一种双联重力平衡式电磁振动台的制作方法

1.本发明涉及振动台技术和电池测试设备领域，具体涉及一种双联重力平衡式电磁振动台。


背景技术：

2.振动台是一种进行环境振动模拟试验的设备，经常被用在航天、航空、车辆、电子、医疗、机械等领域中，测试产品在运输、安装和使用过程中在振动环境下的结构强度和可靠性，验证产品在振动环境下的适应性及使用寿命。
3.电动振动台的原理是给一个在恒定磁场中的线圈通入交流电流，此时线圈会与恒定磁场相互作用，产生一个与交流电流频率相同的交变力，在实际情况中，该交变力即为电动振动台的推动力。目前，常规的电动振动台主要由以下部件构成：振动台台体，设置在振动台中央的中心磁极，套在中心磁极外可上下移动的动圈，缠绕在动圈下部的动圈驱动线圈，环绕动圈驱动线圈外并用于产生恒定磁场的上下励磁线圈，分别在上下励磁线圈上方和下方的上下极板，贯穿中心磁极中央的导向轴，与导向轴连接的空气弹簧以及安装在动圈上部的样品台面。
4.在实际情况中，电动振动台一个动圈只对应一个样品台面，在振动台工作时，会消耗大量电力。例如，根据联合国《关于危险货运运输的建议书—规章范本》第38.3章节中规定，金属锂和锂离子电池及电池组必须通过振动测试，来证明其在运输过程中振动环境下的安全性。目前，随着市场对电动汽车的需求越来越大，动力电池也将越来越多，将会有大批量的动力电池会进行振动测试。这就要求进行振动测试的设备能够节省能源，并且能够增大测试样品数量，提高测试效率，从而减少测试成本。
5.中国专利cn107449579b公开了一种大位移电动振动台，包括台体，设置在台体中央可上下移动的动圈、直流励磁装置，悬挂支撑件、对动圈底部进行承重支撑的柔性气囊和动圈支撑底座，导向轴，驱动电路；动圈由骨架和驱动线圈组成，在骨架上端与其一体设有环周动圈筋板，与动圈筋板对应，在台体上固定设置多个上行限位楔形板；悬挂支撑件为环绕动圈设置的多个连接在台体与动圈上部之间的u形弹性臂；励磁装置主要包括磁缸、上下励磁线圈、上极板和下极板；其特征是导向轴长度比现有导向轴长度加长10
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12mm；楔形板与动圈筋板限位棱的碰撞行程比其现有碰撞行程加长10
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12mm；u形弹性臂的伸展长度比现有u形弹性臂的伸展长度加长10
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12mm。该专利存在以下不足：(1)振动台的上下位移增加会导致更多的电量消耗，来使振动台产生足够的推力，使其能够达到最大位移，尤其是当对动力电池进行测试时，质量普遍较大的动力电池将会增加动圈的负荷，振动台会增大输入功率使动力电池进行振动测试；(2)利用空气弹簧进行承重，振动台在工作中，随着动圈的上下振动，空气弹簧会不断地被压缩，拉伸，这对空气弹簧的材料要求较高，同时，会容易导致材料弹性疲劳，减少空气弹簧的使用寿命；(3)输入电量的增加，使用空气弹簧进行承重都会振动台工作时产生大量的热，这会对振动台的散热性能要求较高，增加成本；(4)该专利所公布的振动台，只拥有一个振动台面，无法对多种试样同时进行试验，试验效率不高。
6.中国专利cn111693238a公布了一种双输出电动振动台，包括双输出动圈组件、磁路组件和导向组件，所述双输出动圈组件包括第一动圈和第二动圈，所述磁路组件设置在所述双输出动圈组件的外周，为所述双输出动圈组件提供磁场，所述导向组件的一端与所述双输出动圈组件连接，另一端与所述磁路组件连接。该专利的创新点在于，电动振动台具有两个动圈台面，能够同时固定试件并进行振动试验。但该专利存在以下不足：(1)双动圈台面的设计会导致振动台的负载量增大，从而会使振动台消耗更多的电量；(2)只能进行水平方向上的双输出振动，而不能进行垂直方向上的双输出振动；(3)由于是在水平方向上的振动，在重力的作用下，动圈会承受一个垂直向下的力，且该力随着负载试样的质量增加而增加，尤其在对动力电池等质量较大的样品进行测试的情况下，会使动圈额外承受一个较大的摩擦力，这会增加动圈的故障率。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是提供一种双联重力平衡式电磁振动台，主要用于锂电池和电动汽车行业中，对动力电池进行振动测试，主要解决传统振动台在进行振动时，消耗大量电力以及承载样品数量不多的问题，可增大振动台的负载量，增加测试动力电池数量，提高试验效率，减少电力使用。
