共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺及驅(qū)動部件與方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺及驅(qū)動部件與方法，利用以滾子為從動件的共軛凸輪的方式實現(xiàn)驅(qū)動部分的幾何鎖合，防止從動件在超過1g加速度時彈跳現(xiàn)象的發(fā)生；同時以變速運動的凸輪運動作為運動學(xué)分析的假設(shè)前提條件，發(fā)明了一種復(fù)合磁能的往復(fù)擺振動設(shè)備。該設(shè)備可以實現(xiàn)近零頻的超低頻以及高至幾千赫茲的寬頻振動輸出，不需要始終通電產(chǎn)生高強磁場，具有發(fā)熱較小，效率較高，使用范圍廣，推力較大的特點。
【專利說明】
共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺及驅(qū)動部件與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電磁振動臺，具體地，涉及共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺及驅(qū)動部件與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，由于航天、航空、航海領(lǐng)域航行器或精密設(shè)備的工況環(huán)境下振動測試的需要，高性能振動測試設(shè)備的需求越來越迫切。目前振動設(shè)備主要有液壓、氣動、電磁以及機械振動設(shè)備幾種類型。其中液壓、氣動和機械類振動設(shè)備由于可實現(xiàn)的驅(qū)動頻率低，驅(qū)動控制環(huán)節(jié)多已不能適合航天等領(lǐng)域振動測試性能的要求。電磁驅(qū)動由于采用電磁信號控制，驅(qū)動的實現(xiàn)靠電磁能作用實現(xiàn)，控制方便、響應(yīng)靈敏，特別適合實現(xiàn)高頻振動設(shè)備的實現(xiàn)，因此目前的高性能振動設(shè)備多數(shù)采用電磁驅(qū)動的驅(qū)動環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。如英國Ling公司的電磁振動臺，其設(shè)備驅(qū)動工作原理是基于音圈電機驅(qū)動原理，通常驅(qū)動線圈作為定子，通過交變電磁力驅(qū)動一個懸浮在驅(qū)動線圈中央的動子，產(chǎn)生振動。然而，這類電磁驅(qū)動振動臺也存在明顯的缺陷，主要是由于動子始終處于懸浮工作狀態(tài)，5Hz以下的振動驅(qū)動難以實現(xiàn)，驅(qū)動過程中由于這種懸浮驅(qū)動使得驅(qū)動過程中的動剛性不足，另外其高頻驅(qū)動位移較小，驅(qū)動振幅不精確，驅(qū)動能耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺及驅(qū)動部件與方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明提供的一種往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，包括電磁線圈、滾子固定框架、成對滾子、等徑凸輪、第一轉(zhuǎn)軸、永磁體；
[0005]成對滾子緊固連接在滾子固定框架上；
[0006]等徑凸輪、永磁體安裝在第一轉(zhuǎn)軸上；
[0007]成對滾子包括均與等徑凸輪接觸的上滾子、下滾子，其中，屬于同一成對滾子的上滾子、下滾子之間的軸心連線經(jīng)過等徑凸輪的凸輪回轉(zhuǎn)中心，上滾子、下滾子的半徑相等。
[0008]優(yōu)選地，還包括導(dǎo)向部件；
[0009]在電磁線圈的激勵下，永磁體通過第一轉(zhuǎn)軸帶動等徑凸輪往復(fù)擺動，等徑凸輪通過成對滾子驅(qū)動滾子固定框架沿導(dǎo)向部件沿直線往復(fù)運動。
[0010]優(yōu)選地，在等徑凸輪往復(fù)擺動的過程中，等徑凸輪與同一上滾子或同一下滾子接觸的凸輪廓形為一連續(xù)函數(shù)曲線段。
[0011 ]優(yōu)選地，滾子固定框架設(shè)置在電磁線圈的內(nèi)部。
[0012]優(yōu)選地，還包括如下任一種或任多種結(jié)構(gòu):
[0013]-磁回路結(jié)構(gòu):電磁線圈的外部設(shè)置有磁回路結(jié)構(gòu)，磁回路結(jié)構(gòu)由導(dǎo)磁材料制成；
[0014]-彈性支撐結(jié)構(gòu):滾子固定框架被支撐在彈性支撐結(jié)構(gòu)上。
