸向、Y軸向振動發生器可以採用電動振動台、機械振動台、液壓振動台或機械振動機構，其中機械振動機構是指能夠產生機械振動的機構。

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線構成可調間距式夾持結構。使用時，可通過旋動拉力螺釘調整上、下夾板的間距，即調整配合平面間的間隙大小，調節靜壓油膜的剛度。

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軸向振動發生器的台體固定，所述Z軸導向支架上沿Z軸開設有導向孔，所述連線件中部穿過所述導向孔，所述導向孔的內表面與連線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，所述工作檯面的周向至Z軸導向支架周向之間連線有一環形防塵膜，利用環形防塵膜將試件工作檯至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。

《三軸向振動複合試驗裝置》的設計構思是：該發明申請人對2009年2月前各類三軸振動複合試驗裝置（特別是三軸向靜壓軸承式振動複合試驗裝置）進行了深入試驗分析。經多次試驗論證，發現垂直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複合試驗裝置時，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，可使三軸複合的工作頻率範圍提高至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，使工作檯面側部不用置壓力施加板，可以儘可能地縮短工作檯面至垂直Z軸向上的Z軸向振動發生器的距離（即降低了工作檯面），從而提高了整體的剛性、減少了運動部件的質量。剛性提高及運動部質量下降，這兩點使工作頻率上限近一步提高。並且，十字直線導軌副可採用外購件，從而簡化了結構，降低了製造的難度，降低製造成本。

《三軸向振動複合試驗裝置》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軸向振動發生器發出Z軸向的振動，因工作檯面與振動發生器間經第一軸向傳振機構連線，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軸向振動發生器發出的振動經第一軸向傳振機構傳遞給工作檯面，實現單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複合振動試驗；雖產品套用中的振動環境本質上是三軸同時發生的，當其中一個軸向與其餘兩向相比振動很小以至於可以忽略，或者其中一個軸向對振動試驗的結果影響不大，我們可以對試件使用兩個軸向同時振動試驗，相比兩個軸向分開振動，它可以更準確地復現真實工況。使用時，起動相對應的兩個軸向上的振動發生器即可，它們發出的振動會經軸向傳振機構傳遞至工作檯面上迭加作用，實現兩軸向複合振動試驗。

第三種：三個軸向同時作用的複合振動試驗；三軸向複合振動最接近自然真實的環境。使用時，起動三個振動發生器，三個振動發生器發出的振動經軸向傳振機構同時迭加作用在工作檯面上，實現三軸向複合振動試驗。

改善效果

1、由於《三軸向振動複合試驗裝置》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，使工作檯面側部不用布置壓力施加板，儘可能地縮短了工作檯面至垂直Z軸向上的Z軸向振動發生器的距離（即降低了工作檯面），從而提高了整體的剛性。

2、由於《三軸向振動複合試驗裝置》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，使工作檯面側部不用布置壓力施加板，減少了中間立方體，同時減少了三軸向的運動部件的質量。

3、《三軸向振動複合試驗裝置》剛性提高及運動部質量的下降，這兩點使工作頻率上限進一步提高。

4、由於《三軸向振動複合試驗裝置》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，降低工作檯面，從而提高了抗傾覆力矩的能力。

5、《三軸向振動複合試驗裝置》十字直線導軌副可採用外購件，簡化了整體結構，降低了製造的難度，大幅降低製造成本。

附圖說明

附圖1為2009年2月前十字導軌式三軸向振動複合試驗裝置的結構主視示意圖；

附圖2為附圖1的俯視示意圖；

附圖3為2009年2月前靜壓式三軸向振動複合試驗裝置的結構示意圖；

附圖4為《三軸向振動複合試驗裝置》實施例一結構主視示意圖；

附圖5為附圖4的俯視示意圖；

附圖6為《三軸向振動複合試驗裝置》實施例二結構主視示意圖；

附圖7為附圖6的俯視示意圖；

附圖8為《三軸向振動複合試驗裝置》實施例三結構俯視示意圖。

以上附圖中：1、工作檯面；2、振動發生器；3、十字交叉的直線導軌副；4、滑塊；5、橫嚮導軌；6、縱嚮導軌；7、中間立方體；8、壓力施加板；9、靜壓油膜；10、連線軸；11、；12、導軌；13、附加台面；20、工作檯面；21、Z軸向振動發生器；22、X軸向振動發生器；23、Y軸向振動發生器；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、橫嚮導軌；33、縱嚮導軌；34、拉力螺釘；35、Z軸導向支架；36、導向孔；37、連線件；38、靜壓油膜；39、環形防塵膜；40、直線導軌連線件；41、連線體；42、避讓槽；43、避讓槽；44、附加台面；45、靜壓油膜。

技術領域

《三軸向振動複合試驗裝置》涉及力學環境試驗設備，具體涉及一種X、Y、Z三軸向振動複合試驗裝置。該三軸向振動複合試驗裝置可用於模擬X、Y、Z三個軸向單獨作用的振動環境，也可用於模擬X、Y、Z三個軸向同時作用的複合振動環境。

