专利名称：超低频模态试验重力平衡系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模态试验装置，尤其是一种超低频模态试验装置。
背景技术：
随着航天航空技术的飞速发展，低频、超低频模态测试分析的需求日益增多。为了使航天器设计时有准确的模态参数可供参考，以避免引起共振等不必要的错误，必须对航天器进行模态分析试验。模态分析试验在对结构件进行激振激励的试验的基础上来测试结构体包括航天器结构的动态特性、固有频率、模态振型和阻尼、广义质量、广义刚度等。失重是太空环境的一个主要特征。这就引出了模拟失重环境下对结构件动态试验的经典问题。负载的重力由悬挂系统悬挂力进行平衡，并且要求在悬挂力的作用点处不能引入较大的动态约束力。这些动态约束力一般是由悬吊装置的刚度、附加质量、摩擦力或系统振动模态等因素引起，这样会改变试件的模态振型。能满足这种精确模拟的条件称之为自由-自由边界条件。对于垂直方向上的模态测试试验，悬吊装置垂直方向上的刚体运动频率要低于试件基频一个数量级是一个得到普遍认可的原则。一般而言，当试件基频大于20Hz时，将试件悬吊在简单的线性弹簧上即可以满足要求，自由-自由边界条件轻易就获得。但是当试件的基频接近或低于IHz时，悬挂问题就变得极富有挑战性。悬吊装置的动态约束力远小于试件刚度和惯性而产生的力是自由-自由边界条件获得的基础。目前，美国CSA工程公司已经成型的模态试验悬挂系统型号为60350-DA,该系统最大悬挂质量621磅，垂直悬吊频率为0. 1Hz，该系统已被美国NASA兰利等研究中心所用。国内改为自行研制模态装置系统，申请号为200710071515.0的“气浮磁动无摩擦悬吊装置”公布了一种能满足频率准则、附加质量足够小、非线性影响小、测试精度高的垂直方向模态悬吊装置，申请号为201020214510. 6的“超低频模态试验悬挂系统”做了进一步改进，公布了一种全数字式控制、提高工作频率、提升控制精度，并降低附加部件对模态试验的影响的超低频模态试验悬挂系统。该系统的核心部分是无摩擦气缸活塞。与一般的空气轴承不同，无摩擦气缸活塞的工作间隙比普通的空气轴承要大，所以气体的泄漏流量相对就会较大，使得无摩擦气缸的稳定性难以控制，高精度气压控制设计的难度增加。对于普通气浮轴承而言，气体的流经方向都是从节流孔进入，从间隙的两端流到大气环境，但无摩擦气缸活塞的进气口包括活塞表面节流孔、活塞底端缸壁与活塞的间隙。活塞的上端面与缸壁间的间隙为气体的出口方向，这样的工作形式就导致活塞的下半部分(也属于高压腔部分)的压强比上半部分高，在活塞运动过程中产生偏心或倾向时，使得大间隙一侧的节流孔失去作用，从而不能形成有效地抗侧向能力。另外，由于在轴向上布置有多排孔，轴向上节流孔节流后的气体压强不同，使得气压在轴向上分布不均，存在一定的设计缺陷。对于水平方向上的模态试验，自由-自由边界条件的主要约束为摩擦力、附加质量的惯性影响和钟摆效应，悬挂装置须平衡被测对象重力，达到平面跟随运动基本无约束。目前还没有成熟的水平模态试验悬挂装置。
发明内容
为了克服已有模态试验装置的无法实现水平方向模态测试、气浮装置设计的不足，本发明提供一种平面运动基本无约束的、无摩擦力和惯性力影响的超低频模态试验重力平衡系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种超低频模态试验重力平衡系统，包括水平激励模态悬挂装置、垂直随动模态悬挂装置、安装底座、支架和移动调整座，所述水平激励模态悬挂装置安装在安装底座上，所述垂直随动模态悬挂装置通过支架安装在水平激励模态悬挂装置的上方，所述移动调整座安装在安装底座的下方；