[0015]優(yōu)選地，成對滾子的數(shù)量為一對或者多對，其中，多對成對滾子位于同一個平面內(nèi)或者位于多個平面內(nèi)，多對成對滾子的上滾子、下滾子之間的半徑相等；
[0016]電磁線圈的數(shù)量為一組或者多組。
[0017]根據(jù)本發(fā)明提供的一種共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺，包括電磁振動臺，所述電磁振動臺的驅(qū)動部件采用上述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件。
[0018]優(yōu)選地，包括支撐架、銜接件、軸承支座、第二轉(zhuǎn)軸；
[0019]電磁振動臺、銜接件、支撐架之間依次連接；
[0020]銜接件可拆卸連接支撐架；
[0021 ]軸承支座可拆卸連接支撐架；
[0022]第二轉(zhuǎn)軸的一端螺紋連接銜接件，第二轉(zhuǎn)軸的另一端裝配軸承支座。
[0023]優(yōu)選地，銜接件上設(shè)置有與支撐架均匹配的多組安裝孔，支撐架安裝于不同組安裝孔中能夠與電磁振動臺形成不同的夾角。
[0024]根據(jù)本發(fā)明提供的一種上述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件的控制方法，包括:令電磁線圈通電以產(chǎn)生穩(wěn)定或交變的磁場，其中，所述磁場驅(qū)動永磁體通過第一轉(zhuǎn)軸帶動等徑凸輪往復(fù)擺動，等徑凸輪通過成對滾子驅(qū)動滾子固定框架沿導(dǎo)向部件沿直線往復(fù)運動；
[0025]第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速是變化的。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0027]本發(fā)明基于永磁體在通電線圈產(chǎn)生的電磁場中受轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動進而提供驅(qū)動動力的機理，利用以滾子為從動件的共軛凸輪的方式實現(xiàn)驅(qū)動部分的幾何鎖合，防止從動件在超過Ig加速度時彈跳現(xiàn)象的發(fā)生；同時以變速運動的凸輪運動作為運動學(xué)分析的假設(shè)前提條件，發(fā)明了一種復(fù)合磁能的往復(fù)擺振動設(shè)備。該設(shè)備可以實現(xiàn)近零頻的超低頻以及高至幾千赫茲的寬頻振動輸出，不需要始終通電產(chǎn)生高強磁場，具有發(fā)熱較小，效率較高，使用范圍廣，推力較大的特點。
【附圖說明】
[0028]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0029 ]圖1、圖2示出電磁振動臺的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖3為驅(qū)動部件在位置A與位置B之間運動的示意圖。
[0031]圖4為多對成對滾子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖5為電磁振動臺的原理示意圖。
[0033]圖6為單維單層式的電磁線圈布置方式。
[0034]圖7、圖8為單維單層式的電磁線圈布置方式。
[0035]圖9、圖10為單維多層式的電磁線圈布置方式。
[0036]圖11為傳感器的安裝方式。
[0037]圖12為電磁振動臺的安裝正視圖。
[0038]圖13為電磁振動臺的安裝側(cè)視圖。
[0039 ]圖14為電磁振動臺的安裝結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
[0040]圖15為銜接件在部分區(qū)域及全部區(qū)域之間進行對比比較的對比示意圖。
[0041 ]圖16為電磁振動臺45度安裝角度的示意圖。
[0042]圖17為電磁振動臺90度安裝角度的示意圖。
[0043]圖中:
[0044]1-電磁線圈2-滾子固定框架3-上滾子301-第一滾子302-第二滾子4_等徑凸輪5-下滾子501-第三滾子502-第四滾子6-第一轉(zhuǎn)軸7-永磁體8-磁力線9-導(dǎo)磁回路零部件10-磁力線回路11-外部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)12-彈性支撐結(jié)構(gòu)13-空氣室充氣口 14-空氣室
[0045]21-導(dǎo)向部件22-導(dǎo)磁回路23-電磁線圈組合24-從動件25-驅(qū)動部件26-支撐架27-彈性支撐部件
[0046]31-被測試件32-加速度傳感器33-夾具34-力傳感器35-擴展臺36-振動臺
