一种三向力学试验平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于试验测试装置技术领域，尤其涉及一种三向力学试验平台。
【背景技术】
[0002] 传统的力学试验平台多为单向和双向，在进行单向试验时，通常将试验对象一端 置于平台上，另一端与加载机构连接，通过加载不同的载荷，可获得试验对象静态或动态力 学特性。在双向力学试验中，试验对象在两个方向上连接有加载机构，一般通过简单的铰或 滚柱来降低各向运动的影响，此种方式虽可在一定程度上保证试验方法的正确性，但试验 精度低且受结构限制可实现的运动范围较小。
[0003] 对于三向力学试验，由于很难保证三向加载的独立性，传统力学试验平台即使经 过简单的设备改造也无法满足试验要求。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种运动范围大、承载能力强、试验 精度高、可实现三向独立加载的三向力学试验平台，通过本发明可对试验对象进行单向、双 向或三向力学试验。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种三向力学试验平台，它包括 由上承力板、中承力板和下承力板组成的三层式结构，所述下承力板沿X方向的两侧固定 设置有X向导轨，所述中承力板位于所述X向导轨之间，所述中承力板与下承力板之间设置 有X向滚子排，所述中承力板与X向导轨之间设置有X侧向滚子排；所述中承力板沿Y方向 的两侧固定设置有Y向导轨，所述上承力板位于所述Y向导轨之间，所述上承力板与中承力 板之间设置有Y向滚子排，所述上承力板与Y向导轨之间设置有Y侧向滚子排；所述中承力 板X向一侧固定连接有X加载头，所述上承力板Y向一侧连接有Y加载头，Y加载头与上承 力板之间设置有解耦机构。
[0006]所述上承力板的上方设置有支架，所述支架上与上承力板对应的位置处开设有与 上承力板相垂直的导向孔，所述导向孔内穿过设置有Z加载头，所述Z加载头的轴与所述导 向孔之间设置有滑键。
[0007] 所述解耦机构包括解耦机构框体、解耦滑块、解耦滚子排、销轴和Y加载导向机 构；所述解耦机构框体上开设有沿X向的解耦导轨槽，所述解耦滑块位于所述解耦导轨槽 内，所述解耦滑块两侧与所述解耦导轨槽内壁之间设置有所述解耦滚子排，所述解耦滚子 排由解耦滚子列和解耦滚子保持架组成，所述解耦滚子保持架上开设有与解耦滚子列相配 合的呈栅格结构排列的解耦滚子定位孔，所述解耦滚子列的每个滚子均设置在所述解耦滚 子定位孔中，所述解耦滚子定位孔中的滚子两侧分别与解耦滑块和解耦导轨槽内壁滚动连 接；所述Y加载头与解耦滑块通过销轴连接；所述Y加载导向机构的顶部设置有与Y加载头 相配合Y加载导轨，Y加载头与Y加载导向机构通过所述Y加载导轨滑动连接。
[0008] 所述解耦滑块包括可分离的第一滑块和第二滑块，所述第一滑块上设置有定位凸 台，所述第二滑块上开设有与所述定位凸台相配合的定位槽；所述第一滑块的外侧与所述 解耦滚子排滚动连接，第一滑块的内侧与第二滑块的内侧通过所述定位凸台和定位槽配合 连接，所述第二滑块的外侧与所述解耦滚子排滚动连接；所述定位凸台与所述定位槽的间 隙中设置有分别向第一滑块和第二滑块扩张的碟簧。
[0009] 所述X向滚子排由X向滚子列和X向滚子保持架组成，所述X向滚子保持架上开 设有与X向滚子列相配合的呈栅格结构排列的X向滚子定位孔，所述X向滚子列的每个滚 子均设置在所述X向滚子定位孔中，所述X向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述中承力 板和所述下承力板滚动连接； 所述X侧向滚子排由X侧向滚子列和X侧向滚子保持架组成，所述X侧向滚子保持架 上开设有与X侧向滚子列相配合的呈栅格结构排列的X侧向滚子定位孔，所述X侧向滚子 列的每个滚子均设置在所述X侧向滚子定位孔中，所述X侧向滚子定位孔中的滚子两侧分 别与所述中承力板和所述X向导轨滚动连接； 所述Y向滚子排由Y向滚子列和Y向滚子保持架组成，所述Y向滚子保持架上开设有 与Y向滚子列相配合的呈栅格结构排列的Y向滚子定位孔，所述Y向滚子列的每个滚子均 设置在所述Y向滚子定位孔中，所述Y向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述中承力板和 所述上承力板滚动连接； 所述Y侧向滚子排由Y侧向滚子列和Y侧向滚子保持架组成，所述Y侧向滚子保持架 上开设有与Y侧向滚子列相配合的呈栅格结构排列的Y侧向滚子定位孔，所述Y侧向滚子 列的每个滚子均设置在所述Y侧向滚子定位孔中，所述Y侧向滚子定位孔中的滚子两侧分 别与所述上承力板和所述Y向导轨滚动连接。
[0010] 所述X加载头处设置有X向加载缸，X向加载缸的施力端与所述X加载头连接；所 述Y加载头处设置有Y向加载缸，Y向加载缸的施力端与所述Y加载头连接；所述Z加载头 处设置有Z向加载缸，Z向加载缸的施力端与所述Z加载头连接。
[0011] 所述X向加载缸、Y向加载缸和Z向加载缸上连接有数据采集处理系统。
