(57)【要約】振動試験機械が、固定外側フレームと、該外側フレームの内部で振動エネルギーを伝える、質量の形態の振動テーブルと、該外側フレームによって支持され、該振動テーブルの一方の側に連結された駆動予荷重ピストンと、該外側フレームによって支持され、該駆動予荷重ピストンと反対側の側部で該振動テーブルに連結された受動的予荷重ピストンと、該外側フレームの外側にあり、高周波数の振動エネルギーを該駆動ピストンにもたらし、該振動エネルギーを該振動テーブルに伝えるように、該駆動ピストンに連結された外力生成装置とを含む。１つの実施形態において、多自由度加振機が、各々が、振動テーブルの反対側にある関連した受動的予荷重ピストンを有する対応する駆動予荷重ピストンに連結された多数の外力生成装置を含む。振動テーブルに連結する予荷重ピストンは、自動調心軸受パッドを含み、振動テーブル内にもたらされる多自由度の振動運動を吸収する。
2005524064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定外側フレームと、前記外側フレームの内部で振動エネルギーを伝える、剛性構造体の形態の振動テーブルと、該外側フレームによって支持され、前記振動テーブルの一方の側に連結された駆動予荷重ピストンと、該外側フレームによって支持され、前記駆動予荷重ピストンと反対側の側部で該振動テーブルに連結された受動的予荷重ピストンと、該外側フレームの外側にあり、振動エネルギーを前記駆動ピストンにもたらし、その振動エネルギーを該振動テーブルに伝えるように、該駆動予荷重ピストンに連結された外力生成装置とを備え、前記受動的予荷重ピストンが、該駆動予荷重ピストンの力と対抗する力を該振動テーブルに対して加えるようになったことを特徴とする振動試験機械。
【請求項２】
各予荷重ピストンと前記振動テーブルとの間に別箇の自動調心軸受パッドを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記外力生成装置が電動式加振機を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記外力生成装置が電気油圧式加振機を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
もたらされる振動の全範囲にわたって、前記駆動ピストンによって加えられた前記予荷重が最初の予荷重レベルに維持されることを可能にするように、前記予荷重ピストンが、低いばね率にガス充填された油圧駆動型であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
固定外側フレームと、前記外側フレームの内部で振動エネルギーを伝える、剛性構造体の形態の振動テーブルと、対応する各自由度の振動運動の振動エネルギーを前記振動テーブルにもたらすための、各々が該外側フレームによって支持され、該振動テーブルに連結された駆動予荷重ピストンを介して該振動テーブルの一方の側に連結された、該外側フレームの外側にある別箇の外部力生成装置と、該外側フレームによって支持され、前記駆動予荷重ピストンと反対側の側部で該振動テーブルに連結された受動的予荷重ピストンと、該駆動予荷重ピストンと該振動テーブルの一方の側との間に連結された自動調心軸受及び前記受動的予荷重ピストンと該振動テーブルの他方の側との間に連結された別箇の自動調心軸受とを備え、前記受動的予荷重ピストンが該駆動予荷重ピストンの力に対抗する力を該振動テーブルに加え、連結する前記予荷重軸受が、該振動テーブルにもたらされる多自由度の振動運動を吸収するようになったことを特徴とする多自由度振動試験機械。
【請求項７】
前記外力生成装置が電動式加振機を含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記外力生成装置が電気油圧式加振機を含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
もたらされる振動の全範囲にわたって前記駆動ピストンによって加えられた前記予荷重が最初の予荷重レベルに維持されることを可能にするように、前記予荷重ピストンが、低いばね率にガス充填された油圧駆動型であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
振動力を振動試験機械内の試験ユニットに加える方法であって、前記方法が、
剛性固定フレームの形態の反作用質量で振動テーブルを囲み、
振動エネルギー出力を有する外力生成装置を前記フレームの外側に配置し、
前記力生成装置の前記振動出力を前記振動テーブルに伝える駆動予荷重装置と、前記駆動予荷重装置の力に対抗する力を該振動テーブルに加えるための、該振動テーブルの反対側にある受動的予荷重ピストンとからなるプッシュ・プル構成で、該力生成装置の前記振動エネルギー出力を該振動テーブルに伝える、
