一种大型振动试验工装的制作方法

本发明属于振动试验技术领域，具体涉及航天产品振动试验工装。

背景技术：

航天产品在发射阶段历经复杂动力载荷，为了验证航天产品的力学环境适应性，需要在试验室环境开展完备的力学环境适应性试验，合理的振动试验工装设计对力学环境试验的有效性起重要作用。据统计，航天产品在发射阶段的故障占全部故障的23%；在地面环境试验中发生故障或失效因素中，振动因素占比为35%。

通常航天产品正弦振动的频率范围为5~100Hz，随机振动的频率范围为20~2000Hz，为了尽量降低振动试验工装对航天产品力学环境适应性的影响，一般要求振动试验工装的一阶固有频率超过航天产品一阶固有频率的3~5倍，当试验频率不高于150Hz时，要求工装在正交方向振动响应不大于振动激励方向振动量级的1/3，试验频率高于150Hz时，要求工装在正交方向振动响应不大于振动激励方向振动量级的2/3。

对于大型航天产品振动试验工装，为了满足其刚度和重量要求，目前国内大多采用铸造花盆式结构，对于复杂工装结构成型困难，制造周期较长，成本难于控制。目前国内大型振动试验台稀缺而且试验费用昂贵，提高振动试验工装刚度的最有效途径就是增大其与振动台的安装接口尺寸，为此需要研制一种能在水平振动滑台开展三向振动试验的工装，既能提高振动台的使用效率，同时减少振动试验工装的种类，节省试验费用。

技术实现要素：

为了减少振动试验工装的种类，降低对振动试验台消耗，节省试验费用，本发明提供一种大型振动试验工装。

被试产品为钻土装置，被试产品上具有支撑结构、整形机构和展开机构，特征数据：重量为45Kg，最大外形尺寸长×宽×高＝3530mm×1530mm×590mm。

一种大型振动试验工装包括工装主体1、钻孔模具2和吊具3；

所述工装主体1为箱型结构，底面宽顶面窄，长度方向为反对称结构；

工装主体1的顶部为U形凹槽结构，U形凹槽结构的一端为端面法兰接口11、中部设有径向法兰接口10、开口处两侧为侧面法兰接口9；工装主体1的底部设有水平安装法兰接口7；相邻正交方向的工装主体1的一侧面中部设有垂直安装法兰接口8，另一侧面上设有三个以上的吊装支耳15；工装主体1的长度方向的一端面下部设有压紧释放法兰接口12，压紧释放法兰接口12下方的工装主体1上设有模拟封装容器13；

所述钻孔模具2为一端封闭的槽钢状结构，封闭端的外侧设有半圆弧形的径向定位面，径向定位面轴向与和槽钢的长度方向同向；钻孔模具2的槽口周边和径向定位面上分别均布开设有导向孔；钻孔模具2配合安装于工装主体1顶部的U形凹槽内，保证工装主体1顶部的安装接口上的安装孔的孔位加工精度；振动试验时，取下钻孔模具2，换装上被试产品；

所述吊具3为平板框架状的吊架，吊架的一侧面均布设有四根吊索14；

所述工装主体1的一阶固有频率大于被试产品的一阶固有频率的3~5倍，工装主体1在正交方向振动响应不大于振动激励方向振动量级的1/3；

用于水平振动试验时，工装主体1通过底部的水平安装法兰7安装在振动试验台16的工作台上；被试产品中的支撑结构安装在工装主体1顶部的U形凹槽内，被试产品中的整形机构通过压紧释放法兰接口12安装在工装主体1的长度方向的一侧端面，被试产品中的展开机构分别连接着所述支撑结构和整形机构；

用于垂直振动试验时，借助吊具3和工装主体1一侧面上的吊装支耳15，使工装主体1翻转90度，通过工装主体1侧面的垂直安装法兰8安装在振动试验台16的工作台上；按常规水平振动试验安装被试产品。

进一步限定的技术方案如下：

所述工装主体1上的水平安装法兰接口7和垂直安装法兰接口8的结构相同。

所述工装主体1的垂直安装法兰接口8的法兰面中心部位和水平安装法兰接口7的法兰面中心部位均相对四周内凹1～2mm。

所述工装主体1上的U形凹槽结构上的端面法兰接口11、径向法兰接口10、侧面法兰接口9和压紧释放法兰接口12上均压装插销螺套。

所述钻孔模具2上的导向孔的深度大于20mm。

所述吊具的强度安全系数大于5。

本发明的有益效果体现在下述几个方面：

1、本发明具有通用性，能完成三向振动试验，即水平方向的两个振动试验和垂直方向的一个振动试验；

2、本发明的三向振动试验均在水平振动试验台上完成，降低了对振动试验台的消耗，降低振动试验费用，节省试验成本约50万元。

附图说明

图1是水平径向振动试验示意图；

图2是水平轴向振动试验示意图；

图3是垂直振动试验状态示意图；

图4是图1中工装主体和被试产品的放大示意图；

图5是工装主体结构示意图；

图6是图5的后视立体图；

图7是工装主体和吊具配合的结构示意图；

图8是钻孔模具结构示意图。

上图中序号：工装主体1、钻孔模具2、吊具3、支撑结构4、展开机构5、整形机构6、水平安装法兰接口7、垂直安装法兰接口8、侧面法兰接口9、径向法兰接口10、端面法兰接口11、压紧释放法兰接口12、模拟封装容器13、吊带14、吊装支耳15、振动试验台16、回收装置17。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