所述水平激励模态悬挂装置包括气浮环安装板、接近开关、气浮环、气浮平板、卡绳组件、减负挂柱、线型导轨、线性滑轨、导轨滑块、弹簧秤、槽钢、主机底座和激光位移传感器，所述气浮环固定在气浮环安装板上，所述气浮环安装板上安装接近开关，所述气浮环安装板两侧安装减负挂柱，所述气浮环安装板沿直线导轨方向的两侧中心处安装激光位移传感器，所述气浮平板放置在气浮环的正上方，所述气浮环安装板底部与导轨滑块固定，所述导轨滑块可在线型导轨上滑动，所述线型导轨固定在主机底座上，所述气浮环安装板侧面与用以带动气浮环安装板移动的移动驱动机构连接；
所述气浮平板上方有一组与支架座固定且平行于线性导轨的线性滑轨，所述左右两个线性滑轨上的滑块之间通过槽钢连接，所述弹簧秤一端钩挂在减负挂柱上，另一端与槽钢连接且保持竖直状态，所述滑块带动槽钢跟随气浮环安装板的运动；所述气浮环安装板中心有圆形通孔，所述圆形通孔的内径小于气浮环的内径，所述气浮环安装板上有一圈进气凹槽，所述进气凹槽与气浮环上节流孔相通，从气浮环安装板侧面打孔通向进气凹槽形成进气孔，所述气浮环安装板、气浮环上有气浮环安装螺纹孔，所述气浮环与气浮环安装板通过螺纹连接，所述气浮环安装板上有接近开关、激光位移传感器安装孔，所述气浮环上均布一圈节流孔，所述节流孔的进气口与气浮环安装板上的凹槽相通，所述气浮环节流孔出气口处设有三圈环形槽，所述环形槽有两组相切且切点过节流孔出气口，另一个环形槽以节流孔为圆心并与另两组环形槽相通，所述气浮环节流孔进气口两侧有环形凹槽，所述环形凹槽与气浮环安装板上的进气凹槽相互隔离；
所述垂直随动模态悬挂装置，包括机架、安装框架、移动横梁、导向杆、主杆、空气轴承、限位装置、激光位移传感器、负载传感器、气浮系统和磁动系统，所述气浮系统包括两个无摩擦气缸、储气罐、精密减压阀和气压传感器，无摩擦气缸连接气管，所述磁动系统包括长行程音频动圈、长行程动圈力传感器和激励铁芯，所述机架的上部固定安装框架，下部有下安装板，所述安装框架有底板和顶板，所述顶板上安装有两个导向杆的导向空气轴承、主杆的导向大空气轴承、激光位移传感器、吊环，所述底板的下方安装有主杆的导向大空气轴承、所述安装框架的底板上方对称的安装两个无摩擦气缸、所述无摩擦气缸与储气罐通过连接气管连通，所述压缩气源的通过精密减压阀与储气罐连接，无摩擦气缸的活塞杆杆与移动横梁通过铰链连接，移动横梁由对称的两部分组成，所述主杆和两个导向杆与移动横梁连接，所述两根导向杆位于主杆的两侧，所述主杆的顶端安装激光位移传感器的感光板，主杆和导向杆均为空心管，长行程音频动圈的内孔可上下运动的套装在激励铁芯上，激励铁芯安装在安装框架的底板和顶板之间，上下运动的长行程音频动圈与移动横梁距离保持一致，长行程音频动圈内孔与激励铁芯的间隙一致，所述长行程动圈力传感器一面固定在移动横梁的侧面，另一面连接长行程音频动圈的安装支架，负载力传感器一端固定在主杆上，另一端连接悬挂钢缆，所述安装框架两侧各安装一套限位装置，所述限位装置包括每套各二个限位齿形块和斜面微调件，一个限位齿形条，所述限位齿形块及斜面微调件均与限位齿形条可移动连接。