一種角振動臺的製作方法
2024-03-09 20:19:15
本發明涉及振動測試設備，具體涉及一種角振動臺。
背景技術：
角振動臺是對慣性器件和導航設備的動態性能、抗角振動幹擾能力進行測試的關鍵測試設備。隨著慣性器件和導航設備的動態性能和精度的不斷提高，對要求角振動臺的要求也在不斷提高，需要角振動臺的激振頻率更高、行程更大、波形失真更小。柔性鉸鏈具有無間隙和摩擦、無需潤滑、無磨損等優點，音圈電機具有結構簡單、精度高、響應快等優點，將二者相結合，設計一種基於柔性鉸鏈和音圈電機的精密角振動臺，能夠滿足高精度、寬頻帶角振動激勵的需要，是實現精密角振動臺的重要思路。現有的基於柔性鉸鏈和音圈電機的角振動臺大多是通過剛性部件直接連接音圈電機和臺面，存在音圈電機負載大、位移執行精度低的問題；此外，還存在軸向剛度低、承載能力差的問題，以及由於臺面與旋轉軸線平行，導致存在使用時被測件轉動軸線與角振動臺旋轉軸線對準困難、被測件尺寸受限等問題。例如公告號為CN201600231U的中國專利就提出了一種基於柔性鉸鏈機構的角振動測試臺，該角振動測試臺包括底座以及固定於底座上的兩個音圈電機、柔性鉸鏈機構和振動測試工作檯,兩個音圈電機對稱布置於柔性鉸鏈機構的兩側,所述振動測試工作檯支承於柔性鉸鏈機構上,所述音圈電機的輸出端與振動測試工作檯底部相連。該角振動測試臺的音圈電機的輸出端通過連接架與振動測試工作檯底部相連，導致了該角振動測試臺也存在上述的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提出一種運行穩定、測試精度高、載物臺的旋轉軸線與載物臺垂直、在載物臺的旋轉軸線方向上的剛度高的角振動臺。
本發明所述的一種角振動臺，包括座體、位於所述座體前側的旋轉支撐件和固定連接在所述旋轉支撐件上的載物臺；所述旋轉支撐件的右部和所述座體之間通過一個第一柔性鉸鏈相連，所述第一柔性鉸鏈的旋轉軸線沿上下方向設置；所述旋轉支撐件的左部和所述座體之間設有連接塊，所述連接塊和所述旋轉支撐件的左部之間通過一個柔性傳動結構相連，所述連接塊和所述座體之間通過一個導向機構相連；所述柔性傳動結構上設有第二柔性鉸鏈，所述第二柔性鉸鏈的旋轉軸線沿上下方向設置；所述導向機構為左右對稱結構，所述導向機構包括兩個第一連接臂和兩個分別位於所述連接塊的左側和右側的側臂，兩個所述側臂均與所述座體相連，每個所述側臂遠離所述座體的一側和所述連接塊之間通過一個所述第一連接臂相連，所述第一連接臂上均設有旋轉軸線沿上下方向設置的第三柔性鉸鏈，所述側臂上均設有旋轉軸線沿上下方向設置的第五柔性鉸鏈；所述座體上固定安裝有音圈執行器，所述音圈執行器的輸出端與所述連接塊固定連接，所述音圈執行器通過所述柔性傳動結構驅動所述旋轉支撐件繞所述第一柔性鉸鏈的旋轉軸線做定軸旋轉運動；所述載物臺的上表面垂直於所述第一柔性鉸鏈的旋轉軸線。
進一步，所述側臂和所述第一連接臂之間通過一個旋轉軸線沿上下方向設置的第四柔性鉸鏈相連，所述第一連接臂上設有一個所述第三柔性鉸鏈，所述第一連接臂通過所述第三柔性鉸鏈與所述連接塊相連。
進一步，兩個所述側臂和兩個所述第一連接臂均呈片狀。
進一步，所述柔性傳動結構包括第二連接臂和兩個所述第二柔性鉸鏈，所述第二連接臂為剛性件，所述第二連接臂和所述旋轉支撐件之間通過一個所述第二柔性鉸鏈相連，所述第二連接臂和所述連接塊之間通過另一個所述第二柔性鉸鏈相連。
