高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、曲柄盤(pán)、曲柄軸、水平滾動(dòng)導(dǎo)軌、垂直滾動(dòng)直線軸承、立柱、工作臺(tái)、平衡配重和位置傳感器；左、右導(dǎo)柱安裝在基座上，左、右直線軸承分別安裝左、右導(dǎo)柱上，左、右直線軸承在導(dǎo)柱上可上下移動(dòng)；橫梁的兩端分別與左、右直線軸承相連接，水平滾動(dòng)導(dǎo)軌固聯(lián)在橫梁上，導(dǎo)軌水平滑塊在水平滾動(dòng)導(dǎo)軌上可左右移動(dòng)，橫梁上安裝立柱和工作臺(tái)。本機(jī)械系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高加速度低頻正弦線振動(dòng)，彌補(bǔ)離心機(jī)試驗(yàn)的不足，提高研究試驗(yàn)的靈活性，解決現(xiàn)有振動(dòng)臺(tái)低頻段振動(dòng)幅值和振動(dòng)頻率精度低、無(wú)法滿足高精度慣性?xún)x表測(cè)試需要等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性?xún)x表高階誤差項(xiàng)系數(shù)的測(cè)試。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)載高加速度試驗(yàn)狀態(tài)下標(biāo)定慣性?xún)x表的高階誤差項(xiàng)系數(shù)可以提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度，是解決“天地一致性”問(wèn)題的方法。目前常用的有兩種方法:一種是精密離心機(jī)試驗(yàn)，一種是精密低頻線振動(dòng)試驗(yàn)。
[0003]離心機(jī)試驗(yàn)的主要問(wèn)題是角速度高，會(huì)產(chǎn)生有害的干擾力矩將影響對(duì)陀螺儀和陀螺加速度計(jì)的測(cè)試，雖然可以通過(guò)在離心機(jī)一端加裝反轉(zhuǎn)平臺(tái)解決，但這種設(shè)備非常復(fù)雜、誤差源多、試驗(yàn)難度大、成本高。
[0004]低頻線振動(dòng)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)成本低、運(yùn)動(dòng)是線性的、寄生轉(zhuǎn)動(dòng)小，可以完成通常要在離心機(jī)才能完成的標(biāo)定試驗(yàn)，更適合慣性器件的研究階段；在一定程度上可以彌補(bǔ)離心機(jī)測(cè)試的不足。但目前低頻線振動(dòng)試驗(yàn)的主要問(wèn)題精度較低，因現(xiàn)有的振動(dòng)臺(tái)采用電磁振動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)過(guò)載高加速度，但電磁振動(dòng)臺(tái)的突出問(wèn)題是精度不足，特別是低頻段振動(dòng)幅值和振動(dòng)頻率的精度無(wú)法滿足高精度慣性?xún)x表的測(cè)試需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度、高加速度低頻正弦線振動(dòng)，彌補(bǔ)離心機(jī)試驗(yàn)的不足，提高研究試驗(yàn)的靈活性，解決現(xiàn)有振動(dòng)臺(tái)低頻段振動(dòng)幅值和振動(dòng)頻率精度低、無(wú)法滿足高精度慣性?xún)x表測(cè)試需要等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)慣性?xún)x表高階誤差項(xiàng)系數(shù)的測(cè)試。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)如下:一種高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng),包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、曲柄盤(pán)、左、右導(dǎo)柱、曲柄軸、水平滑塊、橫梁、水平滾動(dòng)導(dǎo)軌、左、右垂直滾動(dòng)直線軸承、立柱、工作臺(tái)和位置傳感器，左、右導(dǎo)柱安裝在水平基座上，左、右直線軸承分別安裝左、右導(dǎo)柱上并能夠沿導(dǎo)柱上下移動(dòng)；橫梁的兩端分別與左、右垂直滾動(dòng)直線軸承相連接，水平滾動(dòng)導(dǎo)軌固聯(lián)在橫梁上，導(dǎo)軌水平滑塊在水平滾動(dòng)導(dǎo)軌上左右移動(dòng)，橫梁上安裝立柱，工作臺(tái)安裝在立柱上；水平滑塊與固定于曲柄盤(pán)上的曲柄軸相連接，曲柄盤(pán)中心軸與旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸剛性連接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸上安裝有位置傳感器；當(dāng)曲柄盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄帶動(dòng)導(dǎo)軌水平滑塊運(yùn)動(dòng)，水平滑塊又通過(guò)水平滾動(dòng)導(dǎo)軌和垂直滾動(dòng)直線軸承帶動(dòng)工作臺(tái)沿垂直方向上下移動(dòng)，使工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如式(I)所示:
