振动离心复合环境模拟转臂系统的制作方法

 2021-06-26  244人浏览  鱼爪网

1.本发明涉及航天器离心模拟领域,具体来说是振动离心复合环境模拟转臂系统。背景技术:2.离心振动复合环境模拟设备,对航空航天器进行过载和振动复合载荷环境模拟,用来考核结构的承载能力及设备的稳定性。也可拓展用于土工模型试验,利用离心场的缩尺效应进行地震相关的土工模型试验与评估。3.航天器工作最严酷的环境出现在发射阶段和返回再入阶段,这两个阶段最典型的环境条件是高加速度、振动、温度、气压、噪声复合环境,这5个因素是造成航天器结构及其零部件失效的重要因素。航天器典型的飞行过程中一般有冲击、随机振动、正弦扫描等工况,其振动特点是响应所包络的频区很宽,约20~2000hz。4.振动离心复合环境模拟设备,在离心机转臂末端安装一台顺臂向的电动振动台。利用高速旋转产生离心力模拟过载加速度,利用电动振动台产生20~2000hz的高频振动。5.目前,基于离心机平台的振动离心复合环境模拟设备仅定位为振动离心复合试验,主要针对振动离心复合实验。然而对于仅需要静力的试验,要么使振动台不运动,仍旧将试验安装在振动台上,但是由于振动台自身占据了很大一部分离心机负载容量留给负载的容量很小,同时受限于安装空间,使得静力试验只能针对小试件,也背离了振动离心复合环境模拟设备初衷。要么将振动台拆下,再安装静力试验的工装,然而由于振动台安装的精度要求非常高,这样导致更换调节时间特别长,耽误试验进程。因此,目前的基于离心机平台的振动离心复合环境模拟设备不易满足多种功能试验的需求的技术问题。技术实现要素:6.鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于:提供振动离心复合环境模拟转臂系统,解决了现有技术中存在的技术问题,如:不易满足多种功能试验的需求的技术问题。7.为实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:8.振动离心复合环境模拟转臂系统,包括振动台系统、转臂系统、转臂支承系统、配重系统、实验舱系统和传动支承系统,所述转臂系统滑动连接所述转臂支承系统,所述转臂支承系统连接所述传动支承系统,所述传动支承系统用于驱动所述转臂支承系统转动,所述转臂系统的滑动方向与所述转臂支承系统的转动轴心垂直,所述实验舱系统和所述振动台系统分别设置于所述转臂系统的两端,所述实验舱系统用于对安装在其上的试件进行静力实验,所述振动台系统用于振动安装在其上的试件,所述配重系统安装在所述转臂系统上,所述配重系统用于使所述转臂系统、所述实验舱系统以及所述振动台系统三者形成的重心与所述转臂支承系统的转动轴心重合。9.进一步的,所述转臂支承系统包括壳体和滚子,所述壳体为中空结构,所述转臂系统的中部滑动地设置于所述壳体的中空部内,所述壳体内壁与所述转臂系统侧面之间设有若干所述滚子,所述滚子分别与所述壳体和所述转臂系统抵接。10.进一步的,所述壳体四个侧面均设有若干方孔,若干所述方孔的端面均设有一个所述滚子,所述压块设置于所述方孔内,所述压块一端端部通过螺钉连接所述壳体远离所述转臂系统的一侧,所述压块另一端抵接一个所述滚子;11.所述壳体包括盖板、支撑体、侧板和压块,所述支撑体设置于所述转臂系统底部,所述盖板设置于所述转臂系统顶部,所述支撑体底部连接所述传动支承系统,所述支撑体两侧均通过螺钉连接有所述侧板,所述侧板顶部通过螺钉连接所述盖板侧面。12.进一步的,所述转臂系统包括转臂和不平衡力测量装置,所述转臂滑动地设置于所述壳体的中空部分内,所述不平衡力测量装置固定设置在所述转臂上,所述转臂支承系统的两侧均设置有所述不平衡力测量装置,所述不平衡力测量装置用于检测所述转臂的微位移。13.进一步的,所述振动台系统包括振动台、夹具和静压轴承,所述转臂系统一端设有安装腔,所述夹具设置于所述安装腔内且通过螺钉连接所述振动台的台面,所述振动台安装在所述转臂系统上,所述夹具用于安装试件,所述振动台用于振动所述夹具,所述静压轴承通过螺钉分别连接所述夹具和所述转臂系统。