氣浮磁動無摩擦懸吊裝置的製作方法
2023-05-23 07:47:01 3
專利名稱：氣浮磁動無摩擦懸吊裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於模態試驗設備領域，尤其涉及一種氣浮磁動無摩擦懸吊裝置。(二) 背景技術在航天及某些特殊要求試件的模態試驗時，必須有專門的低頻懸吊裝置模擬 試件的失重狀態，即通過特殊的懸掛系統來模擬其固支-自由或自由-自由邊界條 件。為了減少懸吊裝置對試件的附加剛度、附加質量及附加摩擦力與力矩的影響， 懸掛系統應滿足頻率準則和穩定性準則，即要求試件懸掛時，其剛體懸掛頻率應 低於試件本身彈性固有頻率的1/3~1/5。目前，國內進行超低頻試件模態試驗時，採用橡皮繩懸吊等方法，當試件的 基頻很低時，如小於0.1Hz時，懸吊高度達15米仍無法滿足頻率準則要求，而且 這時橡皮繩的附加質量、非線性影響也比較大，測試出來的結果誤差較大。由於 缺少必要的手段，對科研已產生了很大的影響，現有測試手段已不能適應研製的 需求o(三) 發明內容為了克服已有懸掛系統的在超低頻率時無法滿足頻率準則要求、附加質量、 非線性影響大、測量結果誤差大等不足,本實用新型提供一種在超低頻時也能滿足 頻率準則、附加質量足夠小、非線性影響小，測試精度高的氣浮磁動無摩擦懸吊 裝置。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，所述無摩擦懸吊裝置包括機架、安裝框架、 移動橫梁、導向杆、主杆、氣浮系統和磁動系統，所述氣浮系統包括兩個無摩擦氣缸、兩個相同的儲氣罐、無摩擦氣缸連接氣管、精密減壓閥；所述磁動系統包 括長行程動圈、激振器鐵芯；所述的機架中部固定有安裝框架，下部有機架下安 裝板；所述的安裝框架有頂板和底板，頂板上面安裝有兩個安裝導向杆的小空氣 軸承， 一個安裝主杆的大空氣軸承；底板的下方安裝有安裝主杆的大空氣軸承； 機架下安裝板的上方對稱地安裝有兩個無摩擦氣缸，無摩擦氣缸與儲氣罐間由與 氣缸內孔直徑相等的無摩擦氣缸連接氣管連接，壓縮氣源通過精密減壓閥連接儲 氣罐，無摩擦氣缸的活塞杆與移動橫梁通過連接鉸連接；移動橫梁由對稱的兩部 分組成，移動橫梁上安裝有主杆和兩根導向杆，所述的主杆的兩端安裝有限位板。進一步，長行程動圈的內孔可上下運動地套在激振器鐵芯上，激振器鐵芯安 裝在安裝框架的底板與頂板間，上下運動的長行程動圈與移動橫梁距離保持一致， 長行程動圈內孔與激振器鐵芯間的間隙一致。進一步，所述無摩擦懸吊裝置包括檢測傳感器系統，檢測傳感器系統包括氣 壓傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、長行程動圈力傳感器、負載力傳感器； 安裝在機架下安裝板上的氣壓傳感器與無摩擦氣缸內腔連接；位移傳感器活動部 件與固定在移動橫梁上的支架固定，位移傳感器的固定部件固定在安裝框架的頂 板上方；加速度傳感器固定在在移動橫梁側面的支架上；長行程動圈力傳感器一 面固定在移動橫梁的側面，另一面連接長行程動圈安裝支架；負載力傳感器一端 固定在主杆上，另一端連接懸掛鋼纜。本實用新型的技術構思為氣浮磁動無摩擦懸吊裝置由氣浮系統、磁動系統、 檢測傳感器系統、機架、安裝框架、移動橫梁、連接鉸、懸掛鋼纜、空氣軸承、 主杆、導向杆構成。氣浮系統又稱為被動子系統，磁動系統又稱為主動子系統。 氣浮系統由兩個對稱安裝的無摩擦氣缸、兩個相同的儲氣罐、無摩擦氣缸連接氣 管、精密減壓閥等構成。氣浮系統提供恆定的懸掛力以平衡試件的重力，懸掛力 的大小為作用在活塞上的氣壓和活塞面積的乘積。氣壓用精密減壓閥調節。由於 採用無摩擦氣缸一活塞裝置，使得活塞在氣缸的垂直方向的任何位置，空氣彈簧力總是和試件重力平衡。把氣缸通過大口徑的氣管連接到儲氣罐使得儲氣罐的容 積成為氣缸容積。這樣空氣彈簧的剛度變得非常小，同時保持承受大載荷試件的 能力。精密減壓閥使得氣缸的平均壓力穩定在設定值，間接地使無摩擦氣缸一活 塞的懸掛力穩定。主動子系統由定製的長行程動圈激振器和檢測傳感器系統及控制器等構成。 