进一步，更进一步，所述无摩擦气缸包括缸筒、端盖、底座、活塞和活塞杆，所述活塞与活塞杆一端固定连接，所述缸筒一端安装底座，所述缸筒的另一端安装端盖，所述底座上设有气源进气口，所述活塞杆穿过端盖，缸筒的有杆腔设有出气口，所述无摩擦气缸有杆腔为低压腔，无杆腔为高压腔，所述活塞径向设置均布的节流孔，所述活塞外圆柱面靠近无杆腔一侧设有一圈凹槽形成卸压槽，从卸压槽上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向有杆腔方向打通孔形成卸压孔，所述卸压孔与节流孔之间相互隔离，所述卸压槽靠近无杆腔一端设有倾斜坡度，至少两组卸压孔均布在活塞壁中，所述活塞设有至少两组径向方向均布的节流孔。当然，也可以选用其他无摩擦气缸。更进一步，所述气浮环安装板呈正方形，所述接近开关安装在气浮环安装板的四个角上。所述气浮环安装板也可以根据实际情况设计成其他形状，所述气浮环上的环形凹槽也可以开成其他形式，能够均衡气浮环上压力即可。所述移动驱动机构包括丝杠螺母座、滚珠丝杆和电机，所述气浮环安装板的侧面通过丝杠螺母座与滚珠丝杆连接，所述滚珠丝杠通过轴承座安装在主机底座上，电机通过联轴器与滚珠丝杠连接。所述气浮平板下表面平整光滑，所述气浮平板上表面有加强肋。气浮平板采用轻质设计。再进一步，所述卡绳组件包括卡绳底盘、穿绳半锥卡、锁紧卡、锁紧卡座，所述卡绳底盘与气浮平板中心固定，所述卡绳底盘中心有锥形通孔，所述卡绳底盘从中心锥形通孔沿径向开有条形槽，所述穿绳半锥卡有两只，所述两只穿绳半锥卡合在一起与卡绳底盘中心锥形通孔匹配，所述悬挂绳穿过穿绳半锥卡的中心锥形孔且穿绳半锥卡合拢时通过外锥面推力卡紧悬挂绳，所述锁紧卡座固定在卡绳底盘上，所述锁紧卡合拢穿绳半锥卡后插入锁紧卡座，所述锁紧卡另一端通过螺栓固定在卡绳底盘上。本发明的技术构思为如果采用一套设备完整解决与地面垂直方向和水平方向无摩擦随动，会使得设备随动部分重量接近被测试件，导致附加质量太大。所以采用两套设备分别实现垂直随动气浮悬挂和平面随动气浮悬挂，降低附加质量。吊挂板子的悬挂绳穿过水平激励模态悬挂装置中心孔后吊挂在垂直随动模态悬挂装置上。水平激励模态悬挂装置的卡绳组件不安装，使得不与悬挂绳连接。仅垂直随动模态悬挂装置起作用。垂直随动模态悬挂装置使用完毕后，利用卡绳组件卡紧悬挂绳，悬挂绳吊挂在水平激励模态悬挂装置上，脱开悬挂绳与垂直随动模态悬挂装置的连接。这样仅水平激励模态悬挂装置起作用。卡绳组件均采用轻质设计，卡绳底盘上有沿径向的条形槽，能够方便地将卡绳底板安装到气浮平板中心孔内，再通过穿绳半锥卡卡紧悬挂绳，将锁紧卡合拢穿绳半锥卡后插入锁紧卡座，锁紧卡的另一端通过螺栓与卡绳底盘固定，即实现了一次吊挂，两次测试。将气浮环倒过来使用，上面装一块面积大于气浮环的气浮平板，气浮垫支撑气浮平板，这样气浮平板在气浮垫上能平面运动，构成一套两维气浮随动装置，中间穿悬挂绳，有固定机构能将穿过的悬挂绳锁住。气浮环与气浮平板间通过节流孔形成气膜，高压气体从气浮环安装板进气口进入进气凹槽，在通过气浮环上的节流孔喷出，在气浮环节流孔出气口出有环形槽，环形槽起到均压的作用，高压气体从气浮环两侧流出，存在压力梯度，承载能力增强。气浮环安装板底部安装导轨滑块，侧面通过丝杠螺母座与滚珠丝杠连接，通过电机控制滚珠丝杠转动可控制气浮环安装板在线型导轨上移动。气浮环安装板四周安装有接近开关，沿直线导轨方向的两侧中心安装激光位移传感器，激光位移传感器可测得气浮平板在水平方向上的位移，并将信号反馈给控制系统，控制系统通过电机控制气浮环安装板在导轨上的运动，主动跟随吊挂点移动，保证气浮平板处于有效的运动范围内，从而实现长距离无摩擦的平面运动。