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专利名称：模拟柔性构件振动试验的加载装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种加载装置及方法，尤其是一种适用于模拟柔性构件振动试验的加载装置及方法。
背景技术：
柔性机构采用柔性元件代替传统机构中的运动副，避免了机构间的间隙、摩擦、磨损及润滑等复杂问题，具有结构紧凑、体积小、可靠性高等优点，广泛应用于微型并联机器人、微机电系统(MEMS)、微传感器、微定位机械、微操作机械等领域。柔性机构由刚性构件、刚性铰链、柔性构件和柔性铰链4个元素组成，其中柔性构件在机构的功能中起到重要作用。由于柔性机构的固有模态较低，在工作过程中出现的低阶谐振现象会对系统造成较大的�：Γ煌�时，系统中存在的弹性振动也会使运动出现失真情况，尤其是机构中的柔性构件。因此，在柔性机构的设计过程中有必要对主要的柔性构件进行振动模拟试验，研究振动 在构件中的传递特性以及能量分布情况，从而进行结构优化及振动的有效控制。激振器能够提供不同频率的激振力，在振动或强度试验中有着较多的应用。目前使用的激振器是直接固定在试件本体或通过专用的连接杆与试件连接，连接好之后在连接杆的两端用螺帽固定，以防止由于振动而造成的连接松动。但其连接形式和工作过程较为复杂，增加了加载的不稳定性和控制难度，精度较低；另外激振器直接固定于试件本体不适用于模态较低的柔性构件；最主要的是，其输出力或位移较难调节，较难实现恒定的力或位移加载以及在加载撤离后进行振动特性的分析。

发明内容
技术问题本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单、加载稳定、易控制、运动精度和定位精度较高的模拟柔性构件振动试验的加载装置及方法。技术方案本发明的一种模拟柔性构件振动试验的加载装置，包括操作平台、计算机、控制器，所述的操作平台上设有加载力最大值为100N、加载力最小分辨率为O. 05N的位移平台，位移平台的前部设有固定支架，固定支架上设有压力传感器，位移平台的后部设有与控制器导线相连的交流伺服电机，交流伺服电机经联轴器与固定在位移平台上的螺杆机构相连，螺杆机构上设有防尘罩，所述位移平台上设有与控制器导线相连的光栅尺，位移平台的前部表面的两侧距离边缘5 10mm处对称设有多个间距相等的平台螺纹孔，所述的固定支架由底板和设在底板上的U形板组成，固定支架的底板两侧距离边缘ClOmm处对称设有与平台螺纹孔间隔位置相同的多个支架螺纹孔；所述压力传感器的两端中心位置各设有一个螺纹孔，压力传感器的一端通过滚花内六角螺栓连接在固定支架的U形板上，另一端连接有对柔性构件加载的传递杆。所述的位移平台前后两侧对称设有将其固定在操作平台上的L形固定板；所述位移平台的前部表面的两侧距离边缘5 10mm处对称设置的多个间距相等的平台螺纹孔为4飞个；所述固定支架的底板两侧距离边缘5 10mm处对称设置的与平台螺纹孔间隔位置相同的多个支架螺纹孔为2个；所述的压力传感器的型号为GB-SlOkg ;光栅尺的型号为MS30. 23. MK0本发明利用上述加载装置的模拟柔性构件振动试验的加载方法
先将位移平台固定在操作平台上，再将待加载的柔性构件固定在位移平台的前部，调整固定支架在位移平台上的固定位置以及连接在压力传感器上的传递杆的长度，使柔性构件的加载位置与传递杆在一条直线上并紧密接触；
通过计算机设定加载的力或位移值，与计算机相连的控制器将设定的加载量转换为电压信号，经驱动电源放大后驱动位移平台上的交流伺服电机，从而驱动位移平台运动，连接在位移平台上的固定支架随位移平台一起移动，同时连接在固定支架上的压力传感器一端的传递杆对柔性构件进行加载；加载过程中的力和位移量分别由压力传感器和位移平台上的光栅尺直接测得并传给控制器，经控制器处理后上传至计算机，计算机实时显示整个加载过程以及加载的力与位移值之间的关系曲线，并保存曲线图和数据；
当位移平台达到设定加载的力或位移值时，通过计算机给控制器发复位命令，使位移平台复位,从而完成整个加载过程。所述加载的力最大值为100N,位移值为50_。有益效果本发明的模拟柔性构件振动试验的加载装置及方法，主要适用于柔性机构中的柔性构件，如精密定位平台、精密驱动器、机器人末端执行器、高精度加载元件中的柔性构件，尤其是平行导向机构和柔性滑块机构中两端附有刚性元件的柔性构件的加载，且能进行恒定加载，研究在已知载荷或位移下柔性构件中振动的传递和分布情况，弥补了通常激振器提供激振力振幅小、输出较难调节的不足。其结构简单，加载稳定，操作方便，易控制，运动精度和定位精度较高，输出力或位移调节简单，具有广泛的实用性。


