專利名稱：解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種完全解耦的三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型在橫截面內(nèi)的水平振動(dòng)、鉛直振動(dòng)、扭擺振動(dòng)以及以上三種強(qiáng)迫振動(dòng)是自由組合振動(dòng)， 并且攻角可以調(diào)節(jié)。應(yīng)用于橋梁節(jié)段模型在風(fēng)洞流場(chǎng)中的振動(dòng)特性及破壞機(jī)理研究。
背景技術(shù)：
在風(fēng)洞流場(chǎng)中，橋梁節(jié)段模型在強(qiáng)迫振動(dòng)下的截面力學(xué)參數(shù)檢測(cè)及分析研究，可以得到橋梁節(jié)段模型的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)，是研究橋梁振動(dòng)破壞的重要手段。實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型在風(fēng)洞中的強(qiáng)迫振動(dòng)存在解耦困難、跨距大、兩側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)同步性差、振動(dòng)波形精度差等諸多技術(shù)難題。本發(fā)明從根本上解決了橋梁節(jié)段模型三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)的解耦問(wèn)題，橋梁節(jié)段模型的水平振動(dòng)、鉛直振動(dòng)和扭擺振動(dòng)各自獨(dú)立，可以實(shí)現(xiàn)不同頻率、振幅以及初始相位的以上三種強(qiáng)迫振動(dòng)的自由組合振動(dòng)，共有7種不同形式的振動(dòng)，并且攻角可以調(diào)節(jié)，兩側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)之間的跨距達(dá)到了 4m，三種振動(dòng)均通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)振動(dòng)的精確同步，同時(shí)，通過(guò)伺服電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)波形的精確插補(bǔ)，振動(dòng)波形非常接近標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，完全可以滿足大尺度橋梁節(jié)段模型的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)橋梁節(jié)段模型在風(fēng)場(chǎng)中的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究需求，提供一種完全解耦的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大跨距下橋梁節(jié)段模型的水平振動(dòng)、鉛直振動(dòng)、扭擺振動(dòng)以及以上三種強(qiáng)迫振動(dòng)是自由組合振動(dòng)，并且攻角可以調(diào)節(jié)。本發(fā)明采用如下技術(shù)特征全解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，包括外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、 模型支撐系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)稱布置在風(fēng)洞兩側(cè)，模型支撐系統(tǒng)分別與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)連接，模型支撐系統(tǒng)與檢測(cè)系統(tǒng)連接，檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)、外模型連接板與橋梁節(jié)段模型連接，外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型的同步三自由度正弦振動(dòng)。本發(fā)明還具有如下特征I、所述的檢測(cè)系統(tǒng)包括兩個(gè)六維力傳感器、位移傳感器和檢測(cè)/控制單元，兩個(gè)六維力傳感器、位移傳感器分別與檢測(cè)/控制單元電信號(hào)連接，位移傳感器安裝在橋梁節(jié)段模型上。2、所述的模型支撐系統(tǒng)包括內(nèi)開口固定套、內(nèi)遮風(fēng)板、內(nèi)鎖扣、內(nèi)伸縮連接桿、內(nèi)虎克鉸鏈、外開口固定套、外遮風(fēng)板、外鎖扣、外伸縮連接桿、外虎克鉸鏈和中間軸，內(nèi)開口固定套與內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸固定連接；內(nèi)遮風(fēng)板套在內(nèi)伸縮連接桿上并安裝在內(nèi)開口固定套與內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸的連接處，內(nèi)伸縮連接桿能夠在內(nèi)開口固定套內(nèi)沿軸向伸縮，調(diào)整好長(zhǎng)度后由內(nèi)鎖扣鎖緊；外開口固定套與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸固連，外遮風(fēng)板套在外伸縮連接桿上并安裝在外開口固定套與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸的連接處，外伸縮連接桿能夠在外開口固定套內(nèi)沿軸向伸縮，調(diào)整好長(zhǎng)度后由外鎖扣鎖緊；中間軸的兩端分別與內(nèi)、外伸縮連接桿的一端固定連接；內(nèi)、外模型連接板的一端分別與橋梁節(jié)段模型固定連接，內(nèi)模型連接板的另外一端與第一六維力傳感器固定連接；外模型連接板的另外一端與第二六維力傳感器固定連接；內(nèi)虎克鉸鏈的一端與第一六維力傳感器固定連接，內(nèi)虎克鉸鏈的另外一端與內(nèi)伸縮連接桿的一端固定連接，外虎克鉸鏈的一端與第二六維力傳感器固定連接，外虎克鉸鏈的另外一端與外伸縮連接桿的一端固定連接。