專利名稱：氣浮磁動無摩擦懸吊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于模態(tài)試驗設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種氣浮磁動無摩擦懸吊裝置。(二) 背景技術(shù)在航天及某些特殊要求試件的模態(tài)試驗時，必須有專門的低頻懸吊裝置模擬 試件的失重狀態(tài)，即通過特殊的懸掛系統(tǒng)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(zhì)量及附加摩擦力與力矩的影響， 懸掛系統(tǒng)應(yīng)滿足頻率準則和穩(wěn)定性準則，即要求試件懸掛時，其剛體懸掛頻率應(yīng) 低于試件本身彈性固有頻率的1/3~1/5。目前，國內(nèi)進行超低頻試件模態(tài)試驗時，采用橡皮繩懸吊等方法，當(dāng)試件的 基頻很低時，如小于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(zhì)量、非線性影響也比較大，測試出來的結(jié)果誤差較大。由于 缺少必要的手段，對科研已產(chǎn)生了很大的影響，現(xiàn)有測試手段已不能適應(yīng)研制的 需求o(三) 發(fā)明內(nèi)容為了克服已有懸掛系統(tǒng)的在超低頻率時無法滿足頻率準則要求、附加質(zhì)量、 非線性影響大、測量結(jié)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(zhì)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(shù)問題所采用的技術(shù)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(dǎo)向桿、主桿、氣浮系統(tǒng)和磁動系統(tǒng)，所述氣浮系統(tǒng)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(tǒng)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(dǎo)向桿的小空氣 軸承， 一個安裝主桿的大空氣軸承；底板的下方安裝有安裝主桿的大空氣軸承； 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(nèi)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，無摩擦氣缸的活塞桿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桿和兩根導(dǎo)向桿，所述的主桿的兩端安裝有限位板。進一步，長行程動圈的內(nèi)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(nèi)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(tǒng)，檢測傳感器系統(tǒng)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(nèi)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(cè)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(cè)面，另一面連接長行程動圈安裝支架；負載力傳感器一端 固定在主桿上，另一端連接懸掛鋼纜。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為氣浮磁動無摩擦懸吊裝置由氣浮系統(tǒng)、磁動系統(tǒng)、 檢測傳感器系統(tǒng)、機架、安裝框架、移動橫梁、連接鉸、懸掛鋼纜、空氣軸承、 主桿、導(dǎo)向桿構(gòu)成。氣浮系統(tǒng)又稱為被動子系統(tǒng)，磁動系統(tǒng)又稱為主動子系統(tǒng)。 氣浮系統(tǒng)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(gòu)成。氣浮系統(tǒng)提供恒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(diào)節(jié)。由于 采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(wěn)定在設(shè)定值，間接地使無摩擦氣缸一活 塞的懸掛力穩(wěn)定。主動子系統(tǒng)由定制的長行程動圈激振器和檢測傳感器系統(tǒng)及控制器等構(gòu)成。 磁動系統(tǒng)根據(jù)檢測傳感器系統(tǒng)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(xiàn)在1、由于采用無摩擦氣缸及空氣軸承， 可模擬試件的失重狀態(tài)，并且由于摩擦力相對其它影響振動試驗的動態(tài)約束力是 非線性和非重復(fù)性的，采用無摩擦氣缸及空氣軸承后摩擦阻力極小，因此不影響 振型測試；2、由于采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、由于采用了磁動系統(tǒng)， 根據(jù)檢測傳感器系統(tǒng)提供的信息在控制器控制下可對隨動系統(tǒng)的附加質(zhì)量進行抑 制，使其控制在600g以下成為可能，并且能調(diào)節(jié)懸掛高度和保持垂直方向中心位 置，補償壓力波動；4、由于在主桿的兩端安裝有限位板，可限制試件的運動行程， 并能起到安全防護作用；5、由于橫梁及主桿、導(dǎo)向桿均采用輕合金材料制造，主 桿和導(dǎo)向桿均采用空心結(jié)構(gòu)，故可使運動件的質(zhì)量控制在最小；6、由于大空氣軸 承、小空氣軸承均安裝在整體式安裝框架上，便于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(jié)構(gòu)圖。 圖2是圖1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)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(dǎo)向桿4、主桿7、氣浮系統(tǒng)和磁動系統(tǒng)，所述 氣浮系統(tǒng)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(tǒng)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(dǎo)向桿4的小空氣軸承3， 一個安裝主桿7 的大空氣軸承5;底板的下方安裝有安裝主桿的大空氣軸承；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(nèi) 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的活塞桿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上安裝有主桿7和兩根導(dǎo)向桿4，兩根 導(dǎo)向桿4位于主桿7的兩側(cè)，所述的主桿7的兩端安裝有限位板。