權利要求

1、一種三軸向振動複合試驗裝置，具有一個工作檯面（20），該工作檯面（20）在垂直的Z軸向上經第一傳振機構（24）連線Z軸向振動發生器（21），在水平的X軸向上經第二軸向傳振機構（25）連線X軸向振動發生器（22），在水平的Y軸向上經第三振動發生器（23）連線Y軸向振動發生器（23），其特徵在於：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）、橫嚮導軌（32）以及縱嚮導軌（33），橫嚮導軌（32）和縱嚮導軌（33）十字交叉布置於滑塊（31）的兩側，且與滑塊（31）構成滑動連線；橫嚮導軌（32）和縱嚮導軌（33）兩者中，一者與X軸向或Y軸向振動發生器的固定連線，另一者與工作檯面（20）固定連線；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）位於上、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軸向振動發生器（21）、工作檯面（20）的連線關係為：所述中心嵌板（29）與工作檯面（20）固定連線，所述上夾板（27）或下夾板（28）經連線件（37）與Z軸向振動發生器（21）的固定連線；或者，所述上夾板（27）或下夾板（28）與工作檯面（20）固定連線，或上夾板（27）的上表面作為工作檯面（20）；所述中心嵌板（29）經連線件（37）與Z軸向振動發生器（21）的固定連線。

2、根據權利要求1所述的三軸向振動複合試驗裝置，其特徵在於：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）連線構成可調間距式夾持結構。

3、根據權利要求1所述的三軸向振動複合試驗裝置，其特徵在於：還包括一Z軸導向支架（35），該Z軸導向支架（35）相對Z軸向振動發生器（21）的台體固定，所述Z軸導向支架（35）上沿Z軸開設有導向孔（36），所述連線件（37）中部穿過所述導向孔（36），所述導向孔（36）的內表面與連線件（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、根據權利要求3所述的三軸向振動複合試驗裝置，其特徵在於：所述工作檯面（20）的周向至Z軸導向支架（35）周向之間連線有一環形防塵膜（39）。

實施方式

• 實施例一

參見附圖4～5所示，一種三軸向振動複合試驗裝置，具有一個工作檯面20，該工作檯面20在垂直的Z軸向上經第一軸向傳振機構24連線Z軸向振動發生器21，在水平X軸向上經第二軸向傳振機構25連線X軸向振動發生器22，在水平Y軸向上經第三軸向傳振機構26連線Y軸向振動發生器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，所述工作檯面20下設一連線體41，該連線體41截面為“H形”，其周向壁頂端與工作檯面20底面固定連線，其中心橫向板體即為中心嵌板29，所述上、下夾板27、28相對水平分置於連線體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中心經避讓槽42穿置拉力螺釘34，上、下夾板27、28過拉力螺釘34連線，上、下夾板27、28相對夾持中心嵌板29。避讓槽42的大小需大於該裝置X軸向及Y軸向的移動範圍，工作過程中，拉力螺釘34不會碰及槽42的側壁。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；通過調節拉力螺釘34可以調整上、下夾板27、28的間距，即調節配合平面的間隙，調節靜壓油膜45的剛度。

所述靜壓平面軸承機構與Z軸向振動發生器21、工作檯面20的連線關係為：所述中心嵌板29經連線體41與工作檯面20固定連線，所述下夾板28經連線件37（具體為一空心軸件）與Z軸向振動發生器21固定連線。

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、一個橫嚮導軌32以及一個縱嚮導軌33，橫嚮導軌32和縱嚮導軌33十字交叉布置於滑塊31的兩側，且與滑塊31構成滑動連線；橫嚮導軌32和縱嚮導軌33兩者中，縱嚮導軌33經直線導軌連線件40與X軸向或Y軸向振動發生器22、23固定連線，橫嚮導軌32具體與連線體41的周向側壁固定連線，最終連線至工作檯面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軸振動台台體固定，所述Z軸導向支架35上沿Z軸開設有導向孔36，所述連線件37中部穿過所述導向孔36，所述導向孔36的內表面與連線件（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。在連線體41底部的周向至Z軸導向支架35的頂部周向之間連線有一環形防塵膜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部。

該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複合振動試驗；第三種：三個軸向同時作用的複合振動試驗，在進行三個方向同時作用的複合振動試驗時，可以通過人為設計並協調各振動發生器的振動波形，使三軸向複合振動復現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，一種三軸向振動複合試驗裝置，具有一個工作檯面20，與實施例一的區別在於：沒有連線體41，直接將上夾板27的上表面作為工作檯面20，中心嵌板29的底面固連連線件37，經連線件37與Z軸向振動發生器21的振動體連線；下夾板28上避讓連線件37開有避讓槽43；所述上夾板27的側部直接與第二軸向傳振機構25和第三軸向傳振機構26中的橫嚮導軌32固定連線。在上夾板27底部的周向至Z軸導向支架35的頂部周向之間連線有一環形防塵膜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，一種三軸向振動複合試驗裝置，包括一個工作檯面20、三個振動發生器以及三個軸向傳振機構；與實施例一的區別在於：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嚮導軌32、兩縱嚮導軌33以及兩滑塊31，兩縱嚮導軌33平行並列設定，橫嚮導軌32和兩縱嚮導軌33十字交叉分布，在兩個交叉點上各設一滑塊31，當然，橫嚮導軌32和縱嚮導軌33與滑塊31間還是滑動連線。兩個並列的第二軸向傳振機構25/第三軸向傳振機構26中的縱嚮導軌33通過附加台面44與X軸向振動發生器22/Y軸向振動發生器23固定連線。

其它同實施例一，這裡不再贅述。

上述實施例三是工作檯面20面積尺寸較大時，故在此情況下採用的具兩縱嚮導軌33的十字直線導軌副。實際使用中，十字直線導軌副中橫嚮導軌32、縱嚮導軌33以及滑塊31的具體數量不限，可按工作檯面20的面積大小及厚度調整。

榮譽表彰

2016年12月7日，《三軸向振動複合試驗裝置》獲得第十八屆中國專利優秀獎。