专利名称：三轴六自由度振动试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及力学环境试验设备，具体涉及一种X、 Y、 Z三轴六自由度 的振动试验装置。该振动试验装置可用于模拟X、 Y、 Z三个轴向六个自由 度的单独作用的振动环境，也可用于模拟X、 Y、 Z三个轴向六个自由度同 时作用的复合振动环境。
技术背景有些产品在实际环境下经受的振动是X、 Y、 Z三轴六自由度(即沿空 间X、 Y、 Z三轴向移动，同时可绕X、 Y、 Z三轴转动)的复合振动，目前 因试验设备及手段的限制，三轴同时振动试验只能用分别进行的单轴振动试 验模拟，同时发生的三轴六自由度试验更是无法实现。上述振动试验的不足a、现有三轴同时发生的振动试验用分别进行的单 轴振动试验模拟，三次试验间都需要专业人员进行高要求的调整和定位，耗 时长，操作很烦瑣；b、先后进行的单轴振动试验并不能完全等同或等效于 三轴同时振动，与真实的复合振动环境相差甚远；c、不能进行三轴六自由度 振动试验。因此，开发一种能模拟三轴六自由度同时作用的复合振动环境的振动试 验装置，克服上述振动试验的不足，是本发明研究的重点。 发明内容本发明提供一种全新的三轴六自由度振动试验装置，其目的是要解决现 有技术从事三轴振动试验时，需多次调整，操作烦瑣费时，而且不能模拟出 三轴六自由度同时作用的复合振动环境，导致对产品振动性能评价不准确的 技术问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 一种三轴六自由度振动试 验装置，包括一个试件工作台，以试件工作台的重心为坐标原点，在水平X 轴方向上设置第一振动发生器，该台振动发生器的振动体与试件工作台间经 第一球形连接器连接；在水平Y轴方向上并列设置第二振动发生器和第三振 动发生器，这两台振动发生器以Y轴对称，而且两者的中轴线布置在过原点 的同一水平面内，第二振动发生器的振动体与试件工作台间经第二球形连接 器连接，第三振动发生器的振动体与试件工作台间经第三球形连接器连接； 在Z轴方向上并列设置第四振动发生器和第五振动发生器，这两台振动发生器分别位于X轴和Y轴分割的两个对角象限内，而且两者的中轴线以Z轴对称，第四振动发生器的振动体与试件工作台底面间经第四球形连接器连接，第五振动发生器的振动体与试件工作台底面间经第五球形连接器连接；所述每个球形连接器均由第一球座、第一球头、连接轴、第二球头和第 二球座组成，第一球头和第二球头分别固定在连接轴两端，且球头上均设有 凸球面，第一球座和第二球座上均设有凹球面，第一球头的凸球面与第一球 座的凹球面配合连接，第二球头的凸球面与第二球座的凹球面配合连接；所 述球形连接器中，两球心之间的最大偏心距应大于振动发生器最大振幅的一半；所述第一球座和第二球座两者中， 一个与试件工作台固定连接，另一个 与振动发生器的振动体固定连接。上述两个技术方案中的有关内容解释如下1、 上述方案中，所述"水平X轴方向"和"水平Y轴方向"分别为水 平面内相互垂直的两个方向，其中一个方向定义为X轴方向，而另一个方向 定义为Y轴方向，也可将一个方向定义为Y轴方向，而另一个方向定义为X 轴方向。2、 上述方案中，所述"两个对角象限"是指X轴和Y轴分割的第一、 第三象限或第二、第四象限。3、 上述方案中，还包括以下较佳的近一步变化方案a、 所述在水平X轴方向上还设有第六振动发生器，该振动发生器和第 一振动发生器以X轴对称，而且两者的中轴线布置在过原点的同一水平面 内，第六振动发生器的振动体与试件工作台间经第六球形连接器连接。b、 在Z轴方向上还并列设有第七振动发生器和第八振动发生器，这两 台振动发生器分别位于X轴和Y轴分割的另外两个对角象限内，而且两者的 中轴线以Z轴对称，第七振动发生器的振动体与试件工作台间经第七球形连 接器连接，第八振动发生器的振动体与试件工作台间经第八球形连接器连 接。