[0007]X = Asin Θ =Asincot(I)
[0008]X-工作臺(tái)面位移，A-曲柄半徑，
[0009]Θ -曲柄旋轉(zhuǎn)角，ω-曲柄盤(pán)旋轉(zhuǎn)角速度。
[0010]本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征:如上所述實(shí)現(xiàn)高精度低頻線振動(dòng)臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)如下:有效載荷5Kg，頻率:0.ΙΗζ-ΙΟΗζ，頻率穩(wěn)定度2X10_3，振動(dòng)加速度的幅值為0.1g-1Og,幅值穩(wěn)定度2X 10_3,最大工作幅值為土 10cm,畸變?cè)?g條件下小于5X 10_3,在5g_10g條件下小于I X 10_2，共振時(shí)橫向加速度小于0.1g,垂直寄生轉(zhuǎn)動(dòng)小于5 "，水平寄生轉(zhuǎn)動(dòng)小于2"。
[0011]本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
[0012]第一:低頻線振動(dòng)臺(tái)是線性運(yùn)動(dòng)、寄生轉(zhuǎn)動(dòng)小，避免了離心機(jī)試驗(yàn)的諸多問(wèn)題，可用于陀螺儀、擺式積分陀螺加速度計(jì)等慣性?xún)x表的高階非線性誤差項(xiàng)的測(cè)試標(biāo)定，并且試驗(yàn)相對(duì)離心機(jī)簡(jiǎn)單，有著很好的應(yīng)用前景。
[0013]第二:低頻線振動(dòng)臺(tái)正弦線振動(dòng)頻率是由旋轉(zhuǎn)電機(jī)的角頻率決定，與電磁振動(dòng)臺(tái)直接控制正弦振動(dòng)頻率不同，低頻線振動(dòng)臺(tái)通過(guò)恒速控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，這要比控制振動(dòng)頻率更容易實(shí)現(xiàn)精密控制。
[0014]第三:低頻線振動(dòng)臺(tái)正弦振動(dòng)幅值是通過(guò)機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，只要機(jī)械系統(tǒng)精度足夠高就可以實(shí)現(xiàn)要求的精度，與電磁振動(dòng)臺(tái)直接控制正弦振動(dòng)幅值需要實(shí)時(shí)校正采樣正弦波形上的每一點(diǎn)不同，控制系統(tǒng)是通過(guò)恒速控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度再加上適當(dāng)?shù)恼穹O(jiān)控修正更容易保證正弦波形精度。
[0015]第四:所實(shí)現(xiàn)的高精度正弦振動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)采用曲柄、水平滾動(dòng)導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)套的組合結(jié)構(gòu)，具有創(chuàng)新性、精度保持性長(zhǎng)、傳動(dòng)效率高、噪聲低、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]如圖1所示，一種高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、曲柄盤(pán)