接近开关起到近一步保护作用，当气浮平板的运动超过运动范围时将信号反馈给控制系统从而限制导轨的运动。底座上安装一组滑轨，滑轨通过弹簧秤与气浮安装板连接，并跟随气浮安装板的运动，起到负载减重的作用，提高了直线导轨的承载能力，避免因负载过重使得导轨发生弯曲而影响平面气浮的运动。所述垂直随动模态悬挂装置包由两个并行的子系统构成，一个是气动子系统，另一个是电磁子系统，气动子系统又称为被动子系统，电磁子系统又称为主动子系统。被动子系统由无摩擦气缸一活塞、外部储气罐、精密气压控制装置等构成。主动子系统由长行程动圈作动器和配套的功率放大器、激光位移传感器、负载传感器以及压力波动计算机处理电路、计算机控制装置等构成。气动子系统提供恒定的悬挂力以平衡试件的重力，悬挂力的大小是作用在活塞上的气压和活塞面积的乘积，由于活塞面积不变，悬挂力与气压成正比，气压必须很高精度，电磁子系统提供非接触的电磁力以满足悬挂装置对微小力的各种需求，特别是提供补偿压力波动的电磁力，以有效地降低悬挂频率。在测试前，先将空气轴承通入压缩空气，使空气轴承内孔与导向杆及主杆间形成有刚度的气膜，从而使导向杆及主杆在运动时摩擦力基本为0，然后在钢缆上悬挂被测试件，接着通过精密减压阀向储气罐通入压缩空气，储气罐内的压缩空气通过与气缸内孔直径相等的无摩擦气缸连接气管进入无摩擦气缸，气缸内压缩空气对无摩擦气缸活塞的压力通过活塞杆、连接铰链、移动横梁、主杆、负载力传感器、悬挂钢缆作用于被测试件，调整精密减压阀，使无摩擦气缸内压力与测试件及气浮磁动无摩擦悬吊装置的随动部件重力平衡时，通过控制系统调整磁动系统长行程动圈内电流，被测试件处于振动平衡中心位置，由于移动横梁上的安装在小空气轴承内的两个导向杆限制了移动横梁只能做上下平动，而不能转动，长行程动圈通过长行程动圈安装支架、长行程动圈力传感器固定在移动横梁的侧面，因而只要保证激振器铁芯安装时与移动横梁侧面平行，就能保证在运动中长行程动圈内孔与激振器铁芯间的间隙即磁隙始终保持一致，当被测试件受到外界强迫激振力时，由于气浮系统提供的力始终等于重力，所以可模拟失重状态，而被测试件悬挂在悬挂钢缆下，可以做三个自由度的自由-自由边界条件下的运动，进行被测试件的振型测试，检测传感器系统包括激光位移传感器、气压传感器、长行程动圈力传感器、负载传感器；在测试过程中，分别向控制系统提供气浮磁动无摩擦悬吊装置随动部件的位移和加速度信息、无摩擦气缸内气压波动信息、被测试件受力信息及长行程动圈作用于随动部件的作用力信息，以便对长行程动圈的电流进行调整，提供合适的电磁力。
所述无摩擦气缸中，活塞与气缸间存在极小的间隙，底座与缸筒末端固定，所述缸筒、底座在活塞的一端形成高压腔，在另一端形成低压腔。在活塞靠近高压腔的一端设计有卸压槽，将从高压腔进入活塞与缸筒间隙的气体流经过一定的缝隙节流阻尼减压后从卸压槽内排出到低压腔，不影响活塞上节流孔形成的气膜；活塞径向上设置匀布的节流孔，节流孔的数量可布置一组或多组；活塞外圆柱面靠近高压腔一侧设计有一圈凹槽，从凹槽上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向低压腔方向打通孔形成卸压槽，一组或多组卸压槽均布在活塞壁中，与节流孔之间不相通；卸压槽凹槽近高压腔一端成一定的坡度，因此，从高压腔进入活塞与气缸间隙的气流直接从卸压槽流入到低压腔内；卸压槽也可以开成其他的形式，能方便导出高压腔压人的气流即可；高压腔内的气体经节流孔在活塞与气缸间隙间形成气膜，气膜气体部分沿着活塞与缸筒间隙直接流入低压腔，其余的经卸压槽流入低压腔。