1.本发明涉及，具体地，涉及一种调节力载荷的振动试验装置及方法。
背景技术：2.随着振动试验技术的不断发展以及对零部件可靠性要求的提高，使得振动试验测试任务大幅增加，对试件的检测需求也越来越多。很多试件涉及到不同状态、不同载荷环境下的振动试验测试，其中就包括力载荷环境下的振动响应分析。试件在力载荷的作用下状态会发生变化，其振动响应情况也随之改变，这种在不同力载荷状态下的振动响应分析对试件的优化设计和校核具有重要意义。现行的试验方法一般是试验前先将试件加载并通过夹具使其保持在所需的力载荷状态下再进行振动试验，这使得在试验时每一个不同力载荷要求都将带来繁琐的拆装和加载操作，不利于试验的高效进行；这种试验方法也无法做到在振动试验过程中实时改变试件的力载荷状态，无法满足一些试件的测试要求；同时，试验时试件的振动量级和力载荷没有关联，这也带来了很大的安全风险。因此，需要一种可以在振动试验中实时调节试件的力载荷状态，且具有安全防护功能的试验装置及实现方法。
3.专利文献cn211729606u公开了一种振动台，包括底座；上平台，支撑于所述底座；至少一组振动电机组，安装于所述上平台朝向所述底座的一侧，每一所述振动电机组包括两个振动电机，所述两个振动电机沿所述上平台平行于第一方向的中心线对称设置，且所述两个振动电机的旋转方向相反。但该方案没有考虑试件的力载荷，即当需要测试不同力载荷条件下的试件时，还需多次拆卸和加载，以便调节力载荷。
技术实现要素：4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种调节力载荷的振动试验装置及方法。
5.根据本发明提供的一种调节力载荷的振动试验装置，包括振动台、试件夹具、第一加载板、第二加载板、直线驱动器、传感器组件以及控制系统；
6.所述试件夹具设置有振动台安装位与试件安装位；所述试件夹具通过振动台安装位安装在所述振动台上，所述试件安装位用于可拆卸的安装试件；
7.所述试件的一端与所述第一加载板可拆卸连接，所述试件的另一端与所述第二加载板可拆卸连接；
8.所述直线驱动器包括驱动端与运动端，所述驱动端能够驱动所述运动端伸缩运动；所述驱动端与所述第一加载板连接，所述运动端与所述第二加载板连接；
9.所述传感器组件、振动台均与控制系统电连接，所述传感器组件用于测量振动台和/或直线驱动器的加载物理量。
10.优选的，还包括紧固件；
11.所述试件的一端通过紧固件与所述第一加载板可拆卸连接，所述试件的另一端通过紧固件与所述第二加载板可拆卸连接；
12.优选的，还包括紧固件；
13.所述试件夹具通过紧固件在所述振动台上；所述试件通过紧固件安装在所述试件夹具上；
14.优选的，还包括紧固件；
15.所述驱动端与所述第一加载板通过所述紧固件连接，所述运动端与所述第二加载板通过所述紧固件连接。
16.优选的，所述紧固件为螺钉结构。
17.优选的，所述传感器组件包括加速度传感器，所述加速度传感器安装在试件夹具、第一加载板、第二加载板或试件上。
18.优选的，所述传感器组件包括力传感器，所述力传感器安装在所述试件上，用于测量所述直线驱动器的运动端伸缩运动时通过第二加载板施加到试件上的力。
19.优选的，所述试件为推力轴承。
20.根据本发明提供的一种调节力载荷的振动试验方法，采用所述的调节力载荷的振动试验装置，还包括如下步骤：
21.s1、检查振动台、试件夹具、加载板、试件、直线驱动器、紧固件、力传感器、加速度传感器以及控制系统的状态；
22.s2、将试件夹具通过紧固件固定在振动台上，然后将试件通过紧固件固定在试件夹具上。
23.s3、将第一加载板通过紧固件固定在试件的一侧，然后将一个或多个直线驱动器的一端通过紧固件固定在第一加载板上，之后将第二加载板通过紧固件固定在试件的另一侧，最后通过紧固件将直线驱动器的加载杆端固定在第二加载板上。
24.s4、将加速度传感器、力传感器分别安装在试件夹具、试件上，使他们能准确反映试件的振动和力载荷情况。
25.s5、启动控制器，输入期望的振动波形和力载荷谱，开始试验。
26.s6、控制器根据期望的振动波形和力载荷谱输出信号，控制振动台振动和直线驱动器运动，进而通过试件夹具和加载板对试件施加振动载荷和力载荷，同时通过加速度传感器和力传感器采集加速度和力信号，再根据采集的信号和期望的振动波形和力载荷谱修正输出信号，使得试件的振动和力载荷满足试验设计要求。
