一种多自由度解耦球头自动平衡装置的制作方法

本发明属于机械振动工程领域，应用于多轴振动试验的多自由度解耦球头，具体为一种多自由度解耦球头自动平衡装置。

背景技术：

在多轴的振动试验时，因采用多个振动台，多个振动台之间可能产生不同步的振动，这就需要采用解耦装置对不同振动台之间的不同运动进行解耦。目前，常用的是多自由度解耦球头对不同振动台的不同运动进行解耦。

多自由度解耦球头在多轴振动试验过程中，每个振动台都要配置一个多自由度解耦球头，由于不同振动台之间的不同步振动，一般每个球头会出现不同的歪扭情况，不同球头在每个方向都可能出现歪扭，球头歪扭的厉害的情况可能对试验件产生额外的扭力，使试验件受到损伤，影响试验的正常进行。为保证试验的顺利进行，在振动试验过程中，需要尽量保证多自由度解耦球头位置平衡，基本无歪扭的情况。

因此，业界亟需设计一种多自由度解耦球头自动平衡装置，达到节约成本、提高效率、确保试验正常进行的目的。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多自由度解耦球头自动平衡装置，该方法能够有效实现多自由度解耦球头自动平衡，保证多轴振动试验地顺利开展。

为了达到上述的目的，本发明提供一种多自由度解耦球头自动平衡装置，包括：顶部安装板(1)、内部安装板(2)、弹性平衡装置(3)、花瓣(4)、球头(5)、底部安装板(6)；所述球头(5)安装在底部安装板(6)上，顶部安装板(1)与球头(5)连接，内部安装板(2)与顶部安装板(1)连接，花瓣(4)底部与底部安装板(6)连接，上部通过弹性平衡装置(3)与内部安装板(2)连接。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述球头(5)通过螺栓安装在底部安装板(6)上，顶部安装板(1)与球头(5)通过螺栓连接，内部安装板(2)与顶部安装板(1)通过螺栓连接。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述花瓣(4)为四个，四个花瓣(4)底部通过螺栓与底部安装板(6)连接。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述顶部安装板(1)上端面有均布的8个沉头孔a2，用于将顶部安装板(1)与球头(5)通过螺栓连接；顶部安装板(1)上端面有均布的8个沉头孔a1，用于将顶部安装板(1)与内部安装板(2)通过螺栓连接，沉头孔安装时螺栓头部沉在孔内，避免后期将试验件工装安装到顶部安装板时产生干涉；顶部安装板(1)上端面有均布的8个的螺纹孔a3用于后期试验工装与球头平衡装置的安装。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述内部安装板(2)通过均布的8个螺纹孔b2与顶部安装板(1)连接，内部安装板(2)通过均布的4个螺纹孔b1与弹性平衡装置(3)连接。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述弹性平衡装置(3)共有四个，由弹性双头螺柱(7)与螺母(8)组成，四个弹性平衡装置(3)将4个花瓣(4)与内部安装板(2)连接，通过头部金属螺纹c1连接；弹性平衡装置(3)另一头也是金属螺纹，穿过花瓣(4)的孔d3，拧上螺母(8)完成连接。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述弹性双头螺柱(7)内部用金属弹簧c2贯通，根据受力的情况，弹簧选用既能受压也能受拉的弹簧；为增加弹簧的弹性力，保护球头缓冲振动冲击，金属弹簧c2外部包裹弹性塑料c3；两头为金属螺纹c1，分别用于与内部安装板(2)、花瓣(4)的连接；金属螺纹c1底部有金属片c4，起安装限位的作用。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述花瓣(4)通过2个关于中间面对称、差别60度角的通孔d1与底部安装板(6)螺纹连接，花瓣(4)通过1个通孔d3与弹性平衡装置(3)连接；4个花瓣(4)对称布置，花瓣之间间隙配合，避免花瓣安装过程卡死；花瓣(4)中间位置开方型孔d2，用于观察球头(5)、内部安装板(2)、花瓣(4)以及弹性平衡装置(3)的连接情况。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置，其中，所述球头(5)通过上端面8个通孔e1与顶部安装板(1)连接，球头(5)通过下端面8个通孔e2与底部安装板(6)连接；所述底部安装板(6)通过均布的8个的螺纹孔f2与球头(5)连接；底部安装板(6)通过8个的螺纹孔f1与4个花瓣(4)连接，8个螺纹孔不是均布，根据四组花瓣(4)的d1通孔的位置确定；底部安装板(6)通过8个沉头孔f3与振动台连接，沉头孔安装时螺栓头部沉在孔内，避免后期将球头安装到低部安装板(6)时产生干涉。