進一步，所述旋轉支撐件包括連接杆和固定連接在所述連接杆右端的支撐塊，所述連接杆的左端部與所述柔性傳動結構相連，所述支撐塊上設有開口朝後的凹槽，所述凹槽沿上下方向貫穿所述支撐塊，所述座體上設有向前凸出於所述座體的前側壁的凸出部，所述凸出部伸入所述凹槽中，所述第一柔性鉸鏈設置在所述凸出部的前側壁和所述凹槽的底壁之間，所述凹槽的兩個側壁和所述凸出部之間均具有間隙，所述載物臺固定連接在所述支撐塊的上端。
進一步，所述座體上設有用於容納所述音圈執行器的安裝槽，所述安裝槽的開口朝前設置，且所述安裝槽沿上下方向貫穿所述座體，兩個所述側臂分別位於所述安裝槽左側和右側。
進一步，所述座體上安裝有用於檢測所述旋轉支撐件位置變化的電容傳感器。
進一步，所述載物臺為旋轉對稱結構，所述載物臺的旋轉中心線與所述第一柔性鉸鏈的旋轉軸線共線。
進一步，所述第一柔性鉸鏈為長條形的雙邊直圓柔性鉸鏈，所述第一柔性鉸鏈的長度方向為上下方向。
進一步，所述座體、所述第一柔性鉸鏈、所述旋轉支撐件、所述柔性傳動結構和所述導向機構一體成型。
本發明具有以下優點：
1．本發明所述的角振動臺採用柔性鉸鏈來構成第一柔性鉸鏈、導向機構和柔性傳動結構，具有轉動準確、無空回、無磨損、無間隙等優點，有利於角振動臺的控制，並且保證了測試過程中第一柔性鉸鏈的旋轉軸線跳動小，具有運行穩定，測試精度高的優點；
2．本發明所述的角振動臺的座體、第一柔性鉸鏈、旋轉支撐件、柔性傳動結構和導向機構一體成型，並且通過合理設置它們的結構，只需要通過一次裝夾便可進行慢走絲精加工而成，具有結構緊湊、易於加工、加工精度高、無需組裝、生產成本低等優點；
3．第一柔性鉸鏈為長條形的雙邊直圓柔性鉸鏈，並儘可能採用較小的厚度，保證了角振動臺軸向剛度高、轉動軸線固定的同時，使得第一柔性鉸鏈不容易疲勞斷裂，提高了其使用壽命；
4．通過第一柔性鉸鏈的旋轉軸線與載物臺的上表面垂直的設計，使用時易於將測試件的轉動軸線與載物臺的旋轉軸線對準，便於對大型測試件的測試。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的爆炸圖；
圖3為本發明的後視圖；
圖4為本發明的仰視圖；
圖5為圖4中的B-B剖視圖；
圖6為圖4中A部分的放大視圖；
圖7為本發明中導向機構和柔性傳動結構的結構示意圖。
圖中：1—座體；2—安裝槽；3—音圈執行器；4—連接塊；5—第一連接臂；6—側臂；7—第二連接臂；8—連接杆；9—支撐塊；10—載物臺；11—臺階孔；12—中心孔；13—凸出部；14—第一安裝孔；15—基板；16—極板；17—第二安裝孔；18—第三安裝孔；19—第四安裝孔；20—定子；21—動子；22—第五安裝孔；23—第一柔性鉸鏈；24—凹槽；25—電子艙；26—第二柔性鉸鏈；27—第三柔性鉸鏈；28—第四柔性鉸鏈；29—第五柔性鉸鏈；30—安裝座。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖1-圖4所示的一種角振動臺，包括座體1、位於座體1前側的旋轉支撐件和固定連接在旋轉支撐件上的載物臺10；旋轉支撐件的右部和座體1之間通過一個第一柔性鉸鏈23相連，第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線沿上下方向設置；旋轉支撐件的左部和座體1之間設有連接塊4，連接塊4和旋轉支撐件的左部之間通過一個柔性傳動結構相連，連接塊4和座體1之間通過一個導向機構相連；座體1上固定安裝有音圈執行器3，音圈執行器3的輸出端與連接塊4固定連接，音圈執行器3通過柔性傳動結構驅動旋轉支撐件繞第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線做定軸旋轉運動；載物臺10的上表面垂直於第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線。