27.s7、在预设的试验完成时，控制系统会即时复位直线驱动器并停止振动台。
28.s8、控制系统输出采集的试验数据，完成本次试验。
29.优选的，所述直线驱动器的数量为4个。
30.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
31.1、本发明可以在振动试验中通过直线驱动器实时调节试件的力载荷状态，以满足试件的检测需求。
32.2、本发明具有安全防护功能，可以在振动试验发生异常时卸载直线驱动器传递给试件的力，同时终止振动试验，以保护人员和设备。
附图说明
33.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、
目的和优点将会变得更明显：
34.图1为本发明的结构示意图；
35.图2为本发明的原理框图示意图。
36.图中示出：
[0037][0038]
具体实施方式
[0039]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0040]
本发明提供了一种调节力载荷的振动试验装置，如图1所示，包括振动台1、试件夹具2、第一加载板31、第二加载板32、直线驱动器5、传感器组件以及控制系统；
[0041]
所述试件夹具2设置有振动台安装位8与试件安装位9；所述试件夹具2通过振动台安装位8安装在所述振动台1上，所述试件安装位9用于可拆卸的安装试件4；
[0042]
所述试件4的一端与所述第一加载板31可拆卸连接，所述试件4的另一端与所述第二加载板32可拆卸连接；
[0043]
所述直线驱动器5包括驱动端与运动端，所述驱动端能够驱动所述运动端伸缩运动；所述驱动端与所述第一加载板31连接，所述运动端与所述第二加载板32连接；在一个优选例中，所述运动端为加载杆10。
[0044]
所述传感器组件、控制系统、振动台1电连接，所述传感器组件用于测量与监测振动台1和/或直线驱动器5的加载物理量。
[0045]
所述的调节力载荷的振动试验装置，还包括紧固件6；所述试件4的一端通过紧固件6与所述第一加载板31可拆卸连接，所述试件4的另一端通过紧固件6与所述第二加载板32可拆卸连接；所述试件夹具2通过紧固件6在所述振动台1上；所述试件4通过紧固件6安装在所述试件夹具2上；所述驱动端与所述第一加载板31通过所述紧固件6连接，所述运动端与所述第二加载板32通过所述紧固件6连接。在一个优选例中，所述紧固件6为螺钉结构。
[0046]
所述传感器组件包括加速度传感器，所述加速度传感器安装在试件夹具2、第一加载板31、第二加载板32或试件4上。
[0047]
所述传感器组件包括力传感器，所述力传感器安装在所述试件4上，用于测量所述直线驱动器5的运动端伸缩运动时通过第二加载板32施加到试件4上的力。在一个优选例
中，所述试件4为推力轴承，所述力传感器安装在所述推力轴承所具有的端部法兰7上。
[0048]
也就是说，本发明提供的调节力载荷的振动试验装置，所述试件4通过试件夹具2和紧固件6固定在振动台1上，试件4和直线驱动器5通过紧固件6固定在两块加载板之间，力传感器及加速度传感器安装在试件试验所需的位置上；
[0049]
在一个优选例中，所述试件夹具2为铝合金材料，在不与紧固件6干涉的前提下，还设置有若干加强筋，所述试件夹具2还预留出了直线驱动器5所需的空间；所述第一加载板31与第二加载板32，均为铝合金材料，厚度≥20mm，且两加载板的法向与试件4所需力载荷方向平行；多个所述直线驱动器5沿试件4的周向均匀分布在两加载板之间，且能够输出正反两个方向的力载荷，且所述直线驱动器5的最大输出应≥1.5*f/n，其中f为试件所需力载荷的最大值，n为均匀分布的直线驱动器数量；优选的，所述n为4；
[0050]
由于所述传感器组件、控制系统、振动台1电连接，因此在振动试验进行中可通过控制系统按需要改变直线驱动器4的输出，进而改变试件的力载荷状态；同时，传感器组件还起到监测作用，在试验发生异常时，传感器组件检测到异常数值，所述控制系统能够及时卸载直线驱动器5传递给试件的力并停止振动试验；卸载完成直线驱动器5的力后，所述试件4便在轴向上不受力。
[0051]
如图2所示，控制器根据期望的振动波形和力载荷谱输出信号，可经由功率放大器驱动振动台1和直线驱动器5，进而通过试件夹具2和两加载板对试件4施加振动载荷和力载荷，同时通过设置在试件合适位置的加速度传感器和力传感器采集加速度和力信号，再根据采集的信号和期望的振动波形和力载荷谱修正输出信号，最终实现试件4的振动试验中调节力载荷的需求。