上述一种多自由度解耦球头自动平衡装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、将球头自动平衡装置安装在振动台上；

步骤二、将试验工装与试验件安装在球头自动平衡装置上；

步骤三、开启振动台，开始试验；

步骤四、试验过程中，球头(5)发生轻微歪斜时，歪斜产生的力就会通过弹性平衡装置(3)作用到花瓣(4)上，四个方向弹性平衡装置(3)的橡胶弹簧部位就会压缩和拉伸，由于四个方向的花瓣(4)下部固定在底部安装板(6)上，这个力就会作用到内部安装板(2)上，内部安装板(2)带动顶部安装板(1)，最终力从顶部安装板(1)作用到球头(5)上，使球头(5)在无需其他动作的情况下自动平衡。

本发明通过以下技术方案来实现：整套系统原理图见图1所示，所述球头通过螺栓安装在底部安装板上，顶部安装板与球头通过螺栓连接，内部安装板与顶部安装板通过螺栓连接，四个花瓣底部通过螺栓与底部安装板连接，上部通过特制弹性平衡装置与内部安装板连接。试验过程中球头发生轻微歪斜时，歪斜产生的力就会通过弹性平衡装置作用到花瓣上，四个方向弹性平衡装置的橡胶弹簧部位就会压缩和拉伸，由于花瓣下部固定在底部安装板上，这个力就会作用到内部安装板上，从而作用到球头上平衡球头。整个过程不需要额外动作，都弹性力相互作用的结果，实现球头自动平衡。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：通过球头歪斜时，产生的力使四个方向弹性平衡装置分别受力压缩和拉伸，压缩和拉伸产生的力再通过内部安装板作用在球头上，整个过程无需额外动作使球头自动平衡。平衡过程中需要保护球头，不会因受力太大而损坏，因此弹性元件采用弹性橡胶包裹弹簧的结构。

所述顶部安装板上端面有均布的8个沉头孔a2，用于将顶部安装板与球头通过螺栓连接；顶部安装板上端面有均布的8个沉头孔a1，用于将顶部安装板与内部安装板通过螺栓连接，沉头孔安装时螺栓头部沉在孔内，避免后期将试验工装安装到顶部安装板时产生干涉；顶部安装板(1)上端面有均布的8个的螺纹孔a3用于后期试验工装与球头平衡装置的安装。

所述内部安装板通过均布的8个螺纹孔b2与顶部安装板连接，内部安装板通过均布的4个螺纹孔b1与弹性平衡装置连接。

所述4个弹性平衡装置由弹性双头螺柱与螺母组成，4个弹性平衡装置将4个花瓣与内部安装板连接，通过头部金属螺纹c1连接；弹性平衡装置另一头也是金属螺纹，穿过花瓣的孔d3，拧上螺母8完成连接。

所述弹性双头螺柱内部用金属弹簧c2贯通，根据受力的情况，弹簧应该选用既能受压也能受拉的弹簧；为增加弹簧的弹性力，保护球头缓冲振动冲击，金属弹簧c2外部包裹弹性塑料c3；两头为金属螺纹c1，分别用于与内部安装板(2)、花瓣的连接；金属螺纹c1底部有金属片c4，主要起安装限位的作用。

所述花瓣通过2个关于中间面对称、差别60度角的通孔d1与底部安装板螺纹连接，花瓣通过1个通孔d3与弹性平衡装置连接；一共4个花瓣对称布置,花瓣与花瓣之间间隙配合，避免花瓣安装过程卡死；花瓣中间位置开方型孔d2，一是可以减轻重量，二是可以观察，球头、内部安装板、花瓣以及弹性平衡装置的连接情况。