由於載物臺10的上表面垂直於第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線，被測件的安裝在載物臺10的上表面，與現有的基於柔性鉸鏈和音圈電機的角振動臺相比，能夠保證被測件轉動軸線與載物臺10的旋轉軸線的對準，便於對大型測試件的高精度測試。具體的，上述的音圈執行器3由定子20和動子21構成，動子21作為音圈執行器3的輸出端，定子20固定安裝在座體1上，動子21上設有第五安裝孔22，連接塊4上設有與第五安裝孔22相對應的第三安裝孔18，螺釘穿過第三安裝孔18與第五安裝孔22配合，以將動子21和連接塊4固定連接在一起。採用音圈執行器3能夠實現寬頻帶的角振動激勵。
進一步，載物臺10為旋轉對稱結構，載物臺10的旋轉中心線與第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線共線，採用上述結構，確保了載物臺10的轉動十分穩定，保證了測試精度。進一步，在載物臺10的中心設置有中心孔12，方便定位和安裝被測件。
如圖7所示，柔性傳動結構上設有第二柔性鉸鏈26，第二柔性鉸鏈26的旋轉軸線沿上下方向設置，利用第二柔性鉸鏈26的變形，能夠減少對第一柔性鉸鏈23在音圈執行器3軸線方向上的拉扯，確保了第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線的穩定性，使得第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線的跳動量小，使得角振動臺在測試過程中運行穩定且具有測試精度高的優點。作為一種優選，為了進一步減少對第一柔性鉸鏈23在音圈執行器3軸線方向上的拉扯，柔性傳動結構包括第二連接臂7和兩個第二柔性鉸鏈26，第二連接臂7為剛性件，第二連接臂7和旋轉支撐件之間通過一個第二柔性鉸鏈26相連，第二連接臂7和連接塊4之間通過另一個第二柔性鉸鏈26相連。
如圖7所示，導向機構為左右對稱結構，導向機構包括兩個第一連接臂5和兩個分別位於連接塊4的左側和右側的側臂6，兩個側臂6均與座體1相連，每個側臂6遠離座體1的一側和連接塊4之間通過一個第一連接臂5相連，第一連接臂5上均設有旋轉軸線沿上下方向設置的第三柔性鉸鏈27，側臂6上均設有旋轉軸線沿上下方向設置的第五柔性鉸鏈29。採用上述結構，能夠提高對音圈執行器3的輸出端的導向精度，該導向機構通過旋轉軸線沿上下方向設置的第三柔性鉸鏈27、第五柔性鉸鏈29來實現柔性變形，導向機構的其他部分具有較大的剛度，因此導向機構在音圈執行器3的軸線方向上具有較小的剛度，而在上下方向上具有較高的剛度，所以能夠提高對音圈執行器3的輸出端的導向精度，從而提升角振動臺運行的穩定性和測試的精度，並且這種結構的導向機構能夠通過慢走絲加工的方式加工而成，具有運動行程大、導向性好、易於加工等優點。
作為一種改進，如圖7所示，側臂6和第一連接臂5之間通過一個旋轉軸線沿上下方向設置的第四柔性鉸鏈28相連，第一連接臂5上設有一個第三柔性鉸鏈27，第一連接臂5通過第三柔性鉸鏈27與連接塊4相連，設置第四柔性鉸鏈28能夠增大導向機構的運動行程，並且進一步減小導向機構在音圈執行器3的軸線方向上的剛度。作為一種優選，側臂6和第一連接臂5之間的夾角為銳角，導向機構為呈M形。作為一種優選，兩個側臂6和兩個第一連接臂5均呈片狀。上述的第二柔性鉸鏈26、第三柔性鉸鏈27、第四柔性鉸鏈28和第五柔性鉸鏈29均為單自由度柔性鉸鏈。