3、所述的外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)包括、機(jī)架、水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)、小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器、XY滑動(dòng)支架、 鎖緊機(jī)構(gòu)和攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由偏心輪式可調(diào)曲柄、連桿、Y形推桿、 水平振動(dòng)直線軸承座和水平振動(dòng)支架組成，水平振動(dòng)直線軸承座和水平振動(dòng)支架固定在機(jī)架上，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出水平方向的正弦振動(dòng)；鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)由偏心輪式可調(diào)曲柄、連桿、鉛直推桿組成，偏心輪式可調(diào)曲柄固定在機(jī)架上，鉛直推桿與XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)的外框架固定連接，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出鉛直方向的正弦振動(dòng)；扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)由偏心輪式可調(diào)曲柄、連桿、擺桿組成，偏心輪式可調(diào)曲柄固定連接在攻角調(diào)解機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)臂上，擺桿固定連接在小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器的輸入端扭轉(zhuǎn)套上，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出扭擺振動(dòng)；χγ運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)由水平推桿、外框架、內(nèi)框架和外伸軸組成，水平推桿固定連接在水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的Y形推桿上，水平推桿與內(nèi)框架之間通過(guò)直線軸承安裝在一起，外框架固定連接在鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的鉛直推桿上，內(nèi)框架外框架之間通過(guò)直線軸承安裝在一起，外伸軸通過(guò)軸承安裝在內(nèi)框架上，輸入端通過(guò)小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器與扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)相連，輸出端連接模型支撐系統(tǒng)，水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)通過(guò)XY 運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)和小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器復(fù)合到一起，由XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)的外伸軸傳至模型支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)；攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)軸、扇形齒輪、轉(zhuǎn)臂和攻角調(diào)節(jié)支架組成，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)平衡位置處橋梁節(jié)段模型的傾角調(diào)節(jié)； 鎖緊機(jī)構(gòu)由弧形壓板、電磁鐵、增力機(jī)構(gòu)、鎖緊彈簧和鎖緊機(jī)構(gòu)支架組成，當(dāng)攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作完成后，由鎖緊機(jī)構(gòu)將扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與機(jī)架鎖緊固定在一起；χγ滑動(dòng)支架用于保持外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸模型安裝軸的水平方位，同時(shí)提高外伸軸的剛度。4、所述的內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的相應(yīng)零部件在外形與安裝位置上與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的相應(yīng)零部件成鏡像對(duì)稱，傳動(dòng)原理完全一樣，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)。5、所述的兩個(gè)六維力傳感器能夠?qū)蛄汗?jié)段模型橫截面內(nèi)兩個(gè)力和一個(gè)力矩的實(shí)時(shí)測(cè)量。本發(fā)明的系統(tǒng)可進(jìn)行橋梁節(jié)段模型以及其他風(fēng)致物體節(jié)段模型的風(fēng)作用參數(shù)識(shí)別實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模型截面內(nèi)橫向運(yùn)動(dòng)(X向)、豎向運(yùn)動(dòng)(Ζ向)、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。三種運(yùn)動(dòng)的組合一共組成7種運(yùn)動(dòng)，振幅較大。每一種運(yùn)動(dòng)均單獨(dú)實(shí)現(xiàn)頻率、振幅和相位可調(diào)的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。能夠?qū)崟r(shí)采集橋梁節(jié)段模型三分力(阻力、升力、扭矩)。