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专利名称：一种运载火箭仪器舱振动试验夹具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，特别是涉及一种固有频率提高到IOOHz以上，满足试验要求的运载火箭仪器舱振动试验夹具。
背景技术：
试验夹具是振动试验中重要的一环，它的设计、制造、安装关系到试验的质量。振动台的运动部分包括动圈和台面，台面上均布许多螺纹孔，通过螺钉将振动夹具固定在台面上，试件连接在夹具上，所以，夹具的主要功能是:连接或固定试件、传递力或加速度等振动参数、保持试件振动方向。由于它既是一个连接的过渡件，又是一个传力部件，夹具设计的好坏直接影响试验效果。作为连接过渡装置夹具设计必须了解1、产品、振动台面上的孔位和螺栓孔的尺寸；2、振动台台面最大可承受的总重量；3、振动台的额定推力；4、产品、振动台面与夹具连接螺钉的预紧力。作为传力部件还应满足重量轻、刚度大、频率高等要求，对于大型夹具还要求其一阶响应频率高于大型试验件的一阶响应频率三倍以上。试验件是运载火箭仪器舱，其直径很大，约为3.1米左右。仪器舱壁为圆筒形结构，仪器舱内仪器设备均安装在舱壁上，它们在火箭起飞时受到的振动是经舱壁输入的，所以在模拟飞行环境的振动试验中整舱的振动条件是通过振动台、夹具输入到仪器舱下端框的。目前已知的直径3米以上的大型夹具在底面固支状态下，一阶共振频率均低于100Hz，而大型舱段的振动试验频率范围一般为5Hz — 100Hz，显然以前的大型夹具一阶共振频率在试验频带以内，很难保证其一阶响应频率高于大型试验件的一阶响应频率三倍以上的要求(大型试验件的纵向一阶频率多出现在20Hz — 40Hz)。因此亟需提供一种固有频率提高到IOOHz以上，满足试验要求的运载火箭仪器舱振动试验夹具。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种固有频率提高到IOOHz以上，满足试验要求的运载火箭仪器舱振动试验夹具。为解决上述技术问题，本实用新型一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，包括环形的上端面、方形的下端面，以及连接上下端面的侧壁；侧壁在下端面之上形成圆形；上端面和下端面上均设有若干螺栓孔；侧壁上沿周向均匀设有若干个连接上下端面的加强筋；上端面的外径为2.5米 3.5米；侧壁厚度大于20mm ;侧壁厚度、上下端面厚度与加强筋厚度的比例关系约为1:2:2 ;试验夹具的高度与上端面外径的比小于1:5，与侧壁在下端面之上形成圆形的直径的比小于1:3。[0014]加强筋与上下端面衔接位置都设有过渡圆角，过渡圆角的直径为大于等于10mm。加强筋的数量为12 20个。加强筋的数量为16个。上端面外径为3.2米，下端面的边长为2.06米。本实用新型充分利用振动台台面及试验件的试验条件输入面的结构特点，运用有限元分析软件，通过对模态频率、抗倾覆力矩、螺栓抗拉、抗剪应力等方面的充分预试、计算，设计出了适用于运载火箭仪器舱及类似结构试验件(如:火箭的上面级)的振动试验夹具。本实用新型在不增加重量的情况下，通过分析对加强筋、各部位尺寸、连接螺钉合理分布、控制，增加夹具的刚度，将夹具一阶固有频率提高到IOOHz以上，使之满足试验要求。本实用新型完全满足振动试验要求，同时，可以承接CZ系列大型振动试验，有一定的通用性。在此夹具面的基础上，转接更大尺寸的焊接夹具，还可完成其它产品的振动试验。