所述球头通过上端面8个通孔e1与顶部安装板连接，球头通过下端面8个通孔e2与底部安装板连接。

所述底部安装板通过均布的8个的螺纹孔f1与球头连接；底部安装板通过8个的螺纹孔与4个花瓣连接，这个8个螺纹孔不是均布，根据四组花瓣的d1通孔的位置确定；底部安装板(6)通过8个沉头孔f3与振动台连接，沉头孔安装时螺栓头部沉在孔内，避免后期将球头安装到低部安装板(6)时产生干涉。

优选地，为便于弹性平衡装置将力传递到球头上，将内部安装板套在球头上端部与顶部安装板连接，即顶部安装板连接球头与内部安装板。

优选地，4组花瓣固定在底部安装板上，限制花瓣位置，利于弹性平衡装置只能将力专递回球头。

与现有技术相比，本发明的技术有益效果是，能够便捷、有效地实现多自由度解耦球头快速平衡，满足多轴振动试验对解耦球头状态的要求。

附图说明

本发明的一种多自由度解耦球头自动平衡装置由以下实施例及附图给出。

图1为本发明实施例一种多自由度解耦球头自动平衡装置示意图。

图2为本发明实施例中顶部安装板的结构示意图。

图3为本发明实施例中内部安装板的结构示意图。

图4为本发明实施例中弹性平衡装置的结构示意图。

图5为本发明实施例中花瓣的结构示意图。

图6为本发明实施例中球头的结构示意图。

图7为本发明实施例中底部安装板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本方案顶部安装板1、内部安装板2、弹性平衡装置3、花瓣4、球头5、底部安装板6。球头5通过螺栓安装在底部安装板6上，顶部安装板1与球头5通过螺栓连接，内部安装板2与顶部安装板1通过螺栓连接，四个花瓣4底部通过螺栓与底部安装板6连接，上部通过特制弹性平衡装置3与内部安装板2连接。

本发明具体实施过程如下：

步骤一，组装球头自动平衡装置，组装步骤如下：

a)将底部安装板6通过沉头孔f3连接安装到振动台上；

b)将球头5通过螺纹孔f2安装到底部安装板6上；

c)将内部安装板2套在球头5上，放置在底部安装板6上；

d)将顶部安装板1通过沉头孔a2安装到球头5上；

e)将底部安装板6上的内部安装板2，缓慢托起与顶部安装板1螺纹连接；

f)将一个花瓣4放置于安装位置，将弹性平衡装置3的弹性双头螺柱7穿过花瓣4的上部安装孔d3，调整花瓣4位置，使弹性双头螺柱7能够安装到内部安装板2上的b1孔，弹性双头螺柱7穿过花瓣4的一头拧上螺母8进行固定；此过程保证静态时弹性平衡装置3只受到了轻微压力，同时花瓣4的两个通孔d1与底部安装板的螺纹孔f1安装，以同样的方式安装其他三组花瓣4，注意花瓣4之间的间隙。

步骤二，首先将球头自动平衡装置整体安装通过底部安装板6上的沉头孔f3安装到振动台上；接着将试验工装通过顶部安装板1的螺纹通孔a3安装到球头平衡装置上；最后将试验件安装到试验工装上。

步骤三，开始试验，试验过程中，球头发生轻微歪斜时，歪斜产生的力就会通过弹性平衡装置作用到花瓣上，四个方向弹性平衡装置的橡胶弹簧部位就会压缩和拉伸，由于花瓣下部固定在底部安装板上，这个力就会作用到内部安装板上，从而作用到球头上，使球头在无需其他动作的情况下自动平衡。

综上所述，本实施例通过结构优化，材料选择，在满足安装要求的基础上，实现了球头自动平衡的目标，试验过程中保障多轴振动试验的正常进行，降低了试验难度，提高了试验效率，实现了本发明的最优化，促进了试验的顺利进行。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。