[發明專利]超低頻模態試驗重力平衡系統

有效

• 申請號: 201210593849.5
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103063392A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 孫建輝;周海清;單曉杭
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 趙芳;朱萍

技術領域

本發明涉及一種模態試驗裝置，尤其是一種超低頻模態試驗裝置。

背景技術

隨著航天航空技術的飛速發展，低頻、超低頻模態測試分析的需求日益增多。為了使航天器設計時有準確的模態參數可供參考，以避免引起共振等不必要的錯誤，必須對航天器進行模態分析試驗。模態分析試驗在對結構件進行激振激勵的試驗的基礎上來測試結構體包括航天器結構的動態特性、固有頻率、模態振型和阻尼、廣義質量、廣義剛度等。

失重是太空環境的一個主要特征。這就引出了模擬失重環境下對結構件動態試驗的經典問題。負載的重力由懸掛系統懸掛力進行平衡，并且要求在懸掛力的作用點處不能引入較大的動態約束力。這些動態約束力一般是由懸吊裝置的剛度、附加質量、摩擦力或系統振動模態等因素引起，這樣會改變試件的模態振型。能滿足這種精確模擬的條件稱之為自由-自由邊界條件。

對于垂直方向上的模態測試試驗，懸吊裝置垂直方向上的剛體運動頻率要低于試件基頻一個數量級是一個得到普遍認可的原則。一般而言，當試件基頻大于20Hz時，將試件懸吊在簡單的線性彈簧上即可以滿足要求，自由-自由邊界條件輕易就獲得。但是當試件的基頻接近或低于1Hz時，懸掛問題就變得極富有挑戰性。懸吊裝置的動態約束力遠小于試件剛度和慣性而產生的力是自由-自由邊界條件獲得的基礎。

目前，美國CSA工程公司已經成型的模態試驗懸掛系統型號為60350-DA，該系統最大懸掛質量621磅，垂直懸吊頻率為0.1Hz，該系統已被美國NASA蘭利等研究中心所用。國內改為自行研制模態裝置系統，申請號為200710071515.0的“氣浮磁動無摩擦懸吊裝置”公布了一種能滿足頻率準則、附加質量足夠小、非線性影響小、測試精度高的垂直方向模態懸吊裝置，申請號為201020214510.6的“超低頻模態試驗懸掛系統”做了進一步改進，公布了一種全數字式控制、提高工作頻率、提升控制精度，并降低附加部件對模態試驗的影響的超低頻模態試驗懸掛系統。該系統的核心部分是無摩擦氣缸活塞。與一般的空氣軸承不同，無摩擦氣缸活塞的工作間隙比普通的空氣軸承要大，所以氣體的泄漏流量相對就會較大，使得無摩擦氣缸的穩定性難以控制，高精度氣壓控制設計的難度增加。對于普通氣浮軸承而言，氣體的流經方向都是從節流孔進入，從間隙的兩端流到大氣環境，但無摩擦氣缸活塞的進氣口包括活塞表面節流孔、活塞底端缸壁與活塞的間隙?；钊纳隙嗣媾c缸壁間的間隙為氣體的出口方向，這樣的工作形式就導致活塞的下半部分（也屬于高壓腔部分）的壓強比上半部分高，在活塞運動過程中產生偏心或傾向時，使得大間隙一側的節流孔失去作用，從而不能形成有效地抗側向能力。另外，由于在軸向上布置有多排孔，軸向上節流孔節流后的氣體壓強不同，使得氣壓在軸向上分布不均，存在一定的設計缺陷。

對于水平方向上的模態試驗，自由-自由邊界條件的主要約束為摩擦力、附加質量的慣性影響和鐘擺效應，懸掛裝置須平衡被測對象重力，達到平面跟隨運動基本無約束。目前還沒有成熟的水平模態試驗懸掛裝置。

發明內容

為了克服已有模態試驗裝置的無法實現水平方向模態測試、氣浮裝置設計的不足，本發明提供一種平面運動基本無約束的、無摩擦力和慣性力影響的超低頻模態試驗重力平衡系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：?

一種超低頻模態試驗重力平衡系統，包括水平激勵模態懸掛裝置、垂直隨動模態懸掛裝置、安裝底座、支架和移動調整座，所述水平激勵模態懸掛裝置安裝在安裝底座上，所述垂直隨動模態懸掛裝置通過支架安裝在水平激勵模態懸掛裝置的上方,所述移動調整座安裝在安裝底座的下方；

所述水平激勵模態懸掛裝置包括氣浮環安裝板、接近開關、氣浮環、氣浮平板、卡繩組件、減負掛柱、線型導軌、線性滑軌、導軌滑塊、彈簧秤、槽鋼、主機底座和激光位移傳感器，所述氣浮環固定在氣浮環安裝板上，所述氣浮環安裝板上安裝接近開關，所述氣浮環安裝板兩側安裝減負掛柱，所述氣浮環安裝板沿直線導軌方向的兩側中心處安裝激光位移傳感器，所述氣浮平板放置在氣浮環的正上方，所述氣浮環安裝板底部與導軌滑塊固定，所述導軌滑塊可在線型導軌上滑動，所述線型導軌固定在主機底座上，所述氣浮環安裝板側面與用以帶動氣浮環安裝板移動的移動驅動機構連接；