c、 在水平X轴方向上还设有第六振动发生器，该振动发生器和第一振 动发生器以X轴对称，而且两者的中轴线布置在过原点的同一水平面内，第六振动发生器的振动体与试件工作台间经第六球形连接器连接；在z轴方向 上还并列设有第七振动发生器和第八振动发生器，这两台振动发生器分别位于X轴和Y轴分割的另外两个对角象限内，而且两者的中轴线以Z轴对称，第七振动发生器的振动体与试件工作台间经第七球形连接器连接，第八振动 发生器的振动体与试件工作台间经第八球形连接器连接。4、 上述方案中，为了使球形连接器在传递振动的方向保持刚性连接效 果，减少失真度，更好地传递振动，所述球形连接器的第一球座和第二球座 中设置压力注油孔道，在球形配合面之间形成静压油膜，该静压油膜构成静 压支承。5、 上述方案中，所述振动发生器可以采用电动振动台、机械振动台、液压振动台或机械振动机构，其中机械振动机构是指能够产生机械振动的机构。6、 上述方案中，为了减少试件工作台在安装试件后重心偏移所带来的 影响，可以在试件工作台Z方向上设有弹性支承或悬挂结构，其中弹性支承 结构从下方支撑试件工作台，弹性悬挂结构从上方悬挂试件工作台。所述弹 性支承结构比较典型的是气嚢或弹簧。7、 上述方案中，三轴六自由度振动试验装置还可以包括其它装置、部 件或系统，比如当振动发生器采用电动振动台时需要配置控制和驱动系统， 当采用液压振动台时需要配置液压系统。8、 上述方案中，所述"最大偏心距"的定义，如附图3所示，最大偏 心距a^第 一球头和第二球头的球心距x sin 6 , 6角为连接轴14绕一侧球头 15的球心向下偏转至极限状态的中心线(图中虚线所示)与原中位水平状态 的中心线之间的夹角。本发明的工作原理是将各方位上的振动发生器发出振动通过球形连接 器作用于试件工作台上，通过控制各振动发生器发出的振动波形实现X、 Y、 Z三轴六自由度运动，从而模拟出真实的自然振动环境以进行试验。与现有技术相比，本发明的优点有1、 由于本发明的特殊结构，当分开做各向直线振动试验时，可快速地 在X、 Y和Z三方向直线振动试验间切换，省去中间的旋转台体，调整系统 等工序，提高了振动试验效率。2、 由于本发明的特殊结构，可通过协调各振动发生器的振动波，模拟 出真实环境下三个轴向六自由度同时作用的复合振动环境，准确复现出真实 的工况，最接近自然真实的环境，大幅提升振动试验结果的准确性。
附图1为本发明实施例一结构示意图；附图2为本发明实施例一球形连接器结构立体示意图； 附图3为本发明实施例一球形连接器局部剖视示意图； 附图4为本发明实施例二结构示意图； 附图5为本发明实施例三结构示意筒图； 附图6为本发明实施例四结构示意简图。以上附图中以上附图中1、试件工作台；2、第一振动发生器；3、 第一球形连接器；4、第二振动发生器；5、第三振动发生器；6、第二球形 连接器；7、第三球形连接器；8、第四振动发生器；9、第五振动发生器； 10、第四球形连接器；11、第五球形连接器；12、第一球座；13、第一球头； 14、连接轴；15、第二球头；16、第二球座；17、凸球面；18、凹球面；19、 第六振动发生器；20、第六球形连接器；21、第七振动发生器；22、第八振 动发生器；23、第七球形连接器；24、第八球形连接器；25、支架；26、 底座。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一参见附图1 ~附图3所示， 一种三轴六自由度振动试验装置， 包括一个试件工作台1,以试件工作台1的重心为坐标原点，在水平X轴方 向上设置第一振动发生器2,该台振动发生器为电动振动台，该振动发生器 的振动体(即电动振动台的动圈)与试件工作台1侧部间经第一球形连接器 3连接，并且该第一振动发生器2的振动体(即动圈)的中心轴线正与水平 X轴重合；在水平Y轴方向上并列设置第二振动发生器4和第三振动发生器 5，这两台振动发生器也是电动振动台，它们以Y轴对称，而且两者的中轴 线布置在过原点的同一水平面内，第二振动发生器4的振动体(即电动振动 台动圈)与试件工作台1的对应侧部间经第二球形连接器6连接，第三振动 发生器5的振动体(即电动振动台动圈)与试件工作台1间经第三球形连接 器7连接；在Z轴方向上并列设置第四振动发生器8和第五振动发生器9, 这两台振动发生器也为电动振动台，它们分别位于X轴和Y轴分割的两个对 角相限(具体为第一象限和第三象限)内，而且两者的中轴线以Z轴对称， 第四振动发生器8的振动体(即电动振动台动圈)与试件工作台l底面间经 第四球形连接器IO连接，第五振动发生器9的振动体(即电动振动台动圈) 与试件工作台1底面间经第五球形连接器11连接。