1、左、右導(dǎo)柱3.4、曲柄軸5、水平滑塊6、橫梁7、水平滾動(dòng)導(dǎo)軌8、左、右垂直滾動(dòng)直線軸承9.10、立柱11、工作臺(tái)12和位置傳感器，左、右導(dǎo)柱3.4安裝在水平基座13上，左、右直線軸承9.10分別安裝左、右導(dǎo)柱3.4上并能夠沿導(dǎo)柱上下移動(dòng)；橫梁7的兩端分別與左、右垂直滾動(dòng)直線軸承9.10相連接，水平滾動(dòng)導(dǎo)軌8固聯(lián)在橫梁7上，導(dǎo)軌水平滑塊6在水平滾動(dòng)導(dǎo)軌8上左右移動(dòng)，橫梁7上安裝立柱11，工作臺(tái)12安裝在立柱11上；水平滑塊6與固定于曲柄盤(pán)I上的曲柄軸5相連接，曲柄盤(pán)I中心軸與旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸2剛性連接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸2上安裝有位置傳感器；當(dāng)曲柄盤(pán)I轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄帶動(dòng)導(dǎo)軌水平滑塊6運(yùn)動(dòng)，水平滑塊6又通過(guò)水平滾動(dòng)導(dǎo)軌8和垂直滾動(dòng)直線軸承9.10帶動(dòng)工作臺(tái)12沿垂直方向上下移動(dòng)，使工作臺(tái)12的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如式(I)所示:
[0019]X = Asin Θ =Asincot(I)
[0020]X-工作臺(tái)面位移，A-曲柄半徑，
[0021]Θ -曲柄旋轉(zhuǎn)角，ω-曲柄盤(pán)旋轉(zhuǎn)角速度，
[0022]當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)曲柄以ω旋轉(zhuǎn)時(shí)可以寫(xiě)為:
[0023]工作臺(tái)面位移:X= Asin Θ =Asincot
[0024]工作臺(tái)面位移速度-.1c = Αω cos ω?，
[0025]工作臺(tái)面位移加速度I = -Jiy2Sincrf
[0026]取A = 0.03m時(shí)，加速度幅值和頻率的相互關(guān)系如表I所示。
[0027]表1加速度幅值和頻率的相互關(guān)系(A = 0.03m)
[0028]

【權(quán)利要求】
1.一種高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、曲柄盤(pán)、左、右導(dǎo)柱、曲柄軸、水平滑塊、橫梁、水平滾動(dòng)導(dǎo)軌、左、右垂直滾動(dòng)直線軸承、立柱、工作臺(tái)和位置傳感器，其特征在于，左、右導(dǎo)柱安裝在水平基座上，左、右直線軸承分別安裝左、右導(dǎo)柱上并能夠沿導(dǎo)柱上下移動(dòng)；橫梁的兩端分別與左、右垂直滾動(dòng)直線軸承相連接，水平滾動(dòng)導(dǎo)軌固聯(lián)在橫梁上，導(dǎo)軌水平滑塊在水平滾動(dòng)導(dǎo)軌上左右移動(dòng)，橫梁上安裝立柱，工作臺(tái)安裝在立柱上；水平滑塊與固定于曲柄盤(pán)上的曲柄軸相連接，曲柄盤(pán)中心軸與旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸剛性連接，旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸上安裝有位置傳感器；當(dāng)曲柄盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄帶動(dòng)導(dǎo)軌水平滑塊運(yùn)動(dòng)，水平滑塊又通過(guò)水平滾動(dòng)導(dǎo)軌和垂直滾動(dòng)直線軸承帶動(dòng)工作臺(tái)沿垂直方向上下移動(dòng)，使工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如式⑴所示: X = Asin Θ =Asincot(I) X-工作臺(tái)面位移，A-曲柄半徑， Θ -曲柄旋轉(zhuǎn)角，ω-曲柄盤(pán)旋轉(zhuǎn)角速度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高精度高加速度低頻正弦線振動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)有效載荷5Kg，頻率:0.ΙΗζ-ΙΟΗζ，頻率穩(wěn)定度2X10—3，振動(dòng)加速度的幅值為0.1g-1OgJg值穩(wěn)定度2 X 10_3,最大工作幅值為土 10cm,畸變?cè)?g條件下小于5 X 10_3,在5g_10g條件下小于1X10_2，共振時(shí)橫向加速度小于0.lg，垂直寄生轉(zhuǎn)動(dòng)小于5"，水平寄生轉(zhuǎn)動(dòng)小于2"。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104180820SQ201410406049
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】于志偉, 曾鳴, 劉雨, 任順清, 蘇寶庫(kù) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)