一种角振动台的制作方法

本发明涉及振动测试设备，具体涉及一种角振动台。

背景技术：

角振动台是对惯性器件和导航设备的动态性能、抗角振动干扰能力进行测试的关键测试设备。随着惯性器件和导航设备的动态性能和精度的不断提高，对要求角振动台的要求也在不断提高，需要角振动台的激振频率更高、行程更大、波形失真更小。柔性铰链具有无间隙和摩擦、无需润滑、无磨损等优点，音圈电机具有结构简单、精度高、响应快等优点，将二者相结合，设计一种基于柔性铰链和音圈电机的精密角振动台，能够满足高精度、宽频带角振动激励的需要，是实现精密角振动台的重要思路。现有的基于柔性铰链和音圈电机的角振动台大多是通过刚性部件直接连接音圈电机和台面，存在音圈电机负载大、位移执行精度低的问题；此外，还存在轴向刚度低、承载能力差的问题，以及由于台面与旋转轴线平行，导致存在使用时被测件转动轴线与角振动台旋转轴线对准困难、被测件尺寸受限等问题。例如公告号为CN201600231U的中国专利就提出了一种基于柔性铰链机构的角振动测试台，该角振动测试台包括底座以及固定于底座上的两个音圈电机、柔性铰链机构和振动测试工作台,两个音圈电机对称布置于柔性铰链机构的两侧,所述振动测试工作台支承于柔性铰链机构上,所述音圈电机的输出端与振动测试工作台底部相连。该角振动测试台的音圈电机的输出端通过连接架与振动测试工作台底部相连，导致了该角振动测试台也存在上述的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种运行稳定、测试精度高、载物台的旋转轴线与载物台垂直、在载物台的旋转轴线方向上的刚度高的角振动台。

本发明所述的一种角振动台，包括座体、位于所述座体前侧的旋转支撑件和固定连接在所述旋转支撑件上的载物台；所述旋转支撑件的右部和所述座体之间通过一个第一柔性铰链相连，所述第一柔性铰链的旋转轴线沿上下方向设置；所述旋转支撑件的左部和所述座体之间设有连接块，所述连接块和所述旋转支撑件的左部之间通过一个柔性传动结构相连，所述连接块和所述座体之间通过一个导向机构相连；所述柔性传动结构上设有第二柔性铰链，所述第二柔性铰链的旋转轴线沿上下方向设置；所述导向机构为左右对称结构，所述导向机构包括两个第一连接臂和两个分别位于所述连接块的左侧和右侧的侧臂，两个所述侧臂均与所述座体相连，每个所述侧臂远离所述座体的一侧和所述连接块之间通过一个所述第一连接臂相连，所述第一连接臂上均设有旋转轴线沿上下方向设置的第三柔性铰链，所述侧臂上均设有旋转轴线沿上下方向设置的第五柔性铰链；所述座体上固定安装有音圈执行器，所述音圈执行器的输出端与所述连接块固定连接，所述音圈执行器通过所述柔性传动结构驱动所述旋转支撑件绕所述第一柔性铰链的旋转轴线做定轴旋转运动；所述载物台的上表面垂直于所述第一柔性铰链的旋转轴线。

进一步，所述侧臂和所述第一连接臂之间通过一个旋转轴线沿上下方向设置的第四柔性铰链相连，所述第一连接臂上设有一个所述第三柔性铰链，所述第一连接臂通过所述第三柔性铰链与所述连接块相连。

进一步，两个所述侧臂和两个所述第一连接臂均呈片状。

进一步，所述柔性传动结构包括第二连接臂和两个所述第二柔性铰链，所述第二连接臂为刚性件，所述第二连接臂和所述旋转支撑件之间通过一个所述第二柔性铰链相连，所述第二连接臂和所述连接块之间通过另一个所述第二柔性铰链相连。

进一步，所述旋转支撑件包括连接杆和固定连接在所述连接杆右端的支撑块，所述连接杆的左端部与所述柔性传动结构相连，所述支撑块上设有开口朝后的凹槽，所述凹槽沿上下方向贯穿所述支撑块，所述座体上设有向前凸出于所述座体的前侧壁的凸出部，所述凸出部伸入所述凹槽中，所述第一柔性铰链设置在所述凸出部的前侧壁和所述凹槽的底壁之间，所述凹槽的两个侧壁和所述凸出部之间均具有间隙，所述载物台固定连接在所述支撑块的上端。

进一步，所述座体上设有用于容纳所述音圈执行器的安装槽，所述安装槽的开口朝前设置，且所述安装槽沿上下方向贯穿所述座体，两个所述侧臂分别位于所述安装槽左侧和右侧。

进一步，所述座体上安装有用于检测所述旋转支撑件位置变化的电容传感器。

进一步，所述载物台为旋转对称结构，所述载物台的旋转中心线与所述第一柔性铰链的旋转轴线共线。

进一步，所述第一柔性铰链为长条形的双边直圆柔性铰链，所述第一柔性铰链的长度方向为上下方向。

进一步，所述座体、所述第一柔性铰链、所述旋转支撑件、所述柔性传动结构和所述导向机构一体成型。

本发明具有以下优点：

1．本发明所述的角振动台采用柔性铰链来构成第一柔性铰链、导向机构和柔性传动结构，具有转动准确、无空回、无磨损、无间隙等优点，有利于角振动台的控制，并且保证了测试过程中第一柔性铰链的旋转轴线跳动小，具有运行稳定，测试精度高的优点；