14.进一步的,所述配重系统包括固定配重块、活动配重块和配重安装底板,所述固定配重块通过螺钉安装在所述转臂系统上,所述固定配重块顶部设有配重槽,所述配重安装底板和所述活动配重块均设置于所述配重槽内,所述配重安装底板上设有拉杆,所述拉杆贯穿所述活动配重块,所述活动配重块设置于所述配重安装底板上,所述活动配重块设有若干个。15.进一步的,所述实验舱系统包括实验舱、配重支承架和第二活动配重块,所述实验舱转动连接所述转臂系统的端部,所述实验舱内部用于放置试件,其顶部设有开口,所述实验舱开口端面通过螺钉连接所述配重支承架,所述配重支承架顶部设有凹槽,所述凹槽内设有若干个所述第二活动配重块。16.进一步的,所述实验舱包括中段舱、下锥法兰和上锥法兰,所述中段舱转动连接所述转臂系统的端部,所述中段舱上端通过螺钉连接所述上锥法兰,所述中段舱下端通过螺钉连接所述下锥法兰,所述上锥法兰和所述下锥法兰用于螺钉连接试件。17.本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:18.1、转臂系统的两端安装有实验舱系统和振动台系统,可进行大小试件的静力实验。具有试验件的两个安装工作平台,可同时进行静力实验与过载振动复合实验,也可开展独立试验,实现振动离心复合环境实现大尺寸、大质量试件的静力试验要求,达到了单台离心设备同时展开静力实验和过载振动复合实验的有益效果。19.2、通过转臂支承系统两侧设置的不平衡力测量装置,可以检测得出转臂系统的位移量,据此可以调整转臂系统的位置,使转臂系统、实验舱系统以及振动台系统三者重心处于转臂支承系统的转动轴心上,达到了便于维持整体结构稳定的有益效果。20.2、设置配重系统和实验舱系统实现双配重。两套配重系统均具备可拆装的活动配重块,实现双配平以降低操作难度。具体地,通过增加实验舱系统的配重质量,实现对振动离心实验端的试件配平。通过减少配重系统中的配重质量,实现对静力实验端的试件进行配平。附图说明21.图1为本发明振动离心复合环境模拟转臂系统整体结构图;22.图2为正剖视示意图;23.图3为实验舱系统示意图;24.图4转臂支承系统示意图;25.附图标记列表26.1振动台系统,1‑1振动台,1‑2夹具,1‑3静压轴承,2转臂系统,2‑1转臂,2‑2不平衡力测量装置,3转臂支承系统,3‑1盖板,3‑2支撑体,3‑3侧板,3‑4压块,3‑5填充块,3‑6滚子,4配重系统,4‑1固定配重块,4‑2活动配重块,4‑3配重安装底板,5实验舱系统,5‑1配重支承架,5‑2中段舱,5‑3下锥法兰,5‑4第二活动配重块,5‑5吊杆,5‑6上锥法兰,5‑7销轴,6传动支承系统,6‑1主轴;具体实施方式27.下面将结合附图1‑4,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。28.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。29.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,一体地连接,也可以是可拆卸连接;可以是两个元件内部的连通;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。30.振动离心复合环境模拟转臂系统,包括振动台系统1、转臂系统2、转臂支承系统3、配重系统4、实验舱系统5和传动支承系统6,所述转臂系统2滑动连接所述转臂支承系统3,所述转臂支承系统3连接所述传动支承系统6,所述传动支承系统6用于驱动所述转臂支承系统3转动,所述转臂系统2的滑动方向与所述转臂支承系统3的转动轴心垂直,所述实验舱系统5和所述振动台系统1分别设置于所述转臂系统2的两端,所述实验舱系统5用于对安装在其上的试件进行静力实验,所述振动台系统1用于振动安装在其上的试件,所述配重系统4安装在所述转臂系统2上,所述配重系统4用于使所述转臂系统2、所述实验舱系统5以及所述振动台系统1三者形成的重心与所述转臂支承系统3的转动轴心重合。