参见附图1 ~附图3所示，所述每个球形连接器均由第一球座12、第一球头13、连接轴14、第二球头15和第二球座16组成，第一球头13和第二 球头15分别固定在连接轴14两端，且球头上均设有凸球面17,第一球座 12和第二球座16上均设有凹球面18,第一球头13的凸球面17与第一球座 12的凹球面18配合连接，第二球头15的凸球面17与第二球座12的凹球面 18配合连接；所述球形连接器中，两球心之间的最大偏心距a应大于振动发 生器最大振幅的一半；所述第一球座12和第二球座16两者中， 一个与试件 工作台1固定连接，另一个与振动发生器的振动体固定连接。为了使球形连 接器在传递振动的方向上保持刚性连接效果，减少失真度，更好地传递振动， 在球形连接器的第一球座12和第二球座16中可设置压力注油孔道(图中未 画出)，在球形配合面之间形成静压油膜，该静压油膜构成静压支承。为了减少试件工作台l在安装试件后重心偏移所带来的影响，所述试件 工作台1在Z方向上还可设有弹性支承或悬挂结构(图中未画出)，其中弹 性支承结构从下方支撑试件工作台1,弹性悬挂结构从上方悬挂试件工作台 1。所述弹性支承结构比较典型的是气嚢或弹簧。本实施例使用时，可沖莫拟出X、 Y、 Z轴方向的直线和绕X、 Y和Z轴 的转动共六自由度中的单一自由度运动或多自由度运动的同时作用的环境，具体为a、 单方向直线振动试验进行单水平x轴方向直线振动试验时，只要起动第一振动发生器2发出 X方向的直线振动，因试件工作台与振动发生器间经第一球形连接器3连接， 第一振动发生器2发出的振动经第一球形连接器3传递给试件工作台1,实 现单X轴方向的直线振动试验；进行单Y轴方向直线振动时，也只要起动相 对应的第二振动发生器4和第三振动发生器5，第二振动发生器4和第三振 动发生器5发出同步的振动信号作用在试件工作台l上，驱动试件工作台1 沿Y轴直线振动；进行单Z轴方向直线振动时，只要起动第四振动发生器8 和第五振动发生器9，第四振动发生器8和第五振动发生器9发出同步的振 动信号作用在试件工作台i上，驱动试件工作台1沿Z轴直线振动。单方向振动发生器以正弦振动时，试件工作台1的运动轨迹是一条直线。b、 三轴六自由度复合振动试验此试验能准确复现真实工况，最接近自然真实的环境。使用时，起动所 有的五个振动发生器，五个振动发生器发出的振动经球形连接器同时迭加作 用在试作工作台上，实现三方向六自由度的复合振动试验，其中，X轴方向的直线振动由第 一振动发生器2控制，Y轴方向的直线振动由第二振动发生 器4和第三振动发生器5控制，Z轴方向的直线振动由第四振动发生器8和 第五振动发生器9控制，绕Z轴方向的转动由第一振动发生器2、第二振动 发生器4和第三振动发生器5相配合控制，绕X轴方向的转动由第四振动发 生器8和第五振动发生器9相配合控制，绕Y轴方向的转动由第四振动发生 器8和第五振动发生器9相配合控制。本实施例为举例说明，具体还有以下局部的变化1、 所述各振动发生器2、 4、 5、 8及9不一定要采用电动振动台，也可 以采用机械振动台、液压振动台或其他机械振动机构。2、 第一振动发生器2与试件工作台1间可采用多个并列的第一球形连 接器3连接，与之相同，第二振动发生器4、第三振动发生器5、第四振动 发生器8和第五振动发生器9和试件工作台1间也可采用多个并列的球形连 接器连接。