本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖2為外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為模型支撐系統(tǒng)(3)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)的結(jié)構(gòu)示意6為鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-3)的結(jié)構(gòu)示意7為扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)的結(jié)構(gòu)示意8為鎖緊機(jī)構(gòu)(1-7)和攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1-8)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種完全解耦的三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明是針對(duì)橋梁節(jié)段模型在風(fēng)洞流場(chǎng)中的振動(dòng)特性及破壞機(jī)理研究而研制的一種強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型在橫截面內(nèi)的水平振動(dòng)、鉛直振動(dòng)以及扭擺振動(dòng)三種強(qiáng)迫振動(dòng)，以上三種強(qiáng)迫振動(dòng)是完全解耦的，可以實(shí)現(xiàn)不同頻率、振幅以及初始相位的強(qiáng)迫振動(dòng)的自由組合共7種振動(dòng)，并且攻角可以調(diào)節(jié)。本發(fā)明由內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、模型支撐系統(tǒng)以及檢測(cè)系統(tǒng)等組成，內(nèi)外振動(dòng)系統(tǒng)之間的跨距長(zhǎng)達(dá)4m，水平振動(dòng)和鉛直振動(dòng)的振幅為
4-20mm，扭擺振動(dòng)的振幅為1-5°，攻角調(diào)節(jié)范圍為±15°，三自由度振動(dòng)以及兩側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的同步性由伺服電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，可以用于風(fēng)洞流場(chǎng)中大尺度橋梁節(jié)段模型的三自由度大振幅強(qiáng)迫振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。包括外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、模型支撐系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)稱布直在風(fēng)洞兩側(cè)，t吳型支撐系統(tǒng)分別與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)連接，模型支撐系統(tǒng)與檢測(cè)系統(tǒng)連接，檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)、外模型連接板與橋梁節(jié)段模型連接，外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)。本發(fā)明的外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)由機(jī)架、水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、 扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)、小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器、XY滑動(dòng)支架、鎖緊機(jī)構(gòu)和攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)輸出水平方向的正弦振動(dòng)；鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)輸出鉛直方向的正弦振動(dòng)；扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)輸出扭擺的正弦振動(dòng)；由框架式XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)和小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器將以上三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)完全解耦地復(fù)合到一起，通過(guò)外伸軸將復(fù)合振動(dòng)傳到模型支撐系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)橋梁節(jié)段模型實(shí)現(xiàn)三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)。本發(fā)明的內(nèi)、外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)外部安裝有外殼。本發(fā)明的XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)采用框架式結(jié)構(gòu)，由直線軸承作為支撐和導(dǎo)向元件，將水平方向的直線往復(fù)振動(dòng)與鉛直方向的直線往復(fù)振動(dòng)復(fù)合到一起。本發(fā)明的小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器，其力矩的傳遞通過(guò)小輪完成，小輪與十字滑塊之間是滾動(dòng)摩擦，可以實(shí)現(xiàn)大偏心距下兩平行軸之間的精確扭矩傳遞， 將扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)輸出的扭擺正弦振動(dòng)復(fù)合到XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)的外伸軸上。本發(fā)明的水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)精確的插補(bǔ)運(yùn)算進(jìn)一步擬合理想的直線往復(fù)正弦振動(dòng)位移。本發(fā)明的橋梁模型支撐系統(tǒng)通過(guò)一對(duì)虎克鉸鏈將橋梁節(jié)段模型支撐起來(lái)，由六維力傳感器來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的截面力和力矩參數(shù)，虎克鉸鏈既可以傳遞水平方向和鉛直方向的只想往復(fù)振動(dòng)以及扭擺振動(dòng)，又可以濾除模型支撐系統(tǒng)彈性變形產(chǎn)生的附加力矩，提高六維力傳感器的測(cè)量精度。