图I为本发明的加载装置的结构俯视 图2-1为本发明的固定支架的左视 图2-2为本发明的固定支架的俯视 图3为本发明的加载装置的加载原理框 图4为本发明的实施例中选用的试验构件的示意图。图中1 一操作平台；2—交流伺服电机；3—联轴器；4一防尘罩；5 — L形固定板；6一内六角螺栓；7—位移平台；8—光栅尺；9一平台螺纹孔；10 —固定支架；10_1—固定支架的底板；10_2—U形板；11一支架螺纹孔；12—内六角螺栓；13—通孔；14一滚花内六角螺栓；15—压力传感器；16—传递杆；17—柔性构件；18—计算机；19一控制器；20—驱动电源；21—试验构件；21-1—刚性杆；21-2—铰链。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述
如图I所示，本发明的模拟柔性构件振动试验的加载装置，包括操作平台I、计算机18、控制器19，所述的操作平台I上设有加载力最大值为100N、加载力最小分辨率为O. 05N的位移平台7，位移平台7的前后两侧对称设有将其固定在操作平台I上的L形固定板5，L形固定板5通过内六角螺栓6固定在操作平台I上；位移平台7的前部表面的两侧距离边缘5^10mm处对称设有4飞个间距相等的平台螺纹孔9 ;位移平台7的前部设有固定支架10，固定支架10由底板10-1和设在底板10-1上的U形板10-2组成，固定支架10的底板10-1两侧距离边缘5 10mm处对称设有与平台螺纹孔9间隔位置相同的2个支架螺纹孔11，固定支架10的底板10-1通过内六角螺栓12固定在位移平台7上；固定支架10上设置压力传感器15，压力传感器15的两端中心位置各设有一个螺纹孔，一端通过滚花内六角螺栓14连接在固定支架10的U形板10-2上，另一端连接传递杆16，加载时传递杆16与柔性构件17紧密接触。所述的位移平台7的后部设有与控制器19导线相连的交流伺服电机2，交流伺服电机2经联轴器3与固定在位移平台7上的螺杆机构相连，螺杆机构上设有防尘罩
4;位移平台7上设有与控制器19导线相连的光栅尺8。所述的压力传感器15的型号为GB-SlOkg,光栅尺8的型号为MS30. 23. MK ;位移平 台7的有效行程为50mm，重复定位精度为±7um，加载的力最大值为100N，最小分辨率为O. 05N，位移值最小分辨率为10um。如图2-1、2_2所示，固定支架10由底板10-1和U形板10-2组成，底板10-1两侧距离边缘5 10mm处各有2个支架螺纹孔11，U形板10_2的中心位置开有通孔13用于固定压力传感器15。如图3所示，本发明的模拟柔性构件振动试验的加载方法
先将位移平台7固定在操作平台I上，再将待加载的试验构件21固定在位移平台7的前部，调整固定支架10在位移平台7上的固定位置以及连接在压力传感器15上的传递杆16的长度，使试验构件21的加载位置与传递杆16在一条直线上并紧密接触；
通过计算机18设定加载的力或位移值，与计算机18相连的控制器19将设定的加载量转换为电压信号，经驱动电源20放大后驱动位移平台7上的交流伺服电机2，从而驱动位移平台7运动，连接在位移平台7上的固定支架10随位移平台7 —起移动，同时连接在固定支架10上的压力传感器15 —端的传递杆16对柔性构件17进行加载；加载的力最大值为100N，位移值为50mm。加载过程中的力和位移量分别由压力传感器15和位移平台7上的光栅尺8直接测得并传给控制器19，经控制器19处理后上传至计算机18，计算机18实时显示整个加载过程以及加载的力与位移值之间的关系曲线，并保存曲线图和数据；
当位移平台7达到设定加载的力或位移值时，通过计算机18给控制器19发复位命令，使位移平台7复位，从而完成整个加载过程。本实例中的柔性构件17选用线切割方式加工的试验构件21模拟平行导向机构和柔性滑块机构中两端附有刚性元件的柔性构件的加载。如图4所示，试验构件21选用的加工材料为弹簧钢板65Mn，弹性模量E=210GPa，泊松比U=Q· 3，采用线切割方法加工成的一个整体，主要由刚性杆21-1和铰链21-2组成，刚性杆21-1的尺寸为长度60mm，宽度20mm，厚度2mm ;铰链21-2的尺寸为长度IOmm,宽度20mm,厚度O. 8mm。