磁動系統根據檢測傳感器系統提供的信息在控制器控制下提供非接觸的電磁 力。以滿足懸吊裝置對微小力的各種需求。本實用新型的有益效果主要表現在1、由於採用無摩擦氣缸及空氣軸承， 可模擬試件的失重狀態，並且由於摩擦力相對其它影響振動試驗的動態約束力是 非線性和非重複性的，採用無摩擦氣缸及空氣軸承後摩擦阻力極小，因此不影響 振型測試；2、由於採用儲氣罐和無摩擦氣缸的壓縮空氣的氣彈簧，故彈簧剛度可 做得很小，以滿足0.1HZ以下頻率試件的振型測試；3、由於採用了磁動系統， 根據檢測傳感器系統提供的信息在控制器控制下可對隨動系統的附加質量進行抑 制，使其控制在600g以下成為可能，並且能調節懸掛高度和保持垂直方向中心位 置，補償壓力波動；4、由於在主杆的兩端安裝有限位板，可限制試件的運動行程， 並能起到安全防護作用；5、由於橫梁及主杆、導向杆均採用輕合金材料製造，主 杆和導向杆均採用空心結構，故可使運動件的質量控制在最小；6、由於大空氣軸 承、小空氣軸承均安裝在整體式安裝框架上，便於通過整體加工來保證軸承孔間 的同軸度及平行度要求。(四)
圖1是氣浮磁動無摩擦懸吊裝置的結構圖。 圖2是圖1的內部結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。參照圖1、圖2， 一種氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，所述無摩擦懸吊裝置包括機架l、安裝框架2、移動橫梁14、導向杆4、主杆7、氣浮系統和磁動系統，所述 氣浮系統包括兩個無摩擦氣缸17、兩個相同的儲氣罐19、無摩擦氣缸連接氣管 18、精密減壓閥20;所述磁動系統包括長行程音頻動圈9、激振器鐵芯8;所述 的機架l中部固定有安裝框架2，下部有機架下安裝板22;所述的安裝框架2有 頂板和底板，頂板上面安裝有兩個安裝導向杆4的小空氣軸承3， 一個安裝主杆7 的大空氣軸承5;底板的下方安裝有安裝主杆的大空氣軸承；機架下安裝板22的 上方對稱地安裝有兩個無摩擦氣缸17，無摩擦氣缸17與儲氣罐間19由與氣缸內 孔直徑相等的無摩擦氣缸連接氣管18連接，壓縮氣源通過精密減壓閥20連接儲 氣罐19，無摩擦氣缸19的活塞杆16與移動橫梁14通過連接鉸15連接；移動橫 梁14由對稱的兩部分組成，移動橫梁14上安裝有主杆7和兩根導向杆4，兩根 導向杆4位於主杆7的兩側，所述的主杆7的兩端安裝有限位板。主杆7和導向 杆3均為空心管，移動橫梁14、主杆7和導向杆3由輕合金材料製造。長行程音頻動圈9的內孔可上下運動地套在激振器鐵芯8上，激振器鐵芯8 安裝在安裝框架2的底板與頂板間，上下運動的長行程音頻動圈9與移動橫梁14 距離保持一致，長行程音頻動圈9內孔與激振器鐵芯8間的間隙一致。所述無摩擦懸吊裝置包括檢測傳感器系統，檢測傳感器系統包括氣壓傳感器 11、位移傳感器6、加速度傳感器13、長行程動圈力傳感器10、負載力傳感器12; 氣壓傳感器11與無摩擦氣缸17內腔連接；位移傳感器6活動部件與固定在移動 橫梁14上的支架固定，位移傳感器6的固定部件固定在安裝框架的頂板上；加速 度傳感器13固定在在移動橫梁14側面的支架上；長行程動圈力傳感器10 —面固 定在移動橫梁14的側面，另一面連接長行程動圈9的安裝支架；負載力傳感器 12—端固定在主杆7上，另一端連接懸掛鋼纜21。本實施例的工作過程為在測試前，先將大、小空氣軸承通入壓縮空氣，使空氣軸承內孔與導向杆4及主杆7間形成有剛度的氣膜，從而使導向杆4及主杆7在 運動時摩擦力基本為0，然後在鋼纜21上懸掛被測試件，接著通過精密減壓閥20向儲氣罐19通入壓縮空氣，儲氣罐內的壓縮空氣通過與氣缸內孔直徑相等的無摩擦氣 缸連接氣管18進入無摩擦氣缸17，氣缸內壓縮空氣對無摩擦氣缸活塞的壓力通過活 塞杆16、連接鉸15、移動橫梁14、主杆7、負載力傳感器12、懸掛鋼纜21作用於 被測試件；調整精密減壓閥20，使無摩擦氣缸內壓力與被測試件及氣浮磁動無摩擦 懸吊裝置的隨動部件重力平衡時，通過控制系統調整磁動系統長行程動圈9內電流， 使被測試件處于振動平衡中心位置；由於移動橫梁14上的安裝在小空氣軸承3內的 