本發(fā)明的水平扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)精確的插補(bǔ)運(yùn)算進(jìn)一步擬合理想的正弦扭擺振動(dòng)位移。本發(fā)明的攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以方便地調(diào)節(jié)橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)的攻角，調(diào)節(jié)完畢后，由鎖緊機(jī)構(gòu)將扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與機(jī)架鎖緊，實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型在固定攻角下的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)。本發(fā)明的XY滑動(dòng)支架與XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)的外伸軸形成旋轉(zhuǎn)副，XY滑動(dòng)支架的導(dǎo)路為水平方向和鉛直方向，用來(lái)固定XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)的外伸軸的方位，提高橋段模型支撐系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)的剛度。實(shí)施例I :(參見圖I 圖9)自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，由外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)
(I)、內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)、模型支撐系統(tǒng)(3)以及檢測(cè)系統(tǒng)(4)組成。外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)對(duì)稱布置在風(fēng)洞兩側(cè)，橋梁節(jié)段模型通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)(4)連接在模型支撐系統(tǒng)(3)上面，外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)。圖I中外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)沒有安裝外殼。實(shí)施例2 (參見圖2 圖9)外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)由機(jī)架(1-1)、水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)、鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-3)、扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)、XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)、小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)、XY滑動(dòng)支架(1-6)、鎖緊機(jī)構(gòu)(1-7)和攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1-8)組成。水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)由偏心輪式可調(diào)曲柄(1-2-1)、連桿(1-2-2)、Y形推桿(1-2-4)、水平振動(dòng)直線軸承座(1-2-3)和水平振動(dòng)支架(1_2_5)組成，水平振動(dòng)直線軸承座(1-2-3)和水平振動(dòng)支架(1-2-5)固定在機(jī)架(1-1)上，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出水平方向的正弦振動(dòng)；鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-3)由偏心輪式可調(diào)曲柄(1-3-1)、連桿(1-3-2)、鉛直推桿(1-3-3)組成，偏心輪式可調(diào)曲柄(1_3_1)固定在機(jī)架 (1-1)上，鉛直推桿(1-3-3)與XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)的外框架(1-4-2)固連，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出鉛直方向的正弦振動(dòng)；扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)由偏心輪式可調(diào)曲柄 (1-5-1)、連桿(1-5-2)、擺桿(1-5-3)組成，偏心輪式可調(diào)曲柄(1_5_1)固連在攻角調(diào)解機(jī)構(gòu)⑶的轉(zhuǎn)臂(1-8-3)上，擺桿(1-5-3)固連在小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)的輸入端扭轉(zhuǎn)套(1-9-1)上，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出扭擺振動(dòng)；XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)由水平推桿(1-4-1)、外框架(1-4-2)、內(nèi)框架(1-4-3)和外伸軸(1_4_4)組成，水平推桿(1_4_1) 