权利要求
1.一种模拟柔性构件振动试验的加载装置，包括操作平台(I)、计算机(18)、控制器(19)，其特征在于所述的操作平台(I)上设有加载カ最大值为100N、加载カ最小分辨率为O.05N的位移平台(7)，位移平台(7)的前部设有固定支架(10)，固定支架(10)上设有压力传感器(15)，位移平台(7)的后部设有与控制器(19)导线相连的交流伺服电机(2)，交流伺服电机(2)经联轴器(3)与固定在位移平台(7)上的螺杆机构相连，螺杆机构上设有防尘罩(4)，所述位移平台(7)上设有与控制器(19)导线相连的光栅尺(8)，位移平台(7)的前部表面的两侧距离边缘5 10mm处对称设有多个间距相等的平台螺纹孔(9)，所述的固定支架(10)由底板(10-1)和设在底板(10-1)上的U形板(10-2)组成，固定支架(10)的底板(10-1)两侧距离边缘ClOmm处对称设有与平台螺纹孔(9)间隔位置相同的多个支架螺纹孔(11);所述压カ传感器(15)的两端中心位置各设有ー个螺纹孔，压カ传感器(15)的一端通过滚花内六角螺栓(14)连接在固定支架(10)的U形板(10-2)上，另一端连接有对柔性构件(17)加载的传递杆(16)。
2.根据权利要求I所述的模拟柔性构件振动试验的加载装置，其特征在于所述的位移平台(7)前后两侧对称设有将其固定在操作平台(I)上的L形固定板(5)。
3.根据权利要求I所述的模拟柔性构件振动试验的加载装置，其特征在于所述位移平台(7)的前部表面的两侧距离边缘ClOmm处对称设置的多个间距相等的平台螺纹孔(9)为4 6个。
4.根据权利要求I所述的模拟柔性构件振动试验的加载装置，其特征在于所述固定支架(10)的底板(10-1)两侧距离边缘ClOmm处对称设置的与平台螺纹孔(9)间隔位置相同的多个支架螺纹孔(11)为2个。
5.根据权利要求I所述的模拟柔性构件振动试验的加载装置，其特征在于所述的压力传感器(15)的型号为GB-SlOkg ;光栅尺(8)的型号为MS30.23.MK。
6.ー种利用权利要求1、2或3所述加载装置的模拟柔性构件振动试验的加载方法，其特征在于 先将位移平台(7)固定在操作平台(I)上，再将待加载的柔性构件(17)固定在位移平台(7)的前部，调整固定支架(10)在位移平台(7)上的固定位置以及连接在压カ传感器(15)上的传递杆(16)的长度，使柔性构件(17)的加载位置与传递杆(16)在一条直线上并紧密接触； 通过计算机(18)设定加载的カ或位移值，与计算机(18)相连的控制器(19)将设定的加载量转换为电压信号，经驱动电源(20)放大后驱动位移平台(7)上的交流伺服电机(2)，从而驱动位移平台(7)运动，连接在位移平台(7)上的固定支架(10)随位移平台(7) —起移动，同时连接在固定支架(10)上的压カ传感器(15) —端的传递杆(16)对柔性构件(17)进行加载；加载过程中的力和位移量分别由压力传感器(15)和位移平台(7)上的光栅尺(8)直接测得并传给控制器(19)，经控制器(19)处理后上传至计算机(18)，计算机(18)实时显示整个加载过程以及加载的カ与位移值之间的关系曲线，并保存曲线图和数据； 当位移平台(7)达到设定加载的力或位移值时，通过计算机(18)给控制器(19)发复位命令,使位移平台(7)复位，从而完成整个加载过程。
7.根据权利要求6所述的模拟柔性构件振动试验的加载方法，其特征在于所述加载的力最大值为100N，位移值为50mm。
全文摘要
一种模拟柔性构件振动试验的加载装置及方法，该加载装置包括操作平台、计算机、控制器，操作平台上设有位移平台，位移平台的前部设有固定支架，固定支架上设有压力传感器，压力传感器的一端连接固定支架，另一端连接加载时与柔性构件紧密接触的传递杆；位移平台的后部设有与控制器导线相连的交流伺服电机，交流伺服电机经联轴器与固定在位移平台上的螺杆机构相连，螺杆机构上设有防尘罩；位移平台上设有与控制器导线相连的光栅尺。通过加载装置可对柔性构件进行恒定加载，弥补了通常激振器提供激振力振幅小、输出较难调节的不足，加载稳定、易控制、运动精度和定位精度较高，具有较好的实用性。
文档编号G01M7/02GK102818688SQ20121030697
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者靖洪文, 杨旭旭, 陈坤福, 杨圣奇, 孙盼盼 申请人:中国矿业大学