主桿7和導(dǎo)向 桿3均為空心管，移動橫梁14、主桿7和導(dǎo)向桿3由輕合金材料制造。長行程音頻動圈9的內(nèi)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(nèi)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(tǒng)，檢測傳感器系統(tǒng)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(nèi)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(cè)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(cè)面，另一面連接長行程動圈9的安裝支架；負載力傳感器 12—端固定在主桿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(nèi)孔與導(dǎo)向桿4及主桿7間形成有剛度的氣膜，從而使導(dǎo)向桿4及主桿7在 運動時摩擦力基本為0，然后在鋼纜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(nèi)的壓縮空氣通過與氣缸內(nèi)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(nèi)壓縮空氣對無摩擦氣缸活塞的壓力通過活 塞桿16、連接鉸15、移動橫梁14、主桿7、負載力傳感器12、懸掛鋼纜21作用于 被測試件；調(diào)整精密減壓閥20，使無摩擦氣缸內(nèi)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(tǒng)調(diào)整磁動系統(tǒng)長行程動圈9內(nèi)電流， 使被測試件處于振動平衡中心位置；由于移動橫梁14上的安裝在小空氣軸承3內(nèi)的 兩個導(dǎo)向桿4限制了移動橫梁14只能做上下平動，而不能轉(zhuǎn)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(cè)面，因而只 要保證激振器鐵芯8安裝時與移動橫梁14的側(cè)面平行，就能保證在運動中長行程動 圈內(nèi)孔與激振器鐵芯間的間隙即磁隙始終保持一致；當(dāng)被測試件受到外界強迫激振 力時，由于氣浮系統(tǒng)提供的力始終等于重力，所以可模擬失重狀態(tài)，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(tǒng)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(tǒng) 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(nèi)氣壓波 動信息、被測試件受力信息及長行程動圈作用于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(diào)整，提供合適的電磁力。
權(quán)利要求1、一種氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，其特征在于所述無摩擦懸吊裝置包括機架、安裝框架、移動橫梁、導(dǎo)向桿、主桿、氣浮系統(tǒng)和磁動系統(tǒng)，所述氣浮系統(tǒng)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(tǒng)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(dǎo)向桿的小空氣軸承，一個安裝主桿的大空氣軸承；底板的下方安裝有安裝主桿的大空氣軸承；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(nèi)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，無摩擦氣缸的活塞桿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桿和兩根導(dǎo)向桿，所述的主桿的兩端安裝有限位板。
2、 如權(quán)利要求1所述的氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，其特征在于長行程動圈的內(nèi) 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(nèi)孔與激振器鐵芯 間的間隙一致。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的氣浮磁動無摩擦懸吊裝置，其特征在于所述無摩擦 懸吊裝置還包括檢測傳感器系統(tǒng)，檢測傳感器系統(tǒng)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(nèi)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(cè)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(cè)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桿上，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(dǎo)向桿、主桿、氣浮系統(tǒng)和磁動系統(tǒng)，氣浮系統(tǒng)包括兩個無摩擦氣缸、兩個儲氣罐；磁動系統(tǒng)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(dǎo)向桿的小空氣軸承，一個安裝主桿的大空氣軸承；底板的下方安裝有安裝主桿的大空氣軸承；機架下安裝板的上方對稱地安裝有兩個無摩擦氣缸，無摩擦氣缸的活塞桿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桿和兩根導(dǎo)向桿，主桿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(zhì)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(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者單曉杭, 孫建輝, 王楊渝, 趙國軍, 鄭欣榮 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)