[0047]41-振動臺本體42-銜接件43-支撐架44-螺釘45-螺釘和彈簧墊圈46-軸承支座47-防松螺釘48-第二轉(zhuǎn)軸
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0049]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明提供的一種往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，其特征在于，包括電磁線圈、滾子固定框架、成對滾子、等徑凸輪、第一轉(zhuǎn)軸、永磁體、導(dǎo)向部件;成對滾子緊固連接在滾子固定框架上;等徑凸輪、永磁體安裝在第一轉(zhuǎn)軸上;成對滾子包括均與等徑凸輪接觸的上滾子、下滾子，其中，屬于同一成對滾子的上滾子、下滾子之間的軸心連線經(jīng)過等徑凸輪的凸輪回轉(zhuǎn)中心，上滾子、下滾子的半徑相等。在電磁線圈的激勵下，永磁體通過第一轉(zhuǎn)軸帶動等徑凸輪往復(fù)擺動，等徑凸輪通過成對滾子驅(qū)動滾子固定框架沿導(dǎo)向部件沿直線往復(fù)運動。
[0050]電磁線圈的數(shù)量為一個或者多個，多個電磁線圈能夠形成線圈組合，電磁線圈通電可產(chǎn)生穩(wěn)定或交變的磁場，圖3中磁力線8為其通電情況下產(chǎn)生的一種磁場磁感線的方向。滾子固定框架2上可以固定上滾子3和下滾子5，同時在外部導(dǎo)向部件的作用下實現(xiàn)上下直線運動。上滾子3和下滾子5同時與等徑凸輪4接觸，這樣就實現(xiàn)了對凸輪的幾何鎖合，可以一定程度上減弱甚至消除高度運作時從動件彈跳的現(xiàn)象。永磁體7與凸輪4連接在一起，可以同步繞轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動，從而通過滾子3和5驅(qū)動從動件，即框架2，做上下直線運動。
[0051]圖3中的左子圖中永磁體7位于水平位置，框架2位于位置A。在左子圖所示的磁場下，永磁體7趨向于使其內(nèi)部磁場方向與所處磁場方向相同，因而會產(chǎn)生順時針方向的轉(zhuǎn)矩。在此轉(zhuǎn)矩作用下，永磁體7帶動與其連接在一起的凸輪4順時針同步轉(zhuǎn)過相同角度，到右子圖所示位置。此時，框架2在凸輪與滾子的作用下以及外部導(dǎo)向部件的導(dǎo)向下，運動到位置B。通入反向的電流，則形成反向的磁場，永磁體7則會產(chǎn)生反向的轉(zhuǎn)矩，進而框架2向下運動。從而，電磁線圈I通入交變形式的電流，則會產(chǎn)生交變形式的磁場，永磁體7也會在此作用下產(chǎn)生交變形式的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動滾子與框架組成的從動件作上下往復(fù)運動，即正余弦形式的運動。
[0052]如圖4所示，成對滾子的數(shù)量可以為多對，其中，多對成對滾子位于同一個平面內(nèi)或者位于多個平面內(nèi)，多對成對滾子的上滾子、下滾子之間的半徑相等。
[0053]圖4示出了作為上滾子的第一滾子301、第二滾子302，還示出了作為下滾子的第三滾子501、第四滾子502這四個滾子，第一滾子與第四滾子的軸心連線經(jīng)過第一轉(zhuǎn)軸6的軸心，第二滾子與第三滾子的軸心連線也經(jīng)過第一轉(zhuǎn)軸6的軸心。第一滾子與第四滾子的軸心距等于第二滾子與第三滾子的軸心距，并且第一滾子301、第二滾子302、第三滾子501、第四滾子502這四個滾子的半徑是相等的。特點:
[0054](I)多個滾子同時受力，滾子更不容易失效，輸出力更大，壽命更長。
[0055](2)多對滾子增加了結(jié)構(gòu)的冗余性，有利于消除間隙。
[0056](3)多對滾子分別布置在中心線的兩邊，可以使得框架2所受的部分水平分力相互抵消，更有利于結(jié)構(gòu)簡化與穩(wěn)定。
[0057](4)滾子不一定位于同一平面內(nèi)，也可以組成多層形式。
[0058](5)滾子不一定是一對、兩對，亦可以是三對或多對。
[0059]本發(fā)明的驅(qū)動機理上與傳統(tǒng)電磁振動臺的區(qū)別、特點為:傳統(tǒng)電磁振動臺根據(jù)電磁場勵磁方式的不同分為電磁式和永磁式電動振動臺。其利用的原理都是通電導(dǎo)線在磁場中受力的物理學(xué)原理，即F = BLI。其中的B由電磁線圈或者是永磁體提供。電磁線圈激勵的磁場強度大但是耗電，永磁體產(chǎn)生的磁場強度小但是耗能小。其中L和I分別是動圈中通電導(dǎo)線在磁場中的總長度和通電電流。傳統(tǒng)的方式是通過以上機理形成垂直于磁場方向的電磁力驅(qū)動圈做上下運動，從而輸出所需的波形。是直接輸出的直線方向上的力。而本發(fā)明特點如下