[0052]
本发明还提供了一种调节力载荷的振动试验方法，采用所述的调节力载荷的振动试验装置，还包括如下步骤：
[0053]
s1、检查振动台1、试件夹具2、第一加载板31、第二加载板32、试件4、直线驱动器5、紧固件6、力传感器、加速度传感器以及控制系统的状态，此时可以启动需要启动的设备，如振动台的功率放大器，振动台气囊的气源及相关冷却系统。得注意的是，此时直线驱动器5处于初始状态，且整体长度与所述试件4的长度相等，此时直线驱动器5处于即可伸长，也可缩短的中间位置。
[0054]
s2、将试件夹具2通过紧固件6固定在振动台1上，然后将试件4通过紧固件6固定在试件夹具2上。
[0055]
s3、将第一加载板31通过紧固件6固定在试件4的一侧，然后将一个或多个直线驱动器5的一端通过紧固件6依次固定在第一加载板31上，之后将第二加载板32通过紧固件6固定在试件4的另一侧，最后通过紧固件6将直线驱动器5的加载杆10端固定在第二加载板32上。优选的，所述直线驱动器5的数量为4个。
[0056]
s4、将加速度传感器、力传感器分别安装在试件夹具2、试件4上，使其能准确反映试件4的振动和力载荷情况。
[0057]
s5、启动控制器，输入期望的振动波形和力载荷谱，开始试验。
[0058]
s6、控制器根据期望的振动波形和力载荷谱输出信号，控制振动台1振动和直线驱动器5运动，进而通过试件夹具2和两加载板对试件4施加振动载荷和力载荷，同时通过加速度传感器和力传感器采集加速度和力信号，再根据采集的信号和期望的振动波形和力载荷
谱修正输出信号，使得试件4的振动和力载荷满足试验设计要求。
[0059]
s7、在预设的试验完成时，控制系统会即时复位直线驱动器5至初始状态并停止振动台。在复位直线驱动器5处于初始状态时，由于复位直线驱动器5整体长度与所述试件4的长度相等，因此复位直线驱动器5不受轴向力。
[0060]
s8、控制系统输出采集的试验数据，完成本次试验。
[0061]
值得注意的是，由于加速度传感器与力传感器还起到监测作用，在试验发生异常时，传感器组件检测到异常数值，如振动控制曲线超差过大或加速度和力载荷超出设定的安全范围，控制系统也会即时复位直线驱动器5至初始状态并停止振动台。或当操作人员手动停止设备时，控制系统也会即时复位直线驱动器5至初始状态并停止振动台。
[0062]
本发明的工作原理如下：
[0063]
开始试验时控制器根据期望的振动波形和力载荷谱输出信号，控制器直接(或经由功率放大器)驱动振动台和直线驱动器，进而通过试件夹具和加载板对试件施加振动载荷和力载荷，同时通过设置在试件合适位置的加速度传感器和力传感器采集加速度和力信号，再根据采集的信号和期望的振动波形和力载荷谱修正输出信号，最终实现试件的振动试验中调节力载荷的需求；本发明可以在振动试验中实时调节试件的力载荷状态，以满足试件的检测需求，并且具有安全防护功能，可以在振动试验发生异常时卸载直线驱动器5传递给试件的力，同时终止振动试验，以保护人员和设备。
[0064]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0065]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
技术特征：1.一种调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，包括振动台(1)、试件夹具(2)、第一加载板(31)、第二加载板(32)、直线驱动器(5)、传感器组件以及控制系统；所述试件夹具(2)设置有振动台安装位(8)与试件安装位(9)；所述试件夹具(2)通过振动台安装位(8)安装在所述振动台(1)上，所述试件安装位(9)用于可拆卸的安装试件(4)；所述试件(4)的一端与所述第一加载板(31)可拆卸连接，所述试件(4)的另一端与所述第二加载板(32)可拆卸连接；所述直线驱动器(5)包括驱动端与运动端，所述驱动端能够驱动所述运动端伸缩运动；所述驱动端与所述第一加载板(31)连接，所述运动端与所述第二加载板(32)连接；所述传感器组件、振动台(1)均与控制系统电连接，所述传感器组件用于测量振动台(1)和/或直线驱动器(5)的加载物理量。2.