8.本发明的目的通过以下技术方案实现：
9.一种双联重力平衡式电磁振动台，所述电磁振动台包括杠杆装置和振动装置，所述杠杆装置包括底座、中心承重轴、平衡杠杆、左承重轴、右承重轴、左样品台和右样品台，所述底座、中心承重轴和平衡杠杆自下而上依次设置，所述中心承重轴和平衡杠杆之间活动连接，所述左承重轴和右承重轴一左一右分别设于平衡杠杆的两端，所述左承重轴和右承重轴分别与平衡杠杆活动连接，所述中心承重轴、左承重轴和右承重轴相互平行，所述左样品台设置在左承重轴上，所述振动装置和右样品台自下而上依次设置在右承重轴上。平衡杠杆由中心承重轴支撑。
10.所述底座、平衡杠杆、左样品台的台面和右样品台的台面均呈水平，此为电磁振动台处于平衡状态时各个构件的状态。
11.所述振动装置包括振动台体、上极板、下极板、导向轴、中心磁极、动圈、动圈驱动线圈、上励磁线圈和下励磁线圈，
12.所述振动台体内中空，设有容纳腔，
13.所述上极板和下极板一上一下沿垂直于振动台体的轴向设置在容纳腔内，所述上极板紧贴振动台体的顶面，所述下极板紧贴振动台体的底面，
14.所述中心磁极位于容纳腔的中下部，所述中心磁极的底部和下极板相接触，中心磁极提供恒定的磁场，
15.所述导向轴沿振动台体的轴向贯穿容纳腔设置，所述导向轴位于容纳腔的中部，所述导向轴的顶部向上依次贯穿中心磁极和上极板伸出振动台体外，所述导向轴的底部向下贯穿下极板和右承重轴连接，导向轴起到支撑动圈以及传递动圈振动的作用，
16.所述动圈套设在中心磁极外，所述动圈的顶部向上贯穿上极板伸出振动台体外和右样品台相连接，所述动圈的底部和下极板相接触，所述动圈驱动线圈设于动圈和中心磁极之间，当通入交变电流，动圈驱动线圈会产生频率相同的变化磁场，
17.所述上励磁线圈和下励磁线圈沿垂直于振动台体的轴向位于容纳腔内，并均环绕动圈设置，所述上励磁线圈位于动圈驱动线圈的上方并和上极板接触，所述下励磁线圈位于动圈驱动线圈的下方并和下极板接触，当通入直流电流时，上励磁线圈和下励磁线圈会产生恒定的磁场。振动装置驱动右样品台和右承重轴进行垂直的上下振动。
18.所述振动装置还包括成对的内导向机构，所述内导向机构设于导向轴和中心磁极之间，内导向机构过滤其他方向上的振动，使动圈始终进行垂直的上下振动。
19.所述平衡杠杆和中心承重轴的连接处为平衡杠杆的重心处。
20.所述平衡杠杆和中心承重轴的连接处设有中心轴承，所述平衡杠杆和左承重轴的连接处设有左轴承，所述平衡杠杆和右承重轴的连接处设有右轴承。轴承的摩擦系数小，承载能力强，能够承受高频率的来回转动。
21.所述平衡杠杆在左承重轴的一侧沿平衡杠杆的轴向向外延伸设有延长杆，所述延长杆上活动设有配重块。配重块可以沿着延长杆左右平移，通过移动配重块可配平平衡杠杆。配重块的作用是，通过调节配重块在平衡杠杆的延长杆上的位置，来调节左样品台侧的力矩大小，从而使杠杆装置处于平衡状态。
22.所述配重块上设有紧固装置，紧固装置可为一个翼型螺钉，当旋紧螺钉，螺钉会抵住延长杆，从而固定住配重块。通过紧固装置，可以将配重块固定在延长杆的某一位置上。紧固装置的作用是，当配重块处于延长杆的某点使得杠杆装置平衡时，紧固装置便可以将配重块固定在延长杆的该点，使其在静止或振动状态中始终保持在该位置不变。
23.所述平衡杠杆的中心处(也为平衡杠杆的重心处)设有刻度盘。可通过刻度盘上的度数来判断整个电磁振动台的平衡状态，即是否与底座平行。刻度盘上有指针和刻度，刻度共有两种，一种为角度，用于指示当前平衡杠杆与底座之间所形成的角度，当平衡杠杆与底座平行时，角度为0
°
；另一种刻度为行程，可以指示电磁振动台振动的上下行程，该行程刻度与角度刻度的关系如下公式所示：
24.h＝l
·
sinθ
ꢀꢀꢀ
(i)
25.上式(i)中，h为左样品台或右样品台垂直于底座上下运动的距离，l为位于右承重轴和左承重轴之间平衡杠杆的长度，θ为刻度盘上所指示的角度。
26.所述平衡杠杆采用刚性材料制成。拥有稳定的刚性结构，在杠杆两端进行高频率的上下交变运动时，不会发生形变。