[0060](I)非嚴格地，其提供的磁場強度介于電磁和永磁方式之間。
[0061](2)相對于使用線圈勵磁的方式，其不需要時刻通電，節(jié)省電能。
[0062](3)相對于使用永磁體產(chǎn)生氣隙磁場那種方式，其不需要那么多永磁體，節(jié)省成本。
[0063](4)其利用磁場對永磁體的轉(zhuǎn)矩使其凸輪軸系轉(zhuǎn)動從而驅(qū)動從動件運動，也就是說電磁場產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩然后轉(zhuǎn)換成了直線方向的力。
[0064](5)其通過通入線圈變化的電流產(chǎn)生變化的磁場強度，改變永磁體所受轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動動平臺或者從動件輸出正余弦類型的運動。
[0065](6)—對或多對滾子從上下方向同時接觸凸輪，實現(xiàn)了幾何鎖合，防止了框架或者從動件在大于Ig加速度時的彈跳現(xiàn)象的發(fā)生。
[0066]進一步地，在等徑凸輪往復(fù)擺動的過程中，等徑凸輪與同一上滾子或同一下滾子接觸的凸輪廓形為一連續(xù)函數(shù)曲線段。本發(fā)明中凸輪廓型設(shè)計與傳統(tǒng)高速凸輪的區(qū)別為:傳統(tǒng)的凸輪機構(gòu)的使用方法是，使凸輪軸勻速轉(zhuǎn)動，然后其所驅(qū)動的擺動或者直動從動件就可以按照預(yù)定的規(guī)律輸出一定的周期運動。傳統(tǒng)的高速的凸輪存在剛性沖擊和柔性沖擊是因為其一周的曲線是由加速段、加速段、勻速段按不同方式組成的，不同段的函數(shù)在接口的地方容易產(chǎn)生沖擊。本發(fā)明的特點是:
[0067](I)本發(fā)明最大的不同是，本發(fā)明中作為凸輪軸的第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速是變化的。其并沒有利用凸輪的勻速轉(zhuǎn)動而使從動件輸出周期運動，而是利用凸輪在某一角度下的往復(fù)擺動。在這個過程中其轉(zhuǎn)速是變化的。
[0068](2)本發(fā)明的凸輪不需要全周或者大幅度角度范圍的變化，只需要在一個小角范圍內(nèi)往復(fù)擺動。
[0069](3)如果滾子只在凸輪輪廓的一個函數(shù)曲線段往復(fù)運動的話，就不需要考慮不同曲線段的接合處的剛性和柔性沖擊。因而就不存在傳統(tǒng)的高速凸輪在高速勻速轉(zhuǎn)動的時候產(chǎn)生的加速度、加加速度階躍現(xiàn)象。它在原理上就避免了這一點。
[0070](4)以轉(zhuǎn)角為橫坐標，從動件運動位移為縱坐標的二維圖里，在工作范圍，即在擺動角度范圍內(nèi)，從動件輸出的等效運動為等速運動規(guī)律，其等效速度為定值，等效加速度為零。這是為了動力學(xué)模型的簡化和控制的方便。
[0071](5)凸輪為等徑凸輪，可以使得凸輪的上下滾子同時接觸，實現(xiàn)幾何鎖合?？梢栽谝欢ǔ潭壬媳苊飧呒铀俣葧r凸輪和滾子脫離的情況，避免彈跳現(xiàn)象。等徑凸輪的特點是經(jīng)過凸輪回轉(zhuǎn)中心的任一直線與凸輪理論輪廓曲線的兩個交點間的距離保持不變。
[0072](6)滾子的數(shù)量不一定為兩個，也可以是多個，但滾子半徑相等而且一對滾子軸心的連線經(jīng)過凸輪回轉(zhuǎn)中心。這樣可以提高總體承載能力，使凸輪輸出更大的轉(zhuǎn)矩，減小表面損壞與失效的可能，延長壽命。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
[0073]如圖5所示，所述往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，還包括:磁回路結(jié)構(gòu)、彈性支撐結(jié)構(gòu)。電磁線圈的外部設(shè)置有磁回路結(jié)構(gòu)，磁回路結(jié)構(gòu)由導(dǎo)磁材料制成;滾子固定框架被支撐在彈性支撐結(jié)構(gòu)上。滾子固定框架設(shè)置在電磁線圈的內(nèi)部。傳統(tǒng)振動臺一般主要由移動部分、導(dǎo)向部分、懸浮支撐部分、磁回路部分以及外加的旋轉(zhuǎn)支架部分組成。移動部分就包括動圈以及其上的導(dǎo)線。導(dǎo)向部分一般為滾子、直線導(dǎo)軌、U型彈簧等方式。懸浮支撐系統(tǒng)一般為空氣彈簧、橡膠彈簧、U型彈簧等。