[0012] 本发明的有益效果：采用上述技术方案，上承力板、中承力板、下承力板、X向导 轨、Y向导轨、解耦机构、X向滚子排、X侧向滚子排、Y向滚子排、Y侧向滚子排等构成试验 平台机械部分，试验平台机械部分连接有X向加载缸、Y向加载缸、Z向加载缸及数据采集处 理系统，由于各机构的限制，试验平台仅具有沿X向、Y向、Z向共三个移动自由度，X加载头 处设置有X向加载缸，Y加载头处设置有Y向加载缸，Z加载头处设置有Z向加载缸，X向 加载缸、Y向加载缸和Z向加载缸均可独立进行加载和数据采集，试验对象固定于试验平台 的上承力板上，借助于本发明可进行单向、双向或三向的拉压试验。
[0013] 支架上与上承力板对应的位置处开设有与上承力板相垂直的导向孔，所述导向孔 内穿过设置有Z加载头，所述Z加载头的轴与所述导向孔之间设置有滑键，该结构设计对Z 加载头约束了除Z向移动外的其他5个自由度，保证了Z向加载方向的准确性和稳定性。
[0014] 下承力板的沿X方向的两侧固定设置有X向导轨，所述中承力板位于所述X向导 轨之间，所述中承力板与下承力板之间设置有X向滚子排，所述中承力板与X向导轨之间设 置有X侧向滚子排，所述中承力板沿Y方向的两侧固定设置有Y向导轨，所述上承力板位于 所述Y向导轨之间，所述上承力板与中承力板之间设置有Y向滚子排，所述上承力板与Y向 导轨之间设置有Y侧向滚子排，X向运动和Y向运动通过各自的导轨和侧向滚子排来保证加 载方向的准确性和稳定性，X向和Y向的运动分为两层，中承力板进行X向运动，上承力板 进行Y向运动。在上承力板和中承力板之间设置的Y向滚子排，可保证在Z向加载后Y向 的正常运动，并将Z向载荷向下传递。在中承力板和下承力板之间设置的X向滚子排，可保 证在Z向加载后X向的正常运动，并将Z向载荷向下传递至下承力板，最终传递至地面。
[0015] Y加载头与上承力板之间设置有解耦机构，X向和Y向的运动通过解耦机构可实现 各向的独立运动，该机构由1个与X轴同向的移动副(解耦导轨槽)、1个与Y轴同向的移动 副（Y加载导向机构）及1个转动副(销轴）组成，解耦机构可实现在不改变原有各运动方向 和运动精度的前提下，保证X向和Y向的独立运动。
[0016] X向滚子排、X侧向滚子排、Y向滚子排、Y侧向滚子排和解耦滚子排的结构设计， 使各滚子排与其两侧的结构均以滚动摩擦的形式实现滚动运动。
[0017] 解耦滑块包括可分离的第一滑块和第二滑块，所述第一滑块上设置有定位凸台， 所述第二滑块上开设有与所述定位凸台相配合的定位槽，所述第一滑块的外侧与所述解 耦滚子排滚动连接，第一滑块的内侧与第二滑块的内侧通过所述定位凸台和定位槽配合连 接，所述第二滑块的外侧与所述解耦滚子排滚动连接，所述定位凸台和定位槽的配合作用， 可限制滑块的侧向滑移。
[0018] 所述定位凸台与所述定位槽的间隙中设置有分别向第一滑块和第二滑块扩张的 碟簧，第一滑块和第二滑块在碟簧的作用下向两侧扩张，以实现解耦滑块的自涨紧功能， 解耦滑块可将解耦滚子排压紧于解耦导轨槽内壁上，避免了解耦滚子排与接触面之间的滑 动。
[0019] 与传统试验平台相比，本发明采用全新的结构和原理，可进行现有技术无法实现 的三向力学试验，且运动范围大、承载能力强、试验精度高。使用本发明进行单向试验，相比 现有平台其加载方向更准确，进行动态试验时加载方向更稳定。进行双向试验时，本发明有 效行程远远大于传统平台，且精度更高，容许载荷更大。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明中上承力板、中承力板和下承力板部位的结构示意图； 图3是本发明中解耦机构部位的结构示意图； 图4是本发明中解耦滑块部位的结构俯视图； 图5是本发明中解耦滑块部位的结构爆炸图； 图6是本发明中支架部位的结构示意图； 图7是本发明中水平双向运动机构简图； 图8是实施例中橡胶支座多向力学性能试验的水平加载轨迹图； 图9是实施例中橡胶支座多向力学性能试验的南北向水平力曲线图； 图10是实施例中橡胶支座多向力学性能试验的东西向水平力曲线图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合图1至图6对本发明的结构和工作过程作进一步的说明。
[0022] 本发明的一种三向力学试验平台，它包括由上承力板6、中承力板9和下承力板16 组成的三层式结构，所述下承力板16沿X方向的两侧固定设置有X向导轨14,所述中承力 板9位于所述X向导轨14之间，所述中承力板9与下承力板16之间设置有X向滚子排18， 所述中承力板9与X向导轨14之间设置有X侧向滚子排15 ;所述X向滚子排18由X向滚 子列17和X向滚子保持架21组成，所述X向滚子保持架21上开设有与X向滚子列17相 配合的呈栅格结构排列的X向滚子定位孔(附图中未标示)，所述X向滚子列17的每个滚子 均设置在所述X向滚子定位孔中，所述X向滚子定位孔中的滚子两侧分别与所述中承力板 9和所述下承力板16滚动连接；所述X侧向滚子排15由X侧向滚子列19和X侧向滚子保 持架22组成，所述X侧向滚子保持架22上开设有与X侧向滚子列19相配合的呈栅格结构 排列的X侧向滚子定位孔(附图中未标示)，所述X侧向滚子列19