[實用新型]超低頻模態(tài)試驗重力平衡系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220749559.0
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN203178051U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 袁巧玲;周丹鋒;孫建輝;周海清;單曉杭
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)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(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種模態(tài)試驗裝置，尤其是一種超低頻模態(tài)試驗裝置。

背景技術(shù)

隨著航天航空技術(shù)的飛速發(fā)展，低頻、超低頻模態(tài)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(tài)參數(shù)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(tài)分析試驗。模態(tài)分析試驗在對結(jié)構(gòu)件進行激振激勵的試驗的基礎上來測試結(jié)構(gòu)體包括航天器結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性、固有頻率、模態(tài)振型和阻尼、廣義質(zhì)量、廣義剛度等。

失重是太空環(huán)境的一個主要特征。這就引出了模擬失重環(huán)境下對結(jié)構(gòu)件動態(tài)試驗的經(jīng)典問題。負載的重力由懸掛系統(tǒng)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(tài)約束力。這些動態(tài)約束力一般是由懸吊裝置的剛度、附加質(zhì)量、摩擦力或系統(tǒng)振動模態(tài)等因素引起，這樣會改變試件的模態(tài)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(tài)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(shù)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(zhàn)性。懸吊裝置的動態(tài)約束力遠小于試件剛度和慣性而產(chǎn)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(jīng)成型的模態(tài)試驗懸掛系統(tǒng)型號為60350-DA，該系統(tǒng)最大懸掛質(zhì)量621磅，垂直懸吊頻率為0.1Hz，該系統(tǒng)已被美國NASA蘭利等研究中心所用。國內(nèi)改為自行研制模態(tài)裝置系統(tǒng)，申請?zhí)枮?00710071515.0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(zhì)量足夠小、非線性影響小、測試精度高的垂直方向模態(tài)懸吊裝置，申請?zhí)枮?01020214510.6的“超低頻模態(tài)試驗懸掛系統(tǒng)”做了進一步改進，公布了一種全數(shù)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(tài)試驗的影響的超低頻模態(tài)試驗懸掛系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(wěn)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(jīng)方向都是從節(jié)流孔進入，從間隙的兩端流到大氣環(huán)境，但無摩擦氣缸活塞的進氣口包括活塞表面節(jié)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(chǎn)生偏心或傾向時，使得大間隙一側(cè)的節(jié)流孔失去作用，從而不能形成有效地抗側(cè)向能力。另外，由于在軸向上布置有多排孔，軸向上節(jié)流孔節(jié)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(tài)試驗，自由-自由邊界條件的主要約束為摩擦力、附加質(zhì)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(tài)試驗懸掛裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有模態(tài)試驗裝置的無法實現(xiàn)水平方向模態(tài)測試、氣浮裝置設計的不足，本實用新型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(tài)試驗重力平衡系統(tǒng)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：?

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

所述水平激勵模態(tài)懸掛裝置包括氣浮環(huán)安裝板、接近開關(guān)、氣浮環(huán)、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(huán)固定在氣浮環(huán)安裝板上，所述氣浮環(huán)安裝板上安裝接近開關(guān)，所述氣浮環(huán)安裝板兩側(cè)安裝減負掛柱，所述氣浮環(huán)安裝板沿直線導軌方向的兩側(cè)中心處安裝激光位移傳感器，所述氣浮平板放置在氣浮環(huán)的正上方，所述氣浮環(huán)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(huán)安裝板側(cè)面與用以帶動氣浮環(huán)安裝板移動的移動驅(qū)動機構(gòu)連接；