27.所述左样品台的两侧均设有限位槽，所述限位槽的横截面呈凹字型，所述左样品台两侧均向外突出设有限位耳，所述限位耳位于限位槽的凹口中。限位槽的作用是限制样品台进行超过杠杆装置行程的位移，具体调节过程为：当左样品台和右样品台因承载的动力电池重量不同而不平衡时，样品台会因此上升或下降，当样品台上升或下降到一定的位移时，限位槽通过抵住左样品台的限位耳，阻止左样品台的运动，从而也会阻止右样品台的运动，最终使电磁振动台处于静止状态，所述限位槽中的凹口的限位行程大于电磁振动台的振动行程。
28.所述左样品台和右样品台的台面均与底座相平行。在进行工作时，一般将本装置置于水平面上，此时左样品台、右样品台和底座均呈水平。
29.所述左样品台和右样品台的装载面积相等，所述左样品台和右样品台的重量一致。
30.所述电磁振动台还包括左外导向机构和右外导向机构，所述左外导向机构设于左承重轴的两侧，所述右外导向机构设于振动装置的两侧。左外导向机构过滤其他方向上的振动，使左承重轴始终进行与底座垂直的振动运动，右外导向机构过滤其他方向上的振动，使右承重轴和振动装置始终进行与底座垂直的振动运动。
31.当杠杆处于平衡时，只需要施加一个任意外力，即可打破平衡状态，使杠杆运动，所以当双联重力平衡式电磁振动台工作时，无需动圈产生一个克服动力电池等样品、样品台、动圈等重量的力来驱动，只需产生一个较小的力，便可使振动台工作。在杠杆一端的台面下方设有恒定磁场和动圈，当有一交变电流通入动圈中，在恒定磁场的作用下，动圈会进行上下的振动，此时由于磁场与通电线圈相互影响所产生的激荡力打破了杠杆的平衡状态，右样品台会随着动圈进行上下的振动。上下振动的样品台会带动与平衡杠杆相连的右承重轴进行上下振动，通过右轴承、中心轴承和左轴承传递振动，会联动平衡杠杆另一端的左样品台，使其进行运动方向相反但振幅和振动频率相同的上下运动。该装置利用杠杆原理，无需在两端的样品台底部均设置动圈，只需一个动圈，便可驱动两端的样品台同时运动，并且，只需施加一个很小的力，便可打破杠杆的平衡，即使是动力电池等质量较大的样品，也能使其进行振动。因此，较传统电动振动台，可减小通入动圈的交变电流以及减小通入励磁线圈用于产生恒定磁场的电流，达到节能的目的。双振动样品台的设计，可增加测试动力电池数量，对其进行垂直振动试验。
32.本装置具体工作原理为：
33.当双联重力平衡式电磁振动台处于平衡状态时，给振动装置中的动圈驱动线圈通入交变电流，在恒定磁场的作用下，驱动线圈会产生一交变的激荡力，带动动圈进行振动运动；同时，与动圈顶部连接的右样品台和右承重轴随之振动；通过右轴承的传动，振动会被传递到平衡杠杆上，随后，又通过中心轴承和左轴承的传动，振动会通过左承重轴被传递到左样品台，使其进行与右样品台频率、振幅相同，但运动方向相反的振动，即当杠杆处于平衡时，只需要振动装置产生一个较小的交变力，即可打破平衡状态，使杠杆装置开始进行振动运动。
34.本装置在进行使用时，操作顺序为：
35.(1)将样品分别固定在左右样品台上；
36.(2)调整配重块，配平平衡杠杆，当刻度盘上的指针处在中心位置时，利用紧固装置，固定配重块；
37.(3)给振动装置通入交变电流，让振动台开始进行振动。
38.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
39.1.本发明利用杠杆原理，当杠杆装置处于平衡时，是需要施加一个任意大小外力，即可打破平衡状态，使杠杆运动，所以当振动台开始工作时，无需动圈产生一个克服动力电池等样品、样品台、动圈等重量的力来驱动，只需产生一个较小的力，便可使动圈开始进行振动，通过本发明进行测定时，可减少电量输入，节省能源。
40.2.本发明利用杠杆原理，当位于平衡杠杆一端的振动台运动时，会带动平衡杠杆另一端的样品台进行频率与振幅相同，但运动方向相反的振动运动。两个样品台同时进行振动，可增大振动台的负载量，增加测试动力电池数量，提高试验效率。
41.3.本发明无需传统振动台中空气弹簧来承载振动台面。在振动中，整个杠杆装置
受力稳定，无需空气弹簧在动圈振动时进行缓冲，过滤对台体的振动，减少装置的检修与维护成本。
42.4.本发明未使用空气弹簧承载振动台面，在振动过程中，不会因压缩空气而产生大量的热，从而节省能源，并且无需安装额外的散热装置，减少设计成本。