[0074]驅(qū)動部分與圖3所示相同，從動件24所代表的零部件泛指由框架和擴展臺等組成的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)磁回路零部件9與振動臺外殼固定在一起，可以由多個導(dǎo)磁零件構(gòu)成。圖5中假設(shè)了一種線圈通電方式產(chǎn)生的磁力線的方向，用以表示磁力線在結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)通回路。外部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)11可以是直線導(dǎo)軌、直線軸承、滾筒滾柱或其他具有直線導(dǎo)向作用的零部件，主要起到引導(dǎo)2做直線運動的作用。彈性支撐結(jié)構(gòu)12可以是空氣彈簧、機械彈簧、橡膠彈簧、空氣橡膠彈簧等等。本發(fā)明與傳統(tǒng)的電磁振動臺進一步的區(qū)別為:
[0075](I)傳統(tǒng)的電磁振動臺，不管是雙線圈還是單線圈結(jié)構(gòu)，都是利用的氣隙磁場，SP在很狹小的空間里形成很強大的磁場，從而提供足夠的驅(qū)動力。而本發(fā)明的不同點是，并沒有利用氣隙磁場，而是利用了螺線管的中心磁場產(chǎn)生所需轉(zhuǎn)矩。所以電磁線圈I的中心部分應(yīng)該為空，沒有高導(dǎo)磁材料作為鐵芯，以便放置驅(qū)動部件。
[0076](2)電磁線圈I通電，便在其內(nèi)部形成磁場。若電流是交變的，則磁場也是交變的。除此之外，無其他部分需要消耗電流。效率高，功率相對較小，發(fā)熱較小，所以可以不需要風(fēng)機等進行通風(fēng)降溫。
[0077](3)電磁線圈I外部有具有相對較高導(dǎo)磁性的材料形成磁回路結(jié)構(gòu)9，以減小回路磁阻。不同于傳統(tǒng)電磁振動臺，其不需要中心磁極。由于磁場是交變的或是瞬態(tài)變化的，容易在擁有高導(dǎo)磁性的磁回路上產(chǎn)生渦流，因而磁回路可以添加鏤空或是層片狀等減小渦流的結(jié)構(gòu)。
[0078](4)為了減小結(jié)構(gòu)上的不對稱性引起的系統(tǒng)非線性失真，結(jié)構(gòu)在上下方向上應(yīng)盡量對稱;為節(jié)省線圈內(nèi)部空間，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)應(yīng)分布于電磁線圈I的外部。
[0079](5)由于彈性支撐結(jié)構(gòu)12提供的支撐力平衡掉了框架和擴展平臺組成的從動件24的重量，因此在不加電的情況下，等徑凸輪4在任意角度下都能達到平衡狀態(tài)，即可以在工作范圍內(nèi)的任意角度下靜止下來。一般得，平衡位置控制在永磁體7水平位置處，因為此處加電時，啟動轉(zhuǎn)矩最大。
[0080 ] (6)不加電時凸輪的平衡位置可以通過彈性支撐結(jié)構(gòu)12進行調(diào)整，比如，如果彈性支撐結(jié)構(gòu)12是空氣彈簧，則通過充入一定量的空氣，就可以增大空氣彈簧內(nèi)部壓力，在從動件24總重量不變的前提下，平衡位置會上移，此時永磁體不再處于水平位置，而是與水平位置有一定的夾角。放出一部分氣體，則平衡位置下移。
[0081](7)正常工作時等徑凸輪4的往復(fù)擺動的角度中間位置就是平衡位置。在工作范圍，即擺角范圍內(nèi)，其始終與上滾子3和下滾子5同時接觸，而且，始終位于凸輪輪廓曲線等效速度為常數(shù)的曲線段部分處，不會超出此范圍。
[0082](8)若永磁體7不處于預(yù)定位置，而此時又不方便調(diào)節(jié)彈性支撐結(jié)構(gòu)12，則可以通過對電磁線圈I施加一定的恒定電流使永磁體7產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩，從而使等徑凸輪4與永磁體7組成的組合體同步轉(zhuǎn)動到預(yù)定位置。
[0083](9)由于傳統(tǒng)的彈性支撐結(jié)構(gòu)的存在使得振動臺的振動測試的下限頻率由彈性支撐結(jié)構(gòu)決定，本發(fā)明的不同之處在于在低頻段作用時，彈性支撐結(jié)構(gòu)12可以不需采用。此時相當于由凸輪與其軸系共同承擔了從動件24的重量。彈性支撐結(jié)構(gòu)不再發(fā)揮作用。這樣就避免了低頻段，特別是5Hz以下的共振頻率。
[0084](10)本發(fā)明進行振動測試的方式不同。如果測試頻率集中在低頻段(接近零頻)時，可以去掉彈性支撐結(jié)構(gòu)12進行測試。而如果測試頻率主要集中在高頻段時，則彈性支撐結(jié)構(gòu)12仍需發(fā)揮作用。
[0085]根據(jù)前述線圈的作用的形式，線圈的布置可有多種方案。其可以從不同維度和不同層次上進行分類。它們各有自己的運作機理，通過各自的方式實現(xiàn)所需頻率的電磁場的輸出。