31.传动支承系统6中的基座安装在地面上,为振动离心复合环境模拟设备提供支承基础。外部动力源驱动主轴6‑1,主轴6‑1与转臂支承系统3通过胀套固连。从而驱动转臂系统2旋转,产生离心场,转臂系统2、实验舱系统5以及振动台系统1三者重心处于转臂支承系统3的转动轴心上,以防止转动时产生滑移,并且在转臂系统2末端,离心加速度最大振动台系统1安装在转臂系统2末端,沿着转臂顺臂方向振动,以产生过载‑振动复合受力环境。在转臂系统2的另一端,安装有实验舱系统5,可进行大小试件的静力实验。具有试验件的两个安装工作平台,可同时进行静力实验与过载‑振动复合实验,也可开展独立试验,实现振动离心复合环境实现大尺寸、大质量试件的静力试验要求,达到了单台离心设备同时展开静力实验和过载‑振动复合实验的有益效果。32.进一步的,所述转臂支承系统3包括壳体和滚子3‑6,所述壳体为中空结构,所述转臂系统2的中部滑动地设置于所述壳体的中空部内,所述壳体内壁与所述转臂系统2侧面之间设有若干所述滚子3‑6,所述滚子3‑6分别与所述壳体和所述转臂系统2抵接。33.滚子3‑6包括排框和若干个滚珠,若干个滚珠转动地嵌套在排框内,同时转臂系统2上端面、下端面以及两个外侧面之间均设有滚子3‑6,形成多点滚动支承约束。实现转臂系统2沿着顺臂方向的移动副,同时约束其余方向的自由度。同时承受转臂系统2的重力,传递驱动扭矩。34.进一步的,所述壳体四个侧面均设有若干方孔,若干所述方孔的端面均设有一个所述滚子3‑6,所述压块3‑4设置于所述方孔内,所述压块3‑4一端端部通过螺钉连接所述壳体远离所述转臂系统2的一侧,所述压块3‑4另一端抵接一个所述滚子3‑6;35.所述壳体包括盖板3‑1、支撑体3‑2、侧板3‑3和压块3‑4,所述支撑体3‑2设置于所述转臂系统2底部,所述盖板3‑1设置于所述转臂系统2顶部,所述支撑体3‑2底部连接所述传动支承系统6,所述支撑体3‑2两侧均通过螺钉连接有所述侧板3‑3,所述侧板3‑3顶部通过螺钉连接所述盖板3‑1侧面。36.将转臂系统2放入支承体3‑2之后,盖板3‑1通过螺钉与支承体3‑2连接,然后侧板3‑3通过螺钉与支承体3‑2进行连接。放入若干组滚子3‑6后,通过螺钉将压块3‑4安装在盖板3‑1或侧板3‑3之上,同时顶紧滚子3‑6,通过垫片调整转臂2‑1相对于转臂支承系统3的位置,使得转臂系统2的质心位于转臂支承系统3的中轴面上。最终实现转臂系统2沿顺臂方向运动的自由度,实现不平衡力测量装置2‑2检测与减振作用,压块3‑4并排设置若干个在方孔内,并由一侧的填充块3‑5将其顶紧,填充块3‑5螺钉连接侧板3‑3,填充块3‑5与方孔内壁之间的间隙为塞尺提供检测空间,可以测量压块3‑4与盖板3‑1或侧板3‑3之间的缝隙,实现垫片准确施加。支承体3‑2通过胀套安装在传动支承系统6的主轴6‑1上,主轴6‑1将动力传送至支承体3‑2,实现转臂系统2的驱动。37.进一步的,所述转臂系统2包括转臂2‑1和不平衡力测量装置2‑2,所述转臂2‑1滑动地设置于所述壳体的中空部分内,所述不平衡力测量装置2‑2固定设置在所述转臂2‑1上,所述转臂支承系统3的两侧均设置有所述不平衡力测量装置2‑2,所述不平衡力测量装置2‑2用于检测所述转臂2‑1的微位移。38.不平衡力测量装置2‑2为现有技术中的力传感器,转臂支承系统3的两侧对称地设置四组力传感器,力传感器固定安装在转臂系统2上,力传感器探头与转臂支承系统3接触,力传感器的微位移运动实现系统不平衡量的测量,在设备运行初始,一侧的力传感器测出转臂系统2旋转时对转臂支承系统3的挤压力,根据此反馈的挤压力可以得出转臂系统2的位移量,据此来调节转臂系统2在转臂支承系统3上的位置,使转臂系统2、实验舱系统5以及振动台系统1三者重心处于转臂支承系统3的转动轴心上,同时具有一定的隔振作用,转臂支承系统3两侧的不平衡力测量装置2‑2还能对转臂系统2进行进一步的约束,在振动台振动使转臂系统2产生微量滑移的情况下,能够约束转臂系统2。39.