附图说明
43.图1为双联重力平衡式电磁振动台的结构示意图；
44.图2为振动装置的剖面结构示意图。
45.图中：1
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右样品台；2
‑
振动装置；20
‑
振动台体；21
‑
动圈；22
‑
上励磁线圈；23
‑
动圈驱动线圈；24
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中心磁极；25
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导向轴；26
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内导向机构；27
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下励磁线圈；28
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上极板；29
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下极板；3
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右外导向机构；4
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右承重轴；5
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右轴承；6
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平衡杠杆；601
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延长杆；7
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左轴承；8
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配重块；9
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紧固装置；10
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左承重轴；11
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左外导向机构；12
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限位槽；13
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左样品台；1301
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限位耳；14
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中心轴承；15
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刻度盘；16
‑
中心承重轴；17
‑
底座。
具体实施方式
46.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
47.实施例
48.如图1所示，一种双联重力平衡式电磁振动台，包括杠杆装置和振动装置2，杠杆装置包括底座17、中心承重轴16、平衡杠杆6、左承重轴10、右承重轴4、左样品台13、右样品台1、左外导向机构11和右外导向机构3，底座17、中心承重轴16和平衡杠杆6自下而上依次设置，中心承重轴16和平衡杠杆6之间活动连接，中心承重轴16和底座17及平衡杠杆6均呈垂直分布，平衡杠杆6和中心承重轴16的连接处为平衡杠杆6的重心处，平衡杠杆6和中心承重轴16的连接处设有中心轴承14，平衡杠杆6的中心处设有刻度盘15，刻度盘15上有两种刻度，具体如发明内容部分所记载，左承重轴10和右承重轴4一左一右分别设于平衡杠杆6的两端，平衡杠杆6和左承重轴10的连接处设有左轴承7实现活动连接，平衡杠杆6和右承重轴4的连接处设有右轴承5实现活动连接，中心承重轴16、左承重轴10和右承重轴4相互平行，左样品台13设置在左承重轴10上，平衡杠杆6在左承重轴10的一侧沿平衡杠杆6的轴向向外延伸设有延长杆601，延长杆601上活动设有配重块8，配重块8上设有紧固装置9用来将配重块8固定在延长杆601上，左样品台13的两侧均设有限位槽12，限位槽12的横截面呈凹字型，左外导向机构11设于左承重轴10的两侧，左样品台13两侧均向外突出设有限位耳1301，限位耳1301位于限位槽12的凹口中，凹口的上下最远距离大于电磁振动台的振动行程，振动装置2和右样品台1自下而上依次设置在右承重轴4上，右外导向机构3设于振动装置2的两侧，底座17、平衡杠杆6、左样品台13的台面和右样品台1的台面均呈水平。其中，平衡杠杆6采用刚性材料制成，左样品台13和右样品台1的台面均与底座17相平行，左样品台13和右样品台1的装载面积相等，左样品台13和右样品台1的重量一致，左外导向机构和右外导向机构均采用滚轴。
49.如图2所示，振动装置2包括振动台体20、上极板28、下极板29、导向轴25、中心磁极24、动圈21、动圈驱动线圈23、上励磁线圈22、下励磁线圈27和成对的内导向机构26，振动台体20内中空，设有容纳腔，上极板28和下极板29一上一下沿垂直于振动台体20的轴向设置
在容纳腔内，上极板28紧贴振动台体20的顶面，下极板29紧贴振动台体20的底面，中心磁极24位于容纳腔的中下部，即位于上极板28和下极板29之间，中心磁极24的底部和下极板29相接触，导向轴25沿振动台体20的轴向贯穿容纳腔设置，导向轴25位于容纳腔的中部，导向轴25的顶部向上依次贯穿中心磁极24和上极板28伸出振动台体20外，导向轴25的底部向下贯穿下极板29和右承重轴4连接，成对的内导向机构26设于导向轴25和中心磁极24之间，动圈21套设在中心磁极24外，动圈21的顶部向上贯穿上极板28伸出振动台体20外和右样品台1相连接，动圈21的底部和下极板29相接触，动圈驱动线圈23设于动圈21和中心磁极24之间，上励磁线圈22和下励磁线圈27沿垂直于振动台体20的轴向位于容纳腔内，并均环绕动圈21设置，上励磁线圈22位于动圈驱动线圈23的上方并和上极板2928接触，下励磁线圈27位于动圈驱动线圈23的下方并和下极板29接触。内导向机构采用滚轴，内导向机构的两端分别通过轴承这类的不影响滚轴发生旋转的连接件固定在振动台体的前后壁面上。
50.本实施例的双联重力平衡式电磁振动台还包括设置在杠杆装置和振动装置2外的外壳(图中省略)，限位槽的两端分别连接在该外壳的前后壁面上，左外导向机构、右外导向机构的两端分别通过轴承这类的不影响滚轴发生旋转的连接件固定在外壳的前后壁面上
51.当利用本装置进行测试时，采用动力电池(本实施例以动力电池作为叙述实例)作为样品，会被分别固定在右样品台1和左样品台2上，此时由于平衡杠杆6两侧的重量不平衡(本实施例中两边的承重轴到平衡杠杆中心的距离是一致的，由于振动装置的存在，左承重轴受到的力小于右承重轴受到的力，所以即使动力电池的总重量一致，仍需要预先进行平衡调节)，右样品台1和左样品台2不在一个水平线上，由于限位装置12的存在，左样品台上的限位耳1301会被限位槽12抵住，使天平处在静止状态。调节配重块8，使刻度盘15上的指针指向中间刻度，让右样品台1和左样品台2处在一个水平线上，此时整个电磁振动台处于平衡状态。旋紧紧固装置9使配重块8固定在平衡杠杆6的延长杆601上，此时动力电池的振动测试前准备完成，接下来开始进行振动测试。向振动装置2通入交变电流，在上励磁线圈22和下励磁线圈23、中心磁极24产生的恒定磁场的作用下，动圈驱动线圈23会产生一交变的激荡力，该激荡力通过右承重轴4和右轴承5传递到平衡杠杆6上，打破整个电磁振动台的平衡状态，使处在两个样品台上的动力电池进行频率相同但相位相反的振动运动。两个样品台同时进行振动，可增大振动台的负载量，增加测试动力电池数量，提高试验效率。
52.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。