而从高压腔进入间隙的气体不影响活塞与缸筒间的气膜。本发明的有益效果主要表现在水平激励模态悬挂装置由于极低摩擦力，使得吊挂的载荷能够在平面内近乎自由地移动和转动；垂直随动模态悬挂装置在铅垂地面方向提供恒定的能平衡试件重力的悬挂力，并能在铅垂地面方向无摩擦随动，即提供超低悬挂频率。无摩擦气缸靠近高压腔的一端设计有卸压槽，有效避免高低压气流对气膜产生影响，提高了无摩擦气缸的抗侧向力和抗弯矩的能力，加强了垂直随动模态试验的控制精度稳度、负载能力和悬挂频率。本发明不仅可提供超低频的悬挂刚体频率，还可以平衡重力并抑制悬挂装置对试件的附加质量、附加刚度及附加摩擦力的影响，充分模拟试件的失重状态，而又不引入会改变试件模态振型的动态约束力从而确保在地面的模态试验中测试数据有效、可信。
图1是一种超低频模态试验重力平衡系统二维图。图2是水平激励模态悬挂装置部分示意图。图3是水平激励模态悬挂装置的气浮装置示意图。图4是水平激励模态悬挂装置减重部分示意图。图5是气浮环安装板示意图。图6是气浮环反面示意图。图7是气浮环正面示意图。图8是气浮平板及卡绳组件示意图。图9是垂直随动模态悬挂装置示意图。图10是无摩擦气缸平面示意图。图11是活塞结构示意图。图12是图11的A-A截面示意图。图13是图11的C-C截面示意图。图14是无摩擦气缸工作气流流向原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图f图14，一种超低频模态试验重力平衡系统，包括水平激励模态悬挂装置4、垂直随动模态悬挂装置6、安装底座2、支架5和移动调整座3，所述水平激励模态悬挂装置4安装在安装底座2上，所述垂直随动模态悬挂装置6通过支架5安装在水平激励模态悬挂装置4的上方，所述移动调整座3安装在安装底座2的下方。水平激励模态悬挂装置4包括气浮环安装板10、接近开关12、气浮环20、气浮平板14、卡绳组件、减负挂柱17、线型导轨18、线性滑轨21、滑块23、弹簧秤24、槽钢22、主机底座13和激光位移传感器，所述气浮环20通过螺栓固定在气浮环安装板10上，所述气浮环安装板10四个角上安装接近开关12，所述气浮环安装板10两侧安装减负挂柱17，所述气浮环安装板10沿直线导轨方向的两侧中心处安装激光位移传感器，所述气浮平板14放置在气浮环20的正上方。其中，所述卡绳组件包括卡绳底盘15、穿绳半锥卡16、锁紧卡34、锁紧卡座35，所述卡绳底盘15与气浮平板14中心固定，所述卡绳底盘15中心有锥形通孔，所述卡绳底盘15从中心锥形通孔沿径向开有条形槽，所述穿绳半锥卡16有两只，所述两只穿绳半锥卡16合在一起与卡绳底盘15中心锥形通孔匹配，所述悬挂绳穿过穿绳半锥卡16的中心锥形孔且穿绳半锥卡16合拢时通过外锥面推力卡紧悬挂绳，所述锁紧卡座35固定在卡绳底盘15上，所述锁紧卡34合拢穿绳半锥卡16后插入锁紧卡座35，所述锁紧卡34另一端通过螺栓固定在卡绳底盘15上。所述气浮环安装板10底部与导轨滑块固定，所述导轨滑块可在线型导轨18上滑动，所述线型导轨18固定在主机底座13上，所述气浮环安装板10与用于用以带动气浮环安装板移动的移动驱动机构连接。所述移动驱动机构包括包括丝杠螺母座11、滚珠丝杆9和电机19，所述气浮环安装板10的侧面通过丝杠螺母座11与滚珠丝杆9连接，所述滚珠丝杠9通过轴承座8安装在主机底座13上，所述电机19通过联轴器7与滚珠丝杠9连接。