作為一種優選，如圖2所示，座體1上設有用於容納音圈執行器3的安裝槽2，安裝槽2的開口朝前設置，且安裝槽2沿上下方向貫穿座體1，兩個側臂6分別位於安裝槽2左側和右側，這種結構的安裝槽2能夠通過慢走絲加工的方式加工而成，具有加工方便的優點。在實際配置時，安裝槽2的底部設置有用於固定安裝音圈執行器3的第四安裝孔19。
作為一種優選，如圖4-圖6所示，旋轉支撐件包括連接杆8和固定連接在連接杆8右端的支撐塊9，連接杆8的左端部與柔性傳動結構相連，支撐塊9上設有開口朝後的凹槽24，凹槽24沿上下方向貫穿支撐塊9，座體1上設有向前凸出於座體1的前側壁的凸出部13，凸出部13伸入凹槽24中，第一柔性鉸鏈23設置在凸出部13的前側壁和凹槽24的底壁之間，凹槽24的兩個側壁和凸出部13之間均具有間隙，載物臺10固定連接在支撐塊9的上端。採用上述結構，使得旋轉支撐件的重心與第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線之間的間距減小，以維持第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線的位置的穩定，並減小旋轉支撐件的旋轉對第一柔性鉸鏈23的影響，從而保證角振動臺穩定的運行，提升角振動臺的測試精度。在實際配置時，如圖2所示，支撐塊9的上端面設有數個第一安裝孔14，載物臺10上設有數個與第一安裝孔14對應的臺階孔11，通過與臺階孔11、第一安裝孔14配合的螺栓能夠將載物臺10穩固的安裝在支撐塊9上，由於第一柔性鉸鏈23位於凹槽24內，使得在確保載物臺10的中心與第一柔性鉸鏈23的旋轉軸線共線的同時支撐塊9的上端面能夠對載物臺10形成良好的支撐。並且這種結構的旋轉支撐件還具有重量輕的優點。
作為一種優選，如圖5和圖6所示，為了提高角振動臺的執行精度，第一柔性鉸鏈23為長條形的雙邊直圓柔性鉸鏈，第一柔性鉸鏈23的長度方向為上下方向。雙邊直圓柔性鉸鏈的旋轉軸線固定，角振動時其旋轉軸線的跳動量小，其在上下方向上具有較高的剛度，提高了角振動臺的承載能力。在一個方案中，突出部13呈長條形，其長度方向為上下方向，支撐塊9為長方體形，其長度方向也為上下方向，且支撐塊9的上端在上下方向上高於座體1的上表面。
進一步，為了簡化加工、減少裝配，保證角振動臺的執行精度，上述的座體1、第一柔性鉸鏈23、旋轉支撐件、柔性傳動結構和導向機構一體成型。由於其中各處柔性鉸鏈的旋轉軸線均為上下方向設置，因此在加工時只需要進行一次裝夾定位即可，加工方式可以選取慢走絲精加工的方式。
進一步，如圖2所示，為了提高測量精度和為反饋控制提供準確的角位移信息，座體1上安裝有用於檢測旋轉支撐件位置變化的電容傳感器；作為一種優選，電容傳感器採用兩組由基板15和設置在基板15上的兩片極板16構成，座體1上設有用於安裝基板15的第二安裝孔17，基板15通過螺釘和第二安裝孔17安裝在座體1上，兩塊基板15分別位於第一柔性鉸鏈23的左側和右側，且使得極板16面向旋轉支撐件，構成差動式結構。如圖3和圖5所示，為了保證信號處理的準確性，需要儘可能減小電容傳感器的前端信號處理電路板設置和電容傳感器之間的距離，在座體1上開設有用於容納前端信號處理電路板的電子艙25。為了方便固定座體1，座體1的底部設有安裝座30，安裝座30上設有安裝孔。