2．本发明所述的角振动台的座体、第一柔性铰链、旋转支撑件、柔性传动结构和导向机构一体成型，并且通过合理设置它们的结构，只需要通过一次装夹便可进行慢走丝精加工而成，具有结构紧凑、易于加工、加工精度高、无需组装、生产成本低等优点；

3．第一柔性铰链为长条形的双边直圆柔性铰链，并尽可能采用较小的厚度，保证了角振动台轴向刚度高、转动轴线固定的同时，使得第一柔性铰链不容易疲劳断裂，提高了其使用寿命；

4．通过第一柔性铰链的旋转轴线与载物台的上表面垂直的设计，使用时易于将测试件的转动轴线与载物台的旋转轴线对准，便于对大型测试件的测试。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为本发明的后视图；

图4为本发明的仰视图；

图5为图4中的B-B剖视图；

图6为图4中A部分的放大视图；

图7为本发明中导向机构和柔性传动结构的结构示意图。

图中：1—座体；2—安装槽；3—音圈执行器；4—连接块；5—第一连接臂；6—侧臂；7—第二连接臂；8—连接杆；9—支撑块；10—载物台；11—台阶孔；12—中心孔；13—凸出部；14—第一安装孔；15—基板；16—极板；17—第二安装孔；18—第三安装孔；19—第四安装孔；20—定子；21—动子；22—第五安装孔；23—第一柔性铰链；24—凹槽；25—电子舱；26—第二柔性铰链；27—第三柔性铰链；28—第四柔性铰链；29—第五柔性铰链；30—安装座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-图4所示的一种角振动台，包括座体1、位于座体1前侧的旋转支撑件和固定连接在旋转支撑件上的载物台10；旋转支撑件的右部和座体1之间通过一个第一柔性铰链23相连，第一柔性铰链23的旋转轴线沿上下方向设置；旋转支撑件的左部和座体1之间设有连接块4，连接块4和旋转支撑件的左部之间通过一个柔性传动结构相连，连接块4和座体1之间通过一个导向机构相连；座体1上固定安装有音圈执行器3，音圈执行器3的输出端与连接块4固定连接，音圈执行器3通过柔性传动结构驱动旋转支撑件绕第一柔性铰链23的旋转轴线做定轴旋转运动；载物台10的上表面垂直于第一柔性铰链23的旋转轴线。由于载物台10的上表面垂直于第一柔性铰链23的旋转轴线，被测件的安装在载物台10的上表面，与现有的基于柔性铰链和音圈电机的角振动台相比，能够保证被测件转动轴线与载物台10的旋转轴线的对准，便于对大型测试件的高精度测试。具体的，上述的音圈执行器3由定子20和动子21构成，动子21作为音圈执行器3的输出端，定子20固定安装在座体1上，动子21上设有第五安装孔22，连接块4上设有与第五安装孔22相对应的第三安装孔18，螺钉穿过第三安装孔18与第五安装孔22配合，以将动子21和连接块4固定连接在一起。采用音圈执行器3能够实现宽频带的角振动激励。

进一步，载物台10为旋转对称结构，载物台10的旋转中心线与第一柔性铰链23的旋转轴线共线，采用上述结构，确保了载物台10的转动十分稳定，保证了测试精度。进一步，在载物台10的中心设置有中心孔12，方便定位和安装被测件。

如图7所示，柔性传动结构上设有第二柔性铰链26，第二柔性铰链26的旋转轴线沿上下方向设置，利用第二柔性铰链26的变形，能够减少对第一柔性铰链23在音圈执行器3轴线方向上的拉扯，确保了第一柔性铰链23的旋转轴线的稳定性，使得第一柔性铰链23的旋转轴线的跳动量小，使得角振动台在测试过程中运行稳定且具有测试精度高的优点。作为一种优选，为了进一步减少对第一柔性铰链23在音圈执行器3轴线方向上的拉扯，柔性传动结构包括第二连接臂7和两个第二柔性铰链26，第二连接臂7为刚性件，第二连接臂7和旋转支撑件之间通过一个第二柔性铰链26相连，第二连接臂7和连接块4之间通过另一个第二柔性铰链26相连。