图1为本实用新型所提供的运载火箭仪器舱振动试验夹具的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型要适用于30吨振动台。由于双星整流罩质量重7.5吨，重心4.2米，是国内最大重量单台振动试验。为确保试验顺利实施，对夹具的设计提出很高的要求。双星整流罩振动试验的频率范围5-lOOHz，鉴定级的量级为峰值加速度0.8g。包括环形的上端面、方形的下端面，以及连接上下端面的侧壁；侧壁在下端面之上形成圆形；上端面和下端面上均设有若干螺栓孔；侧壁上沿周向均匀设有若干个连接上下端面的加强筋；上端面的外径为2.5米 3.5米；侧壁厚度大于20mm ;侧壁厚度、上下端面厚度与加强筋厚度的比例关系约为1:2:2 ;试验夹具的高度与上端面外径的比小于1:5，与侧壁在下端面之上形成圆形的直径的比小于1:3。优选上端面外径为3.2米，下端面的边长为2.06米。加强筋的数量为12 20个，优选16个。加强筋与上下端面衔接位置都设有过渡圆角，过渡圆角的直径为大于等于10mm。与振动台连接方面，为了增加连接刚度，加大夹具底面连接面积及连接螺钉数量达52个。本实用新型在总重量未增加的情况下，夹具底面全固支状态一阶频率大幅提高到145Hz。振动台台面能够承受的倾覆力矩为6.25E5N*m。大于试验的最大倾覆力矩,但是比较接近，所以试验中要监控质心处峰值加速度响应放大倍数不超过2倍的情况下，试验可以安全进行。螺栓的材料选用45号钢，材料参数如下:弹性模量E=200GPa，波松比y = 0.3，密度P=7800kg/m3。螺栓直径M20，数量52个，按照30吨滑台台面安装尺寸分布。夹具的螺栓连接承受的最大Mise应力为306MPa，小于M20性能等级6.8级螺栓的抗拉强度600MPa。试验中可以采用性能等级8.8级以上，抗拉强度大于SOOMPa的螺栓。夹具的螺栓连接承受的最大剪切应力151MPa，小于6.8级螺栓的剪切强度。在制造上除了重量，阻尼也是夹具选材的一个因素，较大的阻尼可以减少夹具的输入输出比，减小夹具在共振频率上的放大。另外还要综合考虑价格和加工的难易等因素，所以，我们选用铝作为夹具制造的材料。铸造夹具适用于复杂和大型的试验件并且铸件的阻尼比较大，这也有利于减小夹具在共振频率上的放大，所以，制作方式采用铸造。
权利要求1.一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，其特征在于:包括环形的上端面、方形的下端面，以及连接上下端面的侧壁；侧壁在下端面之上形成圆形；所述上端面和下端面上均设有若干螺栓孔；侧壁上沿周向均匀设有若干个连接上下端面的加强筋；上端面的外径为2.5米 3.5米；侧壁厚度大于20mm ;侧壁厚度、上下端面厚度与加强筋厚度的比例关系约为1:2:2 ;所述试验夹具的高度与上端面外径的比小于1:5，与侧壁在下端面之上形成圆形的直径的比小于1:3。
2.根据权利要求1所述的一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，其特征在于:所述加强筋与上下端面衔接位置都设有过渡圆角，所述过渡圆角的半径为大于等于10mm。
3.根据权利要求1所述的一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，其特征在于:所述加强筋的数量为12 20个。
4.根据权利要求3所述的一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，其特征在于:所述加强筋的数量为16个。
5.根据权利要求1所述的一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，其特征在于:所述上端面外径为3.2米，所述下端面的边长为2.06米。
专利摘要本实用新型涉及一种运载火箭仪器舱振动试验夹具，包括环形的上端面、方形的下端面，以及连接上下端面的侧壁；侧壁在下端面之上形成圆形；上端面和下端面上均设有若干螺栓孔；侧壁上沿周向均匀设有若干个连接上下端面的加强筋；上端面的外径为2.5米～3.5米；侧壁厚度大于20mm；侧壁厚度、上下端面厚度与加强筋厚度的比例关系约为1:2:2；试验夹具的高度与上端面外径的比小于等于1:5，与侧壁在下端面之上形成圆形的直径的比小于1:3。本实用新型将夹具一阶固有频率提高到100Hz以上，使之满足试验要求。本实用新型可以承接CZ系列大型振动试验，有一定的通用性。
文档编号G01M7/02GK202947849SQ201220546208
公开日2013年5月22日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者毕京丹, 周天朋 申请人:北京强度环境研究所, 中国运载火箭技术研究院