实施例二参见附图4所示， 一种三轴六自由度振动试验装置，包括一 个试件工作台1,与实施例一的不同之处在于以试件工作台1的重心为坐 标原点，在水平X轴方向上还设有第六振动发生器19,该振动发生器和第 一振动发生器2以X轴对称，而且两者的中轴线布置在过原点的同一水平面 内，第六振动发生器19的振动体与试件工作台1间经第六球形连接器20连 接；在Z轴方向上还并列设有第七振动发生器21和第八振动发生器22,这 两台振动发生器分别位于X轴和Y轴分割的另外两个对角相限(具体为第二 象限和第四象限)内，而且两者的中轴线以Z轴对称，第七振动发生器21 的振动体与试件工作台1间经第七球形连接器23连接，第八振动发生器22 的振动体与试件工作台1间经第八球形连接器24连接。工作时，当进行三轴六自由度复合振动试验，具体控制方式是X轴方 向的直线振动由第一振动发生器2和第六振动发生器19控制，Y轴方向的 直线振动由第二振动发生器4和第三振动发生器5控制，Z轴方向的直线振 动由第四振动发生器8、第五振动发生器9、第七振动发生器21和第八振动 发生器22共四台振动发生器控制，绕Z轴方向的转动由第 一振动发生器2、 第六振动发生器19、第二振动发生器4和第三振动发生器5相配合控制，绕 X轴方向的转动由第四振动发生器8、第五振动发生器9、第七振动发生器 21和第八振动发生器22相配合控制，绕Y轴方向的转动由第四振动发生器 8、第五振动发生器9、第七振动发生器21和第八振动发生器22相配合控制。本实施例，因Z轴方向上设第四振动发生器8、第五振动发生器9、第 七振动发生器21和第八振动发生器22共四台振动发生器，在Z轴方向上的 驱动更加平稳。其他同实施例一，不再赘述。实施例三参见附图5所示， 一种三轴六自由度振动试验装置，包括一 个试件工作台1,与实施例一的不同之处在于所述坐标系定义方向变化， 如图所示，现定义实施例一中原Y轴为X轴，原X轴为Y轴，第一振动发 生器2和第二振动发生器4、第三振动发生器5的位置随坐标系的变化而对 换；另外，所述第四振动发生器8和第五振动发生器9分别位于X轴和Y 轴分割的两个第二象限和第四象限内。其他同实施例一，不再赘述。本实施例工作过程从前述第一和第二实施 例中可归纳出，这里也不再重复。实施例四参见附图6所示， 一种三轴六自由度振动试验装置，包括一 个试件工作台1，与实施例一的不同之处在于在水平X轴方向上还设有第 六振动发生器19,该振动发生器和第一振动发生器2以X轴对称，而且两 者的中轴线布置在过原点的同一水平面内，第六振动发生器19的振动体与 试件工作台1间经第六球形连接器20连接；另外，所述第四振动发生器8 和第五振动发生器9分别位于X轴和Y轴分割的两个第二象限和第四象限 内。其他同实施例一，不里不再赘述。本实施例工作过程从前述第一和第二 实施例中可归纳出，这里也不再重复。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项 技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保 护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明 的4呆护范围之内。
权利要求
1. 一种三轴六自由度振动试验装置，包括一个试件工作台(1)，其特征在于以试件工作台(1)的重心为坐标原点，在水平X轴方向上设置第一振动发生器(2)，该台振动发生器的振动体与试件工作台(1)间经第一球形连接器(3)连接；在水平Y轴方向上并列设置第二振动发生器(4)和第三振动发生器(5)，这两台振动发生器以Y轴对称，而且两者的中轴线布置在过原点的同一水平面内，第二振动发生器(4)的振动体与试件工作台(1)间经第二球形连接器(6)连接，第三振动发生器(5)的振动体与试件工作台(1)间经第三球形连接器(7)连接；在Z轴方向上并列设置第四振动发生器(8)和第五振动发生器(9)，这两台振动发生器分别位于X轴和Y轴分割的两个对角象限内，而且两者的中轴线以Z轴对称，第四振动发生器(8)的振动体与试件工作台(1)底面间经第四球形连接器(10)连接，第五振动发生器(9)的振动体与试件工作台(1)底面间经第五球形连接器(11)连接；所述每个球形连接器均由第一球座(12)、第一球头(13)、连接轴(14)、第二球头(15)和第二球座(16)组成，第一球头(13)和第二球头(15)分别固定在连接轴(14)两端，且球头上均设有凸球面(17)，第一球座(12)和第二球座(16)上均设有凹球面(18)，第一球头(13)的凸球面(17)与第一球座(12)的凹球面(18)配合连接，第二球头(15)的凸球面(17)与第二球座(12)的凹球面(18)配合连接；所述球形连接器中，两球心之间的最大偏心距应大于振动发生器最大振幅的一半；所述第一球座(12)和第二球座(16)两者中，一个与试件工作台(1)固定连接，另一个与振动发生器的振动体固定连接。