所述气浮平板14上方有一组与支架5座固定且平行于线性导轨18的线性滑轨20，所述左右两个线性滑轨20上的滑块23之间通过槽钢22连接，所述弹簧秤24 —端钩挂在减负挂柱17上，另一端与槽，22连接且保持竖直状态，所述滑块23带动槽钢跟随气浮环安装板10的运动。所述气浮环安装板10呈正方形，所述气浮环安装板10中心有圆形通孔，所述圆形通孔的内径稍小于气浮环20的内径，所述气浮环安装板上有一圈进气凹槽27，所述进气凹槽与气浮环20上节流孔30相通，从气浮环安装板10侧面打孔25通向进气凹槽27形成进气孔26，所述气浮环安装板10、气浮环20上有气浮环安装螺纹孔28、32，所述气浮环20与气浮环安装板10通过螺纹连接，所述气浮环安装板10上有接近开关、激光位移传感器安装孔29，所述气浮环20上均布一圈节流孔30，所述节流孔30的进气口与气浮环安装板10上的凹槽27相通，所述气浮环节流孔出气口处铣出三圈环形槽33，所述环形槽33有两组相切且切点过节流孔出气口，另一个环形槽以节流孔为圆心并与另两组环形槽相通，所述环形槽33也可以开成其他形式。所述气浮环节流孔30进气口两侧有环形凹槽31，所述环形凹槽31与气浮环安装板10上的进气凹槽27相互隔离(即不相通)，所述气浮平板14下表面平整光滑，上表面有加强肋，气浮平板14采用轻质设计。
所述垂直随动模态悬挂装置，包括机架36、安装框架38、移动横梁37、导向杆39、主杆40、空气轴承42及43、限位装置45、激光位移传感器、负载传感器49、气浮系统和磁动系统，所述气动系统包括两个无摩擦气缸46、储气罐1、精密减压阀、气压传感器、无摩擦气缸连接气管48，所述磁动系统包括长行程音频动圈、长行程动圈力传感器、激励铁芯44。所述机架36的上部固定安装框架38，下部有下安装板47，所述安装框架38有底板和顶板，所述顶板上安装有两个导向杆39的导向空气轴承43、主杆40的导向大空气轴承42、激光位移传感器、吊环41，所述底板的下方安装有主杆40的导向大空气轴承42、所述安装框架38的底板上方对称的安装两个无摩擦气缸46、所述无摩擦气缸46与储气罐I通过连接气管48连通，所述压缩气源的通过精密减压阀与储气罐I连接，无摩擦气缸46的活塞杆杆与移动横梁37通过铰链连接，移动横梁37由对称的两部分组成，所述主杆40和两个导向杆39与移动横梁37连接，所述两根导向杆39位于主杆40的两侧，所述主杆40的顶端安装激光位移传感器的感光板,主杆40和导向杆39均为空心管。长行程音频动圈的内孔可上下运动的套装在激励铁芯44上，激励铁芯44安装在安装框架38的底板和顶板之间，上下运动的长行程音频动圈与移动横梁37距离保持一致，长行程音频动圈内孔与激励铁芯44的间隙一致，所述长行程动圈力传感器一面固定在移动横梁37的侧面，另一面连接长行程音频动圈的安装支架，负载力传感器49 一端固定在主杆40上，另一端连接悬挂钢缆。所述安装框架38两侧各安装一套限位装置45，所述限位装置包括每套各二个限位齿形块和斜面微调件，一个限位齿形条，所述限位齿形快及斜面微调件能在限位齿形条上位置变化移动。