根据权利要求1所述的调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，还包括紧固件(6)；所述试件(4)的一端通过紧固件(6)与所述第一加载板(31)可拆卸连接，所述试件(4)的另一端通过紧固件(6)与所述第二加载板(32)可拆卸连接。3.根据权利要求1所述的调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，还包括紧固件(6)；所述试件夹具(2)通过紧固件(6)在所述振动台(1)上；所述试件(4)通过紧固件(6)安装在所述试件夹具(2)上。4.根据权利要求1所述的调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，还包括紧固件(6)；所述驱动端与所述第一加载板(31)通过所述紧固件(6)连接，所述运动端与所述第二加载板(32)通过所述紧固件(6)连接。5.根据权利要求2或3或4所述的调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，所述紧固件(6)为螺钉结构。6.根据权利要求1所述的调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，所述传感器组件包括加速度传感器，所述加速度传感器安装在试件夹具(2)、第一加载板(31)、第二加载板(32)或试件(4)上。7.根据权利要求1所述的调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，所述传感器组件包括力传感器，所述力传感器安装在所述试件(4)上，用于测量所述直线驱动器(5)的运动端伸缩运动时通过第二加载板(32)施加到试件(4)上的力。8.根据权利要求1所述的调节力载荷的振动试验装置，其特征在于，所述试件(4)为推力轴承。9.一种调节力载荷的振动试验方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的调节力载荷的振动试验装置，还包括如下步骤：s1、检查振动台(1)、试件夹具(2)、第一加载板(31)、第二加载板(32)、试件(4)、直线驱动器(5)、紧固件(6)、力传感器、加速度传感器以及控制系统的状态；s2、将试件夹具(2)通过紧固件(6)固定在振动台(1)上，然后将试件(4)通过紧固件(6)固定在试件夹具(2)上。s3、将第一加载板(31)通过紧固件(6)固定在试件(4)的一侧，然后将一个或多个直线驱动器(5)的一端通过紧固件(6)固定在第一加载板(31)上，之后将第二加载板(32)通过紧固件(6)固定在试件(4)的另一侧，最后通过紧固件(6)将直线驱动器(5)的加载杆(10)端固定在第二加载板(32)上。
s4、将加速度传感器、力传感器分别安装在试件夹具(2)、试件(4)上，使他们能准确反映试件(4)的振动和力载荷情况。s5、启动控制器，输入期望的振动波形和力载荷谱，开始试验。s6、控制器根据期望的振动波形和力载荷谱输出信号，控制振动台(1)振动和直线驱动器(5)运动，进而通过试件夹具(2)和两加载板对试件(4)施加振动载荷和力载荷，同时通过加速度传感器和力传感器采集加速度和力信号，再根据采集的信号和期望的振动波形和力载荷谱修正输出信号，使得试件(4)的振动和力载荷满足试验设计要求。s7、在预设的试验完成时，控制系统会即时复位直线驱动器并停止振动台。s8、控制系统输出采集的试验数据，完成本次试验。10.根据权利要求9所述的调节力载荷的振动试验方法，其特征在于，所述直线驱动器(5)的数量为4个。
技术总结本发明提供了一种调节力载荷的振动试验装置及方法。所述调节力载荷的振动试验装置，包括振动台、试件夹具、加载板、试件、直线驱动器、紧固件、力传感器和控制系统；所述试件通过试件夹具和紧固件固定在振动台上，试件和直线驱动器通过紧固件固定在两块加载板之间，力传感器安装在试件试验所需的位置上；本发明可以在振动试验中实时调节试件的力载荷状态，以满足试件的检测需求，并且具有安全防护功能，可以在振动试验发生异常时卸载力，同时终止振动试验，以保护人员和设备。以保护人员和设备。以保护人员和设备。
技术研发人员：盛鹏 王肇喜 管耀耀 翟师慧 吴佳伟 黄跃进
受保护的技术使用者：上海航天精密机械研究所
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