2、 根据权利要求1所述的三轴六自由度振动试验装置，其特征在于在 在水平X轴方向上还设有第六振动发生器(19)，该振动发生器和第一振动发 生器(2)以X轴对称，而且两者的中轴线布置在过原点的同一水平面内，第 六振动发生器(19)的振动体与试件工作台(1)间经第六球形连接器(20) 连接。
3、 根据权利要求1所述的三轴六自由度振动试验装置，其特征在于在 Z轴方向上还并列设有第七振动发生器(21)和第八振动发生器(22),这两 台振动发生器分别位于X轴和Y轴分割的另外两个对角象限内，而且两者的 中轴线以Z轴对称，第七振动发生器(21)的振动体与试件工作台(1)间经 第七球形连接器(23)连接，第八振动发生器(22)的振动体与试件工作台(1) 间经第八球形连接器(24)连接。
4、 根据权利要求1所述的三轴六自由度振动试验装置，其特征在于在 在水平X轴方向上还设有第六振动发生器(19),该振动发生器和第一振动发 生器(2)以X轴对称，而且两者的中轴线布置在过原点的同一水平面内，第 六振动发生器(19)的振动体与试件工作台(1)间经第六球形连接器(20) 连接；在Z轴方向上还并列设有第七振动发生器(21 )和第八振动发生器(22 ), 这两台振动发生器分别位于以X轴和Y轴分割的另外两个对角象限内，而且 两者的中轴线以Z轴对称，第七振动发生器(21 )的振动体与试件工作台(1) 间经第七球形连接器(23)连接，第八振动发生器(22)的振动体与试件工作 台(1)间经第八球形连接器(24)连接。
5、 根据权利要求1所述的三轴六自由度振动试验装置，其特征在于所 述球形连接器的第一球座(12)和第二球座(16)中设置压力注油孔道，在球 形配合面之间形成静压油膜，该,争压油膜构成4争压支承。
6、 根据权利要求1所述的三轴六自由度振动试验装置，其特征在于所 述球形连接器的第一球头(13)和第二球头(15)中设置压力注油孔道，在球 形配合面之间形成静压油膜，该静压油膜构成静压支承。
7、 根据权利要求1所述的三轴六自由度振动试验装置，其特征在于所 述振动发生器采用电动振动台、机械振动台、液压振动台或机械振动机构。
8、 根据权利要求1所述的三轴六自由度振动试验装置，其特征在于所 述试件工作台(1)在轴Z方向上还设有弹性支承或悬挂结构，其中弹性支承 结构从下方支撑试件工作台(1)，弹性悬挂结构从上方悬挂试件工作台(1)。
全文摘要
一种三轴六自由度振动试验装置，包括一个试件工作台，以试件工作台的重心为坐标原点，在水平X轴方向上设置第一振动发生器，与试件工作台间经第一球形连接器连接；在水平Y轴方向上并列设置第二振动发生器和第三振动发生器，第二振动发生器的振动体与试件工作台间经第二球形连接器连接，第三振动发生器的振动体与试件工作台间经第三球形连接器连接；在Z轴方向上并列设置第四振动发生器和第五振动发生器，第四振动发生器的振动体与试件工作台底面间经第四球形连接器连接，第五振动发生器的振动体与试件工作台底面间经第五球形连接器连接。本发明能模拟出真实环境下X、Y、Z三轴六自由度复合振动环境，更准确复现真实工况，最接近自然真实的环境，大幅提升振动试验结果的准确性。
文档编号G01M7/06GK101281088SQ20081010804
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月13日 优先权日2008年5月13日
发明者平 李, 武元桢, 濮龙锋 申请人:苏州试验仪器总厂