所述无摩擦气缸包括缸筒52、端盖51、底座56、活塞54和活塞杆50，所述活塞54与活塞杆50 —端固定连接,所述缸筒52 —端安装底座56,所述缸筒的另一端安装端盖51,所述底座56上设有气源进气口 57，所述活塞杆50穿过端盖51，缸筒52的有杆腔设有出气口 58，所述无摩擦气缸有杆腔53为低压腔，无杆腔55为高压腔，所述活塞54径向设置均布的节流孔59，所述活塞54外圆柱面靠近无杆腔一侧设有一圈凹槽形成卸压槽60，从卸压槽60上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向有杆腔方向打通孔形成卸压孔61，所述卸压孔61与节流孔59之间相互隔离，所述卸压槽靠近无杆腔一端设有倾斜坡度，至少两组卸压孔61均布在活塞壁中，所述活塞设有至少两组径向方向均布的节流孔59。当然，也可以采用其他无摩擦气缸。
权利要求
1.一种超低频模态试验重力平衡系统，其特征在于包括水平激励模态悬挂装置、垂直随动模态悬挂装置、安装底座、支架和移动调整座，所述水平激励模态悬挂装置安装在安装底座上，所述垂直随动模态悬挂装置通过支架安装在水平激励模态悬挂装置的上方，所述移动调整座安装在安装底座的下方； 所述水平激励模态悬挂装置包括气浮环安装板、接近开关、气浮环、气浮平板、卡绳组件、减负挂柱、线型导轨、线性滑轨、导轨滑块、弹簧秤、槽钢、主机底座和激光位移传感器，所述气浮环固定在气浮环安装板上，所述气浮环安装板上安装接近开关，所述气浮环安装板两侧安装减负挂柱，所述气浮环安装板沿直线导轨方向的两侧中心处安装激光位移传感器，所述气浮平板放置在气浮环的正上方，所述气浮环安装板底部与导轨滑块固定，所述导轨滑块可在线型导轨上滑动，所述线型导轨固定在主机底座上，所述气浮环安装板侧面与用以带动气浮环安装板移动的移动驱动机构连接； 所述气浮平板上方有一组与支架座固定且平行于线性导轨的线性滑轨，所述左右两个线性滑轨上的滑块之间通过槽钢连接，所述弹簧秤一端钩挂在减负挂柱上，另一端与槽钢连接且保持竖直状态，所述滑块带动槽钢跟随气浮环安装板的运动；所述气浮环安装板中心有圆形通孔，所述圆形通孔的内径小于气浮环的内径，所述气浮环安装板上有一圈进气凹槽，所述进气凹槽与气浮环上节流孔相通，从气浮环安装板侧面打孔通向进气凹槽形成进气孔，所述气浮环安装板、气浮环上有气浮环安装螺纹孔，所述气浮环与气浮环安装板通过螺纹连接，所述气浮环安装板上有接近开关、激光位移传感器安装孔，所述气浮环上均布一圈节流孔，所述节流孔的进气口与气浮环安装板上的凹槽相通，所述气浮环节流孔出气口处设有三圈环形槽，所述环形槽有两组相切且切点过节流孔出气口，另一个环形槽以节流孔为圆心并与另两组环形槽相通，所述气浮环节流孔进气口两侧有环形凹槽，所述环形凹槽与气浮环安装板上的进气凹槽相互隔离； 所述垂直随动模态悬挂装置，包括机架、安装框架、移动横梁、导向杆、主杆、空气轴承、限位装置、激光位移传感器、负载传感器、气浮系统和磁动系统，所述气浮系统包括两个无摩擦气缸、储气罐、精密减压阀和气压传感器，无摩擦气缸连接气管，所述磁动系统包括长行程音频动圈、长行程动圈力传感器和激励铁芯，所述机架的上部固定安装框架，下部有下安装板，所述安装框架有底板和顶板，所述顶板上安装有两个导向杆的导向空气轴承、主杆的导向大空气轴承、激光位移传感器、吊环，所述底板的下方安装有主杆的导向大空气轴承、所述安装框架的底板上方对称的安装两个无摩擦气缸、所述无摩擦气缸与储气罐通过连接气管连通，所述压缩气源的通过精密减压阀与储气罐连接，无摩擦气缸的活塞杆杆与移动横梁通过铰链连接，移动横梁由对称的两部分组成，所述主杆和两个导向杆与移动横梁连接，所述两根导向杆位于主杆的两侧，所述主杆的顶