段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記予荷重装置が前記支持フレームの両側に剛に取り付けられたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記外力生成装置が電動式加振機を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記外力生成装置が電気油圧式加振機を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
もたらされる振動の全範囲にわたって前記駆動ピストンによって加えられた前記予荷重が最初の予荷重レベルに維持されることを可能にするように、前記予荷重ピストンが、低いばね率にガス充填された油圧駆動型であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記予荷重装置が、別箇の自動調心軸受によって前記振動テーブルの両側に連結されたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記予荷重装置が組み合わせられて、最初のゼロの付勢力を生成することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
多自由度の振動力を振動試験機械内の試験ユニットに加える方法であって、前記方法が、
剛性固定フレームの形態の反作用質量で振動テーブルを囲み、
各々が振動エネルギー出力を有し、その前記振動エネルギー出力が前記振動テーブルに伝えられ、各々が固有の軸線に沿って単一自由度の動きを生成するように、前記フレームの外側の周りに位置合わせされた外力生成装置の群を該フレームの外側に配置し、
前記力生成装置の前記振動エネルギー出力を前記振動テーブルに伝える駆動予荷重装置と、前記駆動予荷重装置の力に対抗する力を該振動テーブルに加えるための、該振動テーブルの反対側にある受動的予荷重装置とからなるプッシュ・プル構成で、対応する対の予荷重装置によって各力生成装置の前記振動エネルギー出力を該振動テーブルに伝える、
段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記外力生成装置が電動式加振機を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記外力生成装置が電気油圧式加振機を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
もたらされる振動の全範囲にわたって前記駆動ピストンによって加えられた前記予荷重が最初の予荷重レベルに維持されることを可能にするように、前記予荷重ピストンが、低いばね率にガス充填された油圧駆動型であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記予荷重装置が別箇の自動調心軸受によって前記振動テーブルの両側に連結されたことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記予荷重装置が組み合わされて最初のゼロの付勢力を生成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記予荷重装置が重力荷重をオフセットするように付勢されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記予荷重装置が、前記外力生成装置の方向又は該外力生成装置から遠ざかる方向のいずれか一方向に、より高い動的力を生成するように付勢されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記予荷重装置が角度的にオフセットされた付勢荷重を生成するように構成され、制御された各加速度を生成するようになったことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
剛性固定フレームの組み合わせと、前記固定フレームの内部の多自由度振動テーブルと、電動式加振機を含む外力生成装置と、１対が各力生成装置と関連し、各対がプッシュ・プル関係で構成された、対で用いられる駆動予荷重ピストン及び受動的予荷重ピストンと、前記予荷重ピストンを前記振動テーブルに連結させる静油圧型自動調心スライダ軸受とを備えることを特徴とする多自由度振動試験機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用中に振動に曝される製品を試験する際に用いるための振動環境の模擬実験に関し、より具体的には、１つの実施形態において、非常に高い周波数で多自由度の振動環境を模擬する改善された振動試験機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの製品は、その耐用年数の間中機械的振動に曝されることになり、設計及び製造段階に製品の振動試験を行うことが、その製品の予想耐用年数を向上させるのに非常に有用であることが実証されている。