进一步的,所述振动台系统包括振动台1‑1、夹具1‑2和静压轴承1‑3,所述转臂系统2一端设有安装腔,所述夹具1‑2设置于所述安装腔内且通过螺钉连接所述振动台1‑1的台面,所述振动台1‑1安装在所述转臂系统2上,所述夹具1‑2用于安装试件,所述振动台1‑1用于振动所述夹具1‑2,所述静压轴承1‑3通过螺钉分别连接所述夹具1‑2和所述转臂系统2。40.振动台1‑1通过螺钉连接到转臂系统2端部的安装腔上,夹具1‑2通过螺钉连接在振动台1‑1台面上,静压轴承1‑3通过螺钉分别连接夹具1‑2和转臂系统2。试件通过螺钉安装在夹具1‑2之中。当转臂系统2绕主轴旋转时,振动台1‑1沿顺臂方向振动,从而带动试件振动。振动台1‑1、夹具1‑2均关于转臂系统2中轴面呈对称状态,其质心位于转臂系统中轴线上。试件质心也位于转臂系统中轴线上。静压轴承1‑3实现支承与导向功能,能够克服科氏力带来的不良影响。41.进一步的,所述配重系统4包括固定配重块4‑1、活动配重块4‑2和配重安装底板4‑3,所述固定配重块4‑1通过螺钉安装在所述转臂系统2上,所述固定配重块4‑1顶部设有配重槽,所述配重安装底板4‑3和所述活动配重块4‑2均设置于所述配重槽内,所述配重安装底板4‑3上设有拉杆,所述拉杆贯穿所述活动配重块4‑2,所述活动配重块4‑2设置于所述配重安装底板4‑3上,所述活动配重块4‑2设有若干个。42.固定配重块4‑1通过螺钉安装在转臂2‑1上的配重安装槽内,配重安装底板4‑3直接放入固定配重块4‑1的配重槽中,活动配重块4‑2直接放在配重安装底板4‑3上,配重安装底板4‑3上设有拉杆,活动配重块4‑2设有与拉杆适配的滑孔,拉杆贯穿活动配重块4‑2,通过配重安装底板4‑3上的拉杆可以将所有活动配重块4‑2取出,通过增减活动配重块4‑2实现对振动台系统1端和实验舱系统5的配平,使转臂系统2、实验舱系统5以及振动台系统1三者重心处于转臂支承系统3的转动轴心上,配重系统4设置于转臂系统2靠近实验舱系统5的一端。43.进一步的,所述实验舱系统5包括实验舱、配重支承架5‑1和第二活动配重块5‑4,所述实验舱转动连接所述转臂系统2的端部,所述实验舱内部用于放置试件,其顶部设有开口,所述实验舱开口端面通过螺钉连接所述配重支承架5‑1,所述配重支承架5‑1顶部设有凹槽,所述凹槽内设有若干个所述第二活动配重块5‑4。44.进一步的,所述实验舱包括中段舱5‑2、下锥法兰5‑3和上锥法兰5‑6,所述中段舱5‑2转动连接所述转臂系统2的端部,所述中段舱5‑2上端通过螺钉连接所述上锥法兰5‑6,所述中段舱5‑2下端通过螺钉连接所述下锥法兰5‑3,所述上锥法兰5‑6和所述下锥法兰5‑3用于螺钉连接试件。45.配重支承架5‑1通过螺钉安装在中段舱5‑2上,配重支承架5‑1上设有吊杆5‑5,第二活动配重块5‑4设有与吊杆5‑5适配的穿孔,吊杆5‑5贯穿第二活动配重块5‑4,通过吊杆5‑5可以把活动配重块全部取出。下锥法兰5‑3通过螺钉安装在中段舱5‑2上,上锥法兰5‑6通过螺钉安装在中段舱5‑2上,中段舱5‑2两侧均通过销轴5‑7连接转臂2‑1,使得实验舱系统5转动连接转臂2‑1,能够调整姿态,从而调整试件与离心场方向的夹角,实验舱系统5用于中小试件时,由配重支承架5‑1、中段舱5‑2、下锥法兰5‑3、第二活动配重块5‑4、吊杆5‑5、销轴5‑7组成,试件通过螺钉安装在配重支承架5‑1上。通过减少第二活动配重块5‑4或者活动配重块4‑2实现系统配平,适用于大试件时,实验舱系统5取下配重支承架5‑1和第二活动配重块5‑4,使用时,将试件用螺钉在下锥法兰5‑3、上锥法兰5‑6之间安装,实验舱系统5兼做配重功能,通过增加第二活动配重块5‑4实现系统配平。46.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实说明书中实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

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