[0086]如圖6所示，為單維單層式，此方式通過一個整塊的電磁線圈提供所需交變磁場，結(jié)構(gòu)簡單。但是高頻時產(chǎn)生的阻抗較大。
[0087]如圖7、圖8所示，為單維單層式線圈，此方案將一整塊電磁線圈改進為內(nèi)外兩層或多層?？梢愿鶕?jù)功率和頻率對線圈的通電方式進行選擇。低頻時，由大部分或所有的線圈提供磁場。高頻時，由內(nèi)層線圈提供所需交變磁場，感抗相對減小很多。要求輸出的功率較大時，可以多個線圈同時通電參數(shù)輸出；當輸出功率較小時，可以減少同時通電的線圈的數(shù)量。同時，內(nèi)外線圈的接線方式也可以改變?？梢源右部梢圆⒔印４訒r則相當于一個大線圈，同圖6所示方案，并接時則相對減小了電路的電阻。
[0088]如圖9、圖10所示，為單維多層式。這種電磁線圈的布置方式既可以散熱通風(fēng)，亦可以進一步減小電路中線圈的感抗，是一種較理想的線圈布置方式。但是結(jié)構(gòu)上相對較復(fù)雜一些，需要考慮不同線圈之間的位置關(guān)系與線圈的固定。
[0089]根據(jù)本發(fā)明提供的共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺，包括電磁振動臺，所述電磁振動臺的驅(qū)動部件采用所述往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件。所述共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺，其特征在于，包括支撐架、銜接件、軸承支座、第二轉(zhuǎn)軸；電磁振動臺、銜接件、支撐架之間依次連接;銜接件可拆卸連接支撐架;軸承支座可拆卸連接支撐架;第二轉(zhuǎn)軸的一端螺紋連接銜接件，第二轉(zhuǎn)軸的另一端裝配軸承支座。銜接件上設(shè)置有分別與支撐架匹配的多組安裝孔，支撐架安裝于不同組安裝孔中，能夠與電磁振動臺形成不同的夾角。
[0090]本發(fā)明實現(xiàn)寬頻振動的方式不同于傳統(tǒng)的電磁振動臺。實現(xiàn)機理與方法如下所述:
[0091 ] (I)寬頻振動測試的實現(xiàn)
[0092]在低頻與超低頻時，可以放掉空氣室14的壓縮空氣，空氣彈簧失去了作用。這樣，就相當于等徑凸輪4與凸輪轉(zhuǎn)軸部分承受了動平臺以及其上被測試件所組成的從動件24的全部重量。此時沒有了空氣彈簧的作用，系統(tǒng)的動力學(xué)方程也會發(fā)生相應(yīng)的改變，系統(tǒng)也沒有了由于空氣彈簧產(chǎn)生的第一階固有頻率，因而可以達到超低頻的測試頻率。
[0093]在較高頻率時，由于其遠離低頻段，可以通過空氣室充氣口 13向空氣室14中通入空氣，形成空氣彈簧的作用，將從動件24頂起，這樣有利于減小凸輪所需提供的驅(qū)動力，從而減小電磁線圈組合23的通電電流的大小，因而更加省電。同時，由于空氣彈簧平衡掉了上部的重力，因而壓在凸輪轉(zhuǎn)軸上的壓力減小很多。
[0094](2)在線系統(tǒng)辨識的實現(xiàn)
[0095]由于各種干擾因素的存在，以及模型具有非線性、時變性、不確定性的特點，本振動臺較難建立精確的數(shù)學(xué)模型。在此，我們選用一種黑箱隨機模型，即帶控制量的自回歸模型，簡稱CARMA模型。模型參數(shù)采用最小二乘法進行辨識，此方法由于算法簡單，計算量小，同時可實現(xiàn)在線辨識，目前應(yīng)用非常廣泛。
[0096]振動臺在低頻時增加位移反饋環(huán)節(jié)，高頻時增加速度與力反饋環(huán)節(jié)，實時反饋被控量。算法采用改進的廣義預(yù)測自適應(yīng)控制算法，可實現(xiàn)預(yù)測模型、滾動優(yōu)化、反饋矯正三個環(huán)節(jié)的控制，其優(yōu)點在于可結(jié)合過去和現(xiàn)在的輸入輸出，同時引入將來的期望輸出，并對將來的控制量進行多步預(yù)測，同時滾動優(yōu)化過程可反復(fù)在線進行，這樣就增強了系統(tǒng)的適用性和抗干擾性，大大提高了控制的精度。
[0097](3)期望輸出的振動規(guī)律的實現(xiàn)
[0098]對于振動臺控制系統(tǒng)，線圈的輸出電流i為輸入量，從動件的位移X為輸出量。要實現(xiàn)期望振動運動規(guī)律即X的特定函數(shù)，必須知道其所對應(yīng)的輸出電流的函數(shù)i。這是一個系統(tǒng)反求的過程，即通過輸出求輸入。因而需要求出系統(tǒng)的逆解模型，從而通過X(t)的函數(shù)求得i(t)。通過求解CARMA模型，很容易得到i(t)。向線圈內(nèi)通入電流i(t)，即可實現(xiàn)所需的運動x(t)。