被试产品的特征数据：重量为45Kg，一阶模态基本频率为50Hz，正弦振动试验的频率范围为5～100Hz，随机振动试验的频率范围为20～2000Hz。

实施例1

参见图1、图5和图7，一种大型振动试验工装包括工装主体1、钻孔模具2和吊具3。

参见图5和图6，工装主体1为箱型结构，底面宽顶面窄，长度方向为反对称结构，重量为670Kg，最大外形尺寸长×宽×高＝2623mm×1175mm×1376mm。

工装主体1的顶部为U形凹槽结构，U形凹槽结构的一端为端面法兰接口11、中部设有径向法兰接口10、开口处两侧为侧面法兰接口9；工装主体1的底部设有水平安装法兰接口7；相邻正交方向的工装主体1的一侧面中部设有垂直安装法兰接口8，另一侧面上设有四个吊装支耳15；工装主体1的长度方向的一端面下部设有压紧释放法兰接口12，压紧释放法兰接口12下方的工装主体1上设有模拟封装容器13。水平安装法兰接口7和垂直安装法兰接口8的结构相同，水平安装法兰接口7的法兰面中心部位和垂直安装法兰接口8的法兰面中心部位均相对四周内凹1.5mm，减小安装法兰与振动试验台16的水平工作台上非安装区域接触面，避免由于加工或运输产生的面翘曲导致出现卡死故障。

参见图8，钻孔模具2为一端封闭的槽钢状结构，封闭端的外侧设有半圆弧形的径向定位面，两侧为相互平行的条状平面；钻孔模具2的槽口周边和径向定位面上分别均布开设有导向孔；钻孔模具2用于保证支撑结构4在工装主体1顶部的安装孔位精度，振动试验时，取下钻孔模具2，换装上被试产品。

参见图6，吊具3为平板框架状的吊架，吊架的一侧面均布设有四个吊索14，吊具的强度安全系数为5。

工装主体1上的U形凹槽结构上的端面法兰接口11、径向法兰接口10、侧面法兰接口9和压紧释放法兰接口12上均压装插销螺套。

工装主体1的一阶固有频率大于被试产品的一阶固有频率的3～5倍，工装主体1在正交方向振动响应不大于振动激励方向振动量级的1/3。

用于水平径向振动试验时，参见图1和图4，工装主体1通过底部的水平安装法兰接口7安装在振动试验台16的水平工作台上，被试产品包括支撑结构4、展开机构5、整形机构6等，其中支撑结构4通过侧面法兰接口9、径向法兰接口10、端面法兰接口11安装在工装主体1顶部的U形凹槽内，整形机构6通过压紧释放法兰接口12安装在工装主体1在长度方向一侧端面，展开机构5安装在支撑结构4和整形机构6之间，模拟封装容器13安装在靠近整形机构6的工装主体1底部。振动试验开始前，调整模拟封装容器13的位置对准整形机构6的回收装置17，试验结束后，记录工装主体1的加速度响应和应变测试数据，检验整形机构6的回收装置17能否自如落入调整模拟封装容器13内部。

钻孔模具2的功能用于保证被试产品支撑结构4在工装主体1顶部安装孔位的精度，其中钻孔模具2封闭端径向定位面用于保证径向法兰接口10的孔位精度，钻孔模具2两侧槽口平面用于保证侧面法兰接口9和端面法兰接口11的孔位精度，正式试验时拆卸下钻孔模具2，换装上被试产品。钻孔模具2上的导向孔深度为20mm，保证钻头刀杆始终与导向孔留有配合段，避免刀头跳动。

实施例2

用于水平轴向振动试验时，参见图2，工装主体1与被试产品的安装关系同实施例1，完成一个水平方向振动试验后，借助吊具3、吊带14、吊装支耳15使工装主体1在水平面内转动90度，工装主体1通过底部的水平安装法兰7安装在振动试验台16的水平工作台上，重复实施例1振动试验前后检验和测试内容。

实施例3

用于垂直振动试验时，参见图3，借助吊具3、吊带14、吊装支耳15使工装主体1侧向翻转90度，工装主体1通过侧面的垂直安装法兰8安装在振动试验台16的水平工作台上，重复实施例1振动试验前后检验和测试内容。