固連在水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)的Y形推桿(1-2-4)上，水平推桿(1-4-1)與內(nèi)框架(1-4-3)之間通過(guò)直線軸承安裝在一起，外框架(1-4-2)固連在鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-3)的鉛直推桿(1-3-3)上，內(nèi)框架(1-4-3)外框架(1-4-2)之間通過(guò)直線軸承安裝在一起，外伸軸(1-4-4)通過(guò)軸承安裝在內(nèi)框架上，輸入端通過(guò)小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)與扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)相連，輸出端連接模型支撐系統(tǒng)(3)，水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)、鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-3)和扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)產(chǎn)生的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)通過(guò)XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)和小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)復(fù)合到一起，由XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)的外伸軸(1-4-4)傳至模型支撐系統(tǒng)(3)，實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)；攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1-8)由步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)軸(1-8-1)、扇形齒輪 (1-8-2)、轉(zhuǎn)臂(1-8-3)和攻角調(diào)節(jié)支架(1-8-4)組成，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)平衡位置處橋梁節(jié)段模型的傾角調(diào)節(jié)；鎖緊機(jī)構(gòu)(1-7)由弧形壓板(1-7-1)、電磁鐵(1-7-2)、增力機(jī)構(gòu)(1-7-3)、鎖緊彈簧(1-7-4)和鎖緊機(jī)構(gòu)支架(1-7-5)組成，當(dāng)攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1-8)工作完成后，由鎖緊機(jī)構(gòu)(1-7)將扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)與機(jī)架(1-1)鎖固到一起；ΧΥ滑動(dòng)支架(1-6)用以保持外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)的外伸模型安裝軸的水平方位，同時(shí)提高外伸軸的剛度。實(shí)施例3 :(參見圖I)內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)的相應(yīng)零部件在外形與安裝位置上與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)的相應(yīng)零部件成鏡像對(duì)稱，傳動(dòng)原理完全一樣，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)。實(shí)施例4 :(參見圖3)所述的模型支撐系統(tǒng)(3)包括內(nèi)開口固定套(3-1)、內(nèi)遮風(fēng)板(3-2)、內(nèi)鎖扣(3-3)、內(nèi)伸縮連接桿(3-4)、內(nèi)虎克鉸鏈(3-5)、外開口固定套(3_13)、外遮風(fēng)板(3-12)、外鎖扣(3-11)、外伸縮連接桿(3-10)、外虎克鉸鏈(3-9)和中間軸(3_7)， 內(nèi)開口固定套(3-1)與內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸固定連接；內(nèi)遮風(fēng)板(3-2)套在內(nèi)伸縮連接桿(3-4)上并安裝在內(nèi)開口固定套(3-1)與內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸的連接處，內(nèi)伸縮連接桿(3-4)能夠在內(nèi)開口固定套(3-1)內(nèi)沿軸向伸縮，調(diào)整好長(zhǎng)度后由內(nèi)鎖扣(3-3)鎖緊； 外開口固定套(3-13)與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸固連，外遮風(fēng)板(3-12)套在外伸縮連接桿 (3-10)上并安裝在外開口固定套(3-13)與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸的連接處，外伸縮連接桿(3-10)能夠在外開口固定套(3-11)內(nèi)沿軸向伸縮，調(diào)整好長(zhǎng)度后由外鎖扣(3-11)鎖緊；中間軸(3-7)的兩端分別與內(nèi)、外伸縮連接桿(3-4、3-10)的一端固定連接；提高了整個(gè)模型支撐系統(tǒng)(3)的剛度，內(nèi)、外模型連接板(3-6、3-8)的一端分別與橋梁節(jié)段模型固定連接，內(nèi)模型連接板(3-6)的另外一端與第一六維力傳感器固定連接；外模型連接板(3-8) 的另外一端與第二六維力傳感器固定連接；內(nèi)虎克鉸鏈(3-5)的一端與第一六維力傳感器固定連接，內(nèi)虎克鉸鏈(3-5)的另外一端與內(nèi)伸縮連接桿(3-4)的一端固定連接，外虎克鉸鏈(3-9)的一端與第二六維力傳感器固定連接，外虎克鉸鏈(3-9)的另外一端與外伸縮連接桿(3-10)的一端固定連接；內(nèi)外虎克鉸鏈(3-5)用來(lái)濾除兩個(gè)非截面力矩。實(shí)施例5 :所述的檢測(cè)系統(tǒng)(4)包括兩個(gè)六維力傳感器、位移傳感器和檢測(cè)/控制單元，兩個(gè)六維力傳感器、位移傳感器分別與檢測(cè)/控制單元電信號(hào)連接，位移傳感器安裝在橋梁節(jié)段模型上，從而實(shí)現(xiàn)模型橫截面內(nèi)兩個(gè)力和一個(gè)力矩的實(shí)時(shí)測(cè)量。
權(quán)利要求