兩個導向杆4限制了移動橫梁14隻能做上下平動，而不能轉動，長行程動圈9通過 長行程動圈安裝支架、長行程動圈力傳感器10固定在移動橫梁14的側面，因而只 要保證激振器鐵芯8安裝時與移動橫梁14的側面平行，就能保證在運動中長行程動 圈內孔與激振器鐵芯間的間隙即磁隙始終保持一致；當被測試件受到外界強迫激振 力時，由於氣浮系統提供的力始終等於重力，所以可模擬失重狀態，而被測試件懸 掛在懸掛鋼纜21下，所以可做三個自由度的自由-自由邊界條件下的運動，進行被測 試件的振型測試；檢測傳感器系統包括氣壓傳感器11、位移傳感器6、加速度傳感 器13、長行程動圈力傳感器IO、負載力傳感器12;在測試過程中，分別向控制系統 提供氣浮磁動無摩擦懸吊裝置隨動部件的位移和加速度信息、無摩擦氣缸內氣壓波 動信息、被測試件受力信息及長行程動圈作用於隨動部件的作用力信息，以便對長 行程動圈9的電流進行調整，提供合適的電磁力。
權利要求1、一種氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，其特徵在於所述無摩擦懸吊裝置包括機架、安裝框架、移動橫梁、導向杆、主杆、氣浮系統和磁動系統，所述氣浮系統包括兩個無摩擦氣缸、兩個相同的儲氣罐、無摩擦氣缸連接氣管、精密減壓閥；所述磁動系統包括長行程動圈、激振器鐵芯；所述的機架中部固定有安裝框架，下部有機架下安裝板；所述的安裝框架有頂板和底板，頂板上面安裝有兩個安裝導向杆的小空氣軸承，一個安裝主杆的大空氣軸承；底板的下方安裝有安裝主杆的大空氣軸承；機架下安裝板的上方對稱地安裝有兩個無摩擦氣缸，無摩擦氣缸與儲氣罐間由與氣缸內孔直徑相等的無摩擦氣缸連接氣管連接，壓縮氣源通過精密減壓閥連接儲氣罐，無摩擦氣缸的活塞杆與移動橫梁通過連接鉸連接；移動橫梁由對稱的兩部分組成，移動橫梁上安裝有主杆和兩根導向杆，所述的主杆的兩端安裝有限位板。
2、 如權利要求1所述的氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，其特徵在於長行程動圈的內 孔可上下運動地套在激振器鐵芯上，激振器鐵芯安裝在安裝框架的底板與頂板間， 上下運動的長行程動圈與移動橫梁距離保持一致，長行程動圈內孔與激振器鐵芯 間的間隙一致。
3、 如權利要求1或2所述的氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，其特徵在於所述無摩擦 懸吊裝置還包括檢測傳感器系統，檢測傳感器系統包括氣壓傳感器、位移傳感器、 加速度傳感器、長行程動圈力傳感器、負載力傳感器；安裝在機架下安裝板上的 氣壓傳感器與無摩擦氣缸內腔連接；位移傳感器活動部件與固定在移動橫梁上的 支架固定，位移傳感器的固定部件固定在安裝框架的頂板上方；加速度傳感器固 定在在移動橫梁側面的支架上;長行程動圈力傳感器一面固定在移動橫梁的側面， 另一面連接長行程動圈安裝支架；負載力傳感器一端固定在主杆上，另一端連接 懸掛鋼纜。
專利摘要一種氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，包括機架、安裝框架、移動橫梁、導向杆、主杆、氣浮系統和磁動系統，氣浮系統包括兩個無摩擦氣缸、兩個儲氣罐；磁動系統包括長行程動圈、激振器鐵芯；機架中部固定有安裝框架，下部有機架下安裝板；安裝框架有頂板和底板，頂板上面安裝有兩個安裝導向杆的小空氣軸承，一個安裝主杆的大空氣軸承；底板的下方安裝有安裝主杆的大空氣軸承；機架下安裝板的上方對稱地安裝有兩個無摩擦氣缸，無摩擦氣缸的活塞杆與移動橫梁通過連接鉸連接；移動橫梁由對稱的兩部分組成，移動橫梁上安裝有主杆和兩根導向杆，主杆的兩端安裝有限位板。本實用新型在超低頻時也能滿足頻率準則、附加質量足夠小、非線性影響小，測試精度高。
文檔編號G01M99/00GK201096632SQ200720115289
公開日2008年8月6日 申請日期2007年9月21日 優先權日2007年9月21日
發明者單曉杭, 孫建輝, 王楊渝, 趙國軍, 鄭欣榮 申請人:浙江工業大學