経験する現実世界の振動は、通常、６自由度（ＤＯＦ）全てを含んでおり、すなわち、振動は通常、３つの直交軸線に沿った直線加速度成分とこれらの軸線の周りの角加速度成分とを有する。振動環境の最も優れた模擬実験は、６自由度全ての振動を含むものである。
【０００３】
幾つかの振動試験機械が、６自由度の振動を生成するように設計されてきた。これらは、物品を取り付ける試験テーブルを動かすために、油圧アクチュエータを用いることが多い。各々のアクチュエータ機構は、通常、単一自由度で製品を動かすので、５自由度を有する軸受によって、各々のアクチュエータをテーブルに連結させなければならない。このように、アクチュエータは、その駆動リンクが接続されたテーブル上の地点の単一自由度を制御するものである。５ＤＯＦ軸受は、他の５自由度の動きを可能にする。各々が単一自由度を制御する、適切に配置された６つのアクチュエータを用いる場合には、テーブルの６自由度全てを制御することができる。
【０００４】
多くのアクチュエータ及び軸受構成により、６自由度の振動及び／又は衝撃を達成することが可能になる。アクチュエータの各端部の球面軸受が、該アクチュエータとテーブルとの間の球面軸受、或いは単一要素内の滑り軸受及び回転軸受の両方を含む特別な５自由度軸受と連結する。
これらのシステムの周波数応答は、油圧式加振機、テーブル、及び結合リンクの動力学により制限されている。周波数応答の非常に基本的な制限は、油圧式加振機から生じる。
【０００５】
典型的な油圧サーボ弁は、５０Ｈｚから１００Ｈｚまでの周波数応答に制限されている。Ｔｅａｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第５，３４３，７５２号は、サーボ弁と、アクチュエータのサイズによって１０００Ｈｚから２０００Ｈｚまでに応答する複動ピストン・アクチュエータとを開示する。幾つかの多数自由度システムが、その特許に開示されている。各々が高周波数の弁を用いており、多自由度加振機により、これまでに達成可能なものより高い振動周波数を生成する。立方体試験システムと呼ばれるこれらのシステムの１つは、振動テーブルの内部にアクチュエータを含む。このシステムは、６ＤＯＦ振動試験システムの周波数応答を改善し、制御可能な周波数を従来技術の約５０Ｈｚから約２５０Ｈｚまでに上昇させる。さらに高い周波数応答が望まれており、立方体試験システムは、本発明の改善点を比較する根幹をなすものである。
【０００６】
立方体型多軸振動テーブルと比較すると、本発明は、より高い周波数応答、及びより優れた均一性（より少ない歪み）を有する。電動式（ＥＤ）アクチュエータは、最も優れた電気油圧式（ＥＨ）加振機に比べてさえ、優れた周波数応答を有し、歪みが少なく、本発明の小さく堅いテーブルは、立方体試験システムより高い第１のモードの周波数をもたらす。このことにより、試験物体がずっと高いＧレベルまで並進される。
立方体の加振機のアクチュエータが、振動テーブルの内部に配置され、該振動テーブルの底部を通って突出する脚部上の反作用質量に取り付けられる。内部アクチュエータのための取付け構造体（脚部）は、その設計の周波数応答をアクチュエータが可能なものより低い周波数に制限する、相対的に低い固有周波数を有することが分かった。
さらに、立方体の加振機が反作用質量よりかなり上方に支持される（かつ振動する）ので、該反作用質量によって反作用を及ぼさなければならない大きなモーメントが生成される。反作用質量の動きを最小に保持することは、大きな反作用質量の使用を必要とする。
【発明の開示】
【０００７】
簡単に言うと、本発明の１つの実施形態が、固定支持フレームと、該支持フレームの内部で振動エネルギーを伝える剛性構造体の形態の振動テーブルと、該外側フレームによって支持され、該振動テーブルの一方の側に連結された駆動予荷重ピストンと、該外側フレームによって支持され、該駆動予荷重ピストンと反対側の側部で該振動テーブルに連結された受動的予荷重ピストンと、該外側フレームの外側にあり、高周波数の振動エネルギーを駆動ピストンにもたらし、その振動エネルギーを該振動テーブルに伝えるように、該駆動予荷重ピストンに連結された外力生成装置とを含む振動試験機械を備える。受動的予荷重ピストンは、該駆動予荷重ピストン力に対抗する該振動テーブルに