[0099](4)力控和傳感器的布置
[0100]測試時，加入力傳感器和加速度傳感器，可先后實現(xiàn)加速度控制、力控制、力限控制(加速度和力雙控)三種控制方式。過度依賴界面的加速度控制，可能會造成力載荷的過試驗，力控制一定程度上可以避免過實驗現(xiàn)象的發(fā)生，在此引入力控以及力限控制。
[0101]被測試件31上面安裝有加速度傳感器32用以測試其上面不同點處的加速度響應(yīng)情況。夾具33用以固定被測試件31。力傳感器34安裝在夾具33和擴展臺35之間。力傳感器選用壓電式雙向抗拉壓力傳感器，通過預(yù)緊螺栓可實現(xiàn)傳感器對拉力的測量。此種安裝方式使力傳感器集成在振動臺上，簡化了測試過程。
[0102]被測試件一般具有大尺寸、大質(zhì)量、高質(zhì)心、多自由度的特點，僅用單個傳感器會造成某些頻段的過試驗或欠試驗，因此，振動臺測試系統(tǒng)采用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實現(xiàn)兩個以上傳感器的多點平均控制?？刂泣c的位置的選擇的原則為，避免各點響應(yīng)的一致性和類同性，控制點越多越逼近真實情況。由于擴展臺為對稱結(jié)構(gòu)，可將多個力傳感器均布在同一個圓周上。
[0103]接下來對本發(fā)明中電磁振動臺的旋轉(zhuǎn)支架的結(jié)構(gòu)與安裝方式進行詳細說明。
[0104]振動臺本體41通過螺釘44將銜接件42和支撐架43連接在一起。支撐架43上通過螺釘安裝有軸承支座46。第二轉(zhuǎn)軸48—端通過螺紋連接的方式與銜接件42連接在一起，另一端通過配合的方式與軸承支座46裝配在一起。第二轉(zhuǎn)軸48的軸心經(jīng)過振動臺不加夾具和負載時的重心。第二轉(zhuǎn)軸48的作用是，在調(diào)整振動臺旋轉(zhuǎn)角度時，其可作為轉(zhuǎn)軸，承擔振動臺的重力。防松螺釘47與第二轉(zhuǎn)軸48通過螺紋方式連接，用來防止振動臺在工作時轉(zhuǎn)動。力的傳遞方向為，振動臺本體41和銜接件42的重量傳遞到第二轉(zhuǎn)軸48上，第二轉(zhuǎn)軸48通過與軸承支座46的配合將重力傳遞到軸承支座46上，然后通過軸承支座46與支撐架42之間的螺紋連接方式將力傳遞到支撐架42上。
[0105]支撐架43可以鑄造獲得，也可以焊接成型。支撐架不必按圖中結(jié)構(gòu)形式，起支撐作用即可。通過分布在與振動臺軸線平行的對稱線上的若干螺釘44，銜接件42與振動臺本體41連接在一起。銜接件42不必是圓盤形，只要能在其上面開螺紋孔并與振動臺固定即可。螺釘和彈簧墊圈45間隔特定角度分布在銜接件42上，將銜接件42和支撐架43連接。振動臺旋轉(zhuǎn)時，可以取下。通過不同位置的螺釘與支撐架固定，可以將振動臺保持在一定角度上。
[0106]振動臺一定工作角度的鎖緊可以由兩種方式來實現(xiàn)。第一種是通過銜接件42上分布的螺紋孔。第二種是通過防松螺釘47。
[0107]如電磁振動臺安裝側(cè)視圖所示，銜接件42的圓周上每隔一定角度就有螺紋孔，以安裝螺釘和彈簧墊圈45，使其與支撐架42連接在一起，提高振動臺工作時部件間的剛度。調(diào)整振動臺不同的螺紋孔與支撐架42上的孔對應(yīng)，就可以調(diào)整振動臺傾斜的角度。如在側(cè)視圖所示的情況下，O到360度范圍內(nèi)每隔45度就可對振動臺的角度進行定位。振動臺在由銜接件螺紋孔分布所決定的特定角度下工作時，結(jié)構(gòu)總體剛度要比沒有螺釘連接時大。振動臺在特定角度下工作時，可以同時擰緊防松螺釘47進行工作角度的鎖緊。
[0108]防松螺釘47對振動臺角度鎖緊時，若需要將振動臺固定在不同于上述鎖緊方式的特定傾斜角度，則可以擰緊螺釘47，進而使防松螺釘47通過與支撐架42之間的摩擦防止振動臺轉(zhuǎn)動。當需要旋轉(zhuǎn)振動臺以調(diào)整到合適的工作角度時，先放松螺釘47，然后使振動臺繞第二轉(zhuǎn)軸48轉(zhuǎn)動到指定角度，最后再擰緊防松螺釘47。
[0109]軸承支座46與支撐架42之間的固定方式不唯一，軸承支座46可以固定在側(cè)壁上，也可以固定在下表面上。
[0110]本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)振動臺轉(zhuǎn)軸鎖緊方式的特點在于銜接件。其上分布的用于與支撐架連接的螺紋孔可以根據(jù)實際需要進行設(shè)計加工，靈活方便。且銜接件、轉(zhuǎn)軸和軸承支座的組合可以很好地卸載振動臺重力，繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方式方便調(diào)整姿態(tài)；同時還可以與支撐架連接，以增大工作角度下的剛度，增強鎖緊效果好。