端安装激光位移传感器的感光板，主杆和导向杆均为空心管，长行程音频动圈的内孔可上下运动的套装在激励铁芯上，激励铁芯安装在安装框架的底板和顶板之间，上下运动的长行程音频动圈与移动横梁距离保持一致，长行程音频动圈内孔与激励铁芯的间隙一致，所述长行程动圈力传感器一面固定在移动横梁的侧面，另一面连接长行程音频动圈的安装支架，负载力传感器一端固定在主杆上，另一端连接悬挂钢缆，所述安装框架两侧各安装一套限位装置，所述限位装置包括每套各二个限位齿形块和斜面微调件，一个限位齿形条，所述限位齿形块及斜面微调件均与限位齿形条可移动连接。
2.如权利要求1所述的超低频模态试验重力平衡系统，其特征在于所述无摩擦气缸包括缸筒、端盖、底座、活塞和活塞杆，所述活塞与活塞杆一端固定连接，所述缸筒一端安装底座，所述缸筒的另一端安装端盖，所述底座上设有气源进气口，所述活塞杆穿过端盖，缸筒的有杆腔设有出气口，所述无摩擦气缸有杆腔为低压腔，无杆腔为高压腔，所述活塞径向设置均布的节流孔，所述活塞外圆柱面靠近无杆腔一侧设有一圈凹槽形成卸压槽，从卸压槽上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向有杆腔方向打通孔形成卸压孔，所述卸压孔与节流孔之间相互隔离，所述卸压槽靠近无杆腔一端设有倾斜坡度，至少两组卸压孔均布在活塞壁中，所述活塞设有至少两组径向方向均布的节流孔。
3.如权利要求1或2所述的水平模态试验吊挂装置，其特征在于所述气浮环安装板呈正方形，所述接近开关安装在气浮环安装板的四个角上。
4.如权利要求1或2所述的超低频模态试验重力平衡系统，其特征在于所述移动驱动机构包括丝杠螺母座、滚珠丝杆和电机，所述气浮环安装板的侧面通过丝杠螺母座与滚珠丝杆连接，所述滚珠丝杠通过轴承座安装在主机底座上，电机通过联轴器与滚珠丝杠连接。
5.如权利要求1或2所述的超低频模态试验重力平衡系统，其特征在于所述气浮平板下表面平整光滑，所述气浮平板上表面有加强肋。
6.如权利要求1所述的超低频模态试验重力平衡系统，其特征在于 所述卡绳组件包括卡绳底盘、穿绳半锥卡、锁紧卡、锁紧卡座，所述卡绳底盘与气浮平板中心固定，所述卡绳底盘中心有锥形通孔，所述卡绳底盘从中心锥形通孔沿径向开有条形槽，所述穿绳半锥卡有两只，所述两只穿绳半锥卡合在一起与卡绳底盘中心锥形通孔匹配，所述悬挂绳穿过穿绳半锥卡的中心锥形孔且穿绳半锥卡合拢时通过外锥面推力卡紧悬挂绳，所述锁紧卡座固定在卡绳底盘上，所述锁紧卡合拢穿绳半锥卡后插入锁紧卡座，所述锁紧卡另一端通过螺栓固定在卡绳底盘上。
全文摘要
超低频模态试验重力平衡系统，包括水平激励模态悬挂装置、垂直随动模态悬挂装置、安装底座、支架和移动调整座，所述水平激励模态悬挂装置安装在安装底座上，所述垂直随动模态悬挂装置通过支架安装在水平激励模态悬挂装置的上方,所述移动调整座安装在安装底座的下方；所述水平激励模态悬挂装置包括气浮环安装板、接近开关、气浮环、气浮平板和卡绳组件，所述垂直随动模态悬挂装置，包括机架、安装框架、移动横梁、导向杆、主杆、空气轴承、限位装置、激光位移传感器、负载传感器、气浮系统和磁动系统。本发明平面运动基本无约束的、无摩擦力和惯性力影响。
文档编号G01M7/02GK103063392SQ201210593849
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者孙建辉, 周海清, 单晓杭 申请人:浙江工业大学