如图7所示，导向机构为左右对称结构，导向机构包括两个第一连接臂5和两个分别位于连接块4的左侧和右侧的侧臂6，两个侧臂6均与座体1相连，每个侧臂6远离座体1的一侧和连接块4之间通过一个第一连接臂5相连，第一连接臂5上均设有旋转轴线沿上下方向设置的第三柔性铰链27，侧臂6上均设有旋转轴线沿上下方向设置的第五柔性铰链29。采用上述结构，能够提高对音圈执行器3的输出端的导向精度，该导向机构通过旋转轴线沿上下方向设置的第三柔性铰链27、第五柔性铰链29来实现柔性变形，导向机构的其他部分具有较大的刚度，因此导向机构在音圈执行器3的轴线方向上具有较小的刚度，而在上下方向上具有较高的刚度，所以能够提高对音圈执行器3的输出端的导向精度，从而提升角振动台运行的稳定性和测试的精度，并且这种结构的导向机构能够通过慢走丝加工的方式加工而成，具有运动行程大、导向性好、易于加工等优点。

作为一种改进，如图7所示，侧臂6和第一连接臂5之间通过一个旋转轴线沿上下方向设置的第四柔性铰链28相连，第一连接臂5上设有一个第三柔性铰链27，第一连接臂5通过第三柔性铰链27与连接块4相连，设置第四柔性铰链28能够增大导向机构的运动行程，并且进一步减小导向机构在音圈执行器3的轴线方向上的刚度。作为一种优选，侧臂6和第一连接臂5之间的夹角为锐角，导向机构为呈M形。作为一种优选，两个侧臂6和两个第一连接臂5均呈片状。上述的第二柔性铰链26、第三柔性铰链27、第四柔性铰链28和第五柔性铰链29均为单自由度柔性铰链。

作为一种优选，如图2所示，座体1上设有用于容纳音圈执行器3的安装槽2，安装槽2的开口朝前设置，且安装槽2沿上下方向贯穿座体1，两个侧臂6分别位于安装槽2左侧和右侧，这种结构的安装槽2能够通过慢走丝加工的方式加工而成，具有加工方便的优点。在实际配置时，安装槽2的底部设置有用于固定安装音圈执行器3的第四安装孔19。

作为一种优选，如图4-图6所示，旋转支撑件包括连接杆8和固定连接在连接杆8右端的支撑块9，连接杆8的左端部与柔性传动结构相连，支撑块9上设有开口朝后的凹槽24，凹槽24沿上下方向贯穿支撑块9，座体1上设有向前凸出于座体1的前侧壁的凸出部13，凸出部13伸入凹槽24中，第一柔性铰链23设置在凸出部13的前侧壁和凹槽24的底壁之间，凹槽24的两个侧壁和凸出部13之间均具有间隙，载物台10固定连接在支撑块9的上端。采用上述结构，使得旋转支撑件的重心与第一柔性铰链23的旋转轴线之间的间距减小，以维持第一柔性铰链23的旋转轴线的位置的稳定，并减小旋转支撑件的旋转对第一柔性铰链23的影响，从而保证角振动台稳定的运行，提升角振动台的测试精度。在实际配置时，如图2所示，支撑块9的上端面设有数个第一安装孔14，载物台10上设有数个与第一安装孔14对应的台阶孔11，通过与台阶孔11、第一安装孔14配合的螺栓能够将载物台10稳固的安装在支撑块9上，由于第一柔性铰链23位于凹槽24内，使得在确保载物台10的中心与第一柔性铰链23的旋转轴线共线的同时支撑块9的上端面能够对载物台10形成良好的支撑。并且这种结构的旋转支撑件还具有重量轻的优点。

作为一种优选，如图5和图6所示，为了提高角振动台的执行精度，第一柔性铰链23为长条形的双边直圆柔性铰链，第一柔性铰链23的长度方向为上下方向。双边直圆柔性铰链的旋转轴线固定，角振动时其旋转轴线的跳动量小，其在上下方向上具有较高的刚度，提高了角振动台的承载能力。在一个方案中，突出部13呈长条形，其长度方向为上下方向，支撑块9为长方体形，其长度方向也为上下方向，且支撑块9的上端在上下方向上高于座体1的上表面。

进一步，为了简化加工、减少装配，保证角振动台的执行精度，上述的座体1、第一柔性铰链23、旋转支撑件、柔性传动结构和导向机构一体成型。由于其中各处柔性铰链的旋转轴线均为上下方向设置，因此在加工时只需要进行一次装夹定位即可，加工方式可以选取慢走丝精加工的方式。

进一步，如图2所示，为了提高测量精度和为反馈控制提供准确的角位移信息，座体1上安装有用于检测旋转支撑件位置变化的电容传感器；作为一种优选，电容传感器采用两组由基板15和设置在基板15上的两片极板16构成，座体1上设有用于安装基板15的第二安装孔17，基板15通过螺钉和第二安装孔17安装在座体1上，两块基板15分别位于第一柔性铰链23的左侧和右侧，且使得极板16面向旋转支撑件，构成差动式结构。如图3和图5所示，为了保证信号处理的准确性，需要尽可能减小电容传感器的前端信号处理电路板设置和电容传感器之间的距离，在座体1上开设有用于容纳前端信号处理电路板的电子舱25。为了方便固定座体1，座体1的底部设有安装座30，安装座30上设有安装孔。