[0111]根據(jù)本發(fā)明提供的一種所述往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件的控制方法，包括步驟:令電磁線圈通電以產(chǎn)生穩(wěn)定或交變的磁場，其中，所述磁場驅(qū)動永磁體通過第一轉(zhuǎn)軸帶動等徑凸輪往復(fù)擺動，等徑凸輪通過成對滾子驅(qū)動滾子固定框架沿導(dǎo)向部件沿直線往復(fù)運動。
[0112]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。
【主權(quán)項】
1.一種往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，其特征在于，包括電磁線圈、滾子固定框架、成對滾子、等徑凸輪、第一轉(zhuǎn)軸、永磁體； 成對滾子緊固連接在滾子固定框架上； 等徑凸輪、永磁體安裝在第一轉(zhuǎn)軸上； 成對滾子包括均與等徑凸輪接觸的上滾子、下滾子，其中，屬于同一成對滾子的上滾子、下滾子之間的軸心連線經(jīng)過等徑凸輪的凸輪回轉(zhuǎn)中心，上滾子、下滾子的半徑相等。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，其特征在于，還包括導(dǎo)向部件； 在電磁線圈的激勵下，永磁體通過第一轉(zhuǎn)軸帶動等徑凸輪往復(fù)擺動，等徑凸輪通過成對滾子驅(qū)動滾子固定框架沿導(dǎo)向部件沿直線往復(fù)運動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，其特征在于，在等徑凸輪往復(fù)擺動的過程中，等徑凸輪與同一上滾子或同一下滾子接觸的凸輪廓形為一連續(xù)函數(shù)曲線段。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，其特征在于，滾子固定框架設(shè)置在電磁線圈的內(nèi)部。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，其特征在于，還包括如下任一種或任多種結(jié)構(gòu): -磁回路結(jié)構(gòu):電磁線圈的外部設(shè)置有磁回路結(jié)構(gòu)，磁回路結(jié)構(gòu)由導(dǎo)磁材料制成； -彈性支撐結(jié)構(gòu):滾子固定框架被支撐在彈性支撐結(jié)構(gòu)上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件，其特征在于，成對滾子的數(shù)量為一對或者多對，其中，多對成對滾子位于同一個平面內(nèi)或者位于多個平面內(nèi)，多對成對滾子的上滾子、下滾子之間的半徑相等； 電磁線圈的數(shù)量為一組或者多組。7.—種共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺，包括電磁振動臺，其特征在于，所述電磁振動臺的驅(qū)動部件采用權(quán)利要求1至6中任一項所述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺，其特征在于，包括支撐架、銜接件、軸承支座、第二轉(zhuǎn)軸； 電磁振動臺、銜接件、支撐架之間依次連接； 銜接件可拆卸連接支撐架； 軸承支座可拆卸連接支撐架； 第二轉(zhuǎn)軸的一端螺紋連接銜接件，第二轉(zhuǎn)軸的另一端裝配軸承支座。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的共軛等徑凸輪型復(fù)合磁能往復(fù)擺振動臺，其特征在于，銜接件上設(shè)置有與支撐架均匹配的多組安裝孔，支撐架安裝于不同組安裝孔中能夠與電磁振動臺形成不同的夾角。10.—種權(quán)利要求1至6中任一項所述的往復(fù)擺振動臺的驅(qū)動部件的控制方法，其特征在于，令電磁線圈通電以產(chǎn)生穩(wěn)定或交變的磁場，其中，所述磁場驅(qū)動永磁體通過第一轉(zhuǎn)軸帶動等徑凸輪往復(fù)擺動，等徑凸輪通過成對滾子驅(qū)動滾子固定框架沿導(dǎo)向部件沿直線往復(fù)運動； 第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速是變化的。
【文檔編號】G01M7/02GK105921392SQ201610423162
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】楊斌堂, 曹逢雨, 謝寶瑩
【申請人】上海交通大學(xué)