1.全解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，包括外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)、內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)、模型支撐系統(tǒng)(3)和檢測(cè)系統(tǒng)(4)，其特征在于外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)對(duì)稱布置在風(fēng)洞兩側(cè)，模型支撐系統(tǒng)(3)分別與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)(2)系統(tǒng)連接，模型支撐系統(tǒng)(3)與檢測(cè)系統(tǒng)(4)連接，檢測(cè)系統(tǒng)(4)通過(guò)內(nèi)、外模型連接板(3-6、3-8)與橋梁節(jié)段模型連接，外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)⑴和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于 所述的檢測(cè)系統(tǒng)(4)包括兩個(gè)六維力傳感器、位移傳感器和檢測(cè)/控制單元，兩個(gè)六維力傳感器、位移傳感器分別與檢測(cè)/控制單元電信號(hào)連接，位移傳感器安裝在橋梁節(jié)段模型上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于 所述的模型支撐系統(tǒng)(3)包括內(nèi)開口固定套(3-1)、內(nèi)遮風(fēng)板(3-2)、內(nèi)鎖扣(3-3)、內(nèi)伸縮連接桿(3-4)、內(nèi)虎克鉸鏈(3-5)、外開口固定套(3-13)、外遮風(fēng)板(3-12)、外鎖扣(3_11)、 外伸縮連接桿(3-10)、外虎克鉸鏈(3-9)和中間軸(3-7)，內(nèi)開口固定套(3-1)與內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸固定連接；內(nèi)遮風(fēng)板(3-2)套在內(nèi)伸縮連接桿(3-4)上并安裝在內(nèi)開口固定套(3-1)與內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸的連接處，內(nèi)伸縮連接桿(3-4)能夠在內(nèi)開口固定套 (3-1)內(nèi)沿軸向伸縮，調(diào)整好長(zhǎng)度后由內(nèi)鎖扣(3-3)鎖緊；外開口固定套(3-13)與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸固連，外遮風(fēng)板(3-12)套在外伸縮連接桿(3-10)上并安裝在外開口固定套(3-13)與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的外伸軸的連接處，外伸縮連接桿(3-10)能夠在外開口固定套 (3-11)內(nèi)沿軸向伸縮，調(diào)整好長(zhǎng)度后由外鎖扣(3-11)鎖緊；中間軸(3-7)的兩端分別與內(nèi)、外伸縮連接桿(3-4、3-10)的一端固定連接；內(nèi)、外模型連接板(3-6、3-8)的一端分別與橋梁節(jié)段模型固定連接，內(nèi)模型連接板(3-6)的另外一端與第一六維力傳感器固定連接； 外模型連接板(3-8)的另外一端與第二六維力傳感器固定連接；內(nèi)虎克鉸鏈(3-5)的一端與第一六維力傳感器固定連接，內(nèi)虎克鉸鏈(3-5)的另外一端與內(nèi)伸縮連接桿(3-4)的一端固定連接，外虎克鉸鏈(3-9)的一端與第二六維力傳感器固定連接，外虎克鉸鏈(3-9)的另外一端與外伸縮連接桿(3-10)的一端固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于 外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)包括、機(jī)架(1-1)、水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)、鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (1-3)、扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)、XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)、小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器 (1-9)、ΧΥ滑動(dòng)支架(1-6)、鎖緊機(jī)構(gòu)(1-7)和攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1-8)，水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (1-2)由偏心輪式可調(diào)曲柄(1-2-1)、連桿(1-2-2)、Y形推桿(1-2-4)、水平振動(dòng)直線軸承座(1-2-3)和水平振動(dòng)支架(1-2-5)組成，水平振動(dòng)直線軸承座(1-2-3)和水平振動(dòng)支架 (1-2-5)固定在機(jī)架(1-1)上，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出水平方向的正弦振動(dòng)；鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1_3)由偏心輪式可調(diào)曲柄(1-3-1)、連桿(1-3-2)、鉛直推桿(1-3-3)組成，偏心輪式可調(diào)曲柄(1-3-1)固定在機(jī)架(1-1)上，鉛直推桿(1-3-3)與XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4) 的外框架(1-4-2)固定連接，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出鉛直方向的正弦振動(dòng)；扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1_5)由偏心輪式可調(diào)曲柄(1-5-1)、連桿(1-5-2)、擺桿(1-5-3)組成，偏心輪式可調(diào)曲柄(1-5-1)固連在攻角調(diào)解機(jī)構(gòu)(1-8)的轉(zhuǎn)臂(1-8-3)上，擺桿(1-5-3)固連在小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)的輸入端扭轉(zhuǎn)套(1-9-1)上，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下輸出扭擺振動(dòng)；ΧΥ運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1_4)由水平推桿(1-4-1)、外框架(1-4-2)、內(nèi)框架(1_4_3)和外伸軸(1-4-4)組成，水平推桿(1-4-1)固定連接在水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)的Y形推桿(1-2-4)上，水平推桿(1-4-1)與內(nèi)框架(1-4-3)之間通過(guò)直線軸承安裝在一起，外框架 (1-4-2)固定連接在鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-3)的鉛直推桿(1-3-3)上，內(nèi)框架(1-4-3) 外框架(1-4-2)之間通過(guò)直線軸承安裝在一起，外伸軸(1-4-4)通過(guò)軸承安裝在內(nèi)框架上， 輸入端通過(guò)小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)與扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)相連，輸出端連接模型支撐系統(tǒng)(3)，水平振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-2)、鉛直振動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(1-3)和扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)產(chǎn)生的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)通過(guò)XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)和小輪支撐式十字滑塊聯(lián)軸器(1-9)復(fù)合到一起，由XY運(yùn)動(dòng)復(fù)合機(jī)構(gòu)(1-4)的外伸軸(1-4-4) 傳至模型支撐系統(tǒng)(3)，實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型的三自由度強(qiáng)迫振動(dòng)；攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1-8)由步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)軸(1-8-1)、扇形齒輪(1-8-2)、轉(zhuǎn)臂(1-8-3)和攻角調(diào)節(jié)支架(1_8_4)組成， 實(shí)現(xiàn)振動(dòng)平衡位置處橋梁節(jié)段模型的傾角調(diào)節(jié)；鎖緊機(jī)構(gòu)(1-7)由弧形壓板(1-7-1)、電磁鐵(1-7-2)、增力機(jī)構(gòu)(1-7-3)、鎖緊彈簧(1-7-4)和鎖緊機(jī)構(gòu)支架(1_7_5)組成，當(dāng)攻角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(1-8)工作完成后，由鎖緊機(jī)構(gòu)(1-7)將扭擺振動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(1-5)與機(jī)架(1-1) 鎖緊固定到一起；XY滑動(dòng)支架(1-6)用于保持外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)的外伸模型安裝軸的水平方位，同時(shí)提高外伸軸(1-4-4)的剛度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于 所述的內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(2)的相應(yīng)零部件在外形與安裝位置上與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)(I)的相應(yīng)零部件成鏡像對(duì)稱，傳動(dòng)原理完全一樣，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全解耦三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于 所述的兩個(gè)六維力傳感器能夠?qū)蛄汗?jié)段模型橫截面內(nèi)兩個(gè)力和一個(gè)力矩的實(shí)時(shí)測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種解耦的三自由度橋梁節(jié)段模型強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，包括外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)、模型支撐系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)稱布置在風(fēng)洞兩側(cè)，模型支撐系統(tǒng)分別與外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)連接，模型支撐系統(tǒng)與檢測(cè)系統(tǒng)連接，檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)、外模型連接板與橋梁節(jié)段模型連接，外側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)和內(nèi)側(cè)振動(dòng)系統(tǒng)在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下同步振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)橋梁節(jié)段模型的同步三自由度正弦振動(dòng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模型截面內(nèi)橫向運(yùn)動(dòng)、豎向運(yùn)動(dòng)、扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。三種運(yùn)動(dòng)的組合一共組成7種運(yùn)動(dòng)，振幅較大。每一種運(yùn)動(dòng)均單獨(dú)實(shí)現(xiàn)頻率、振幅和相位可調(diào)的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r(shí)采集橋梁節(jié)段模型三分力、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M9/08GK102607800SQ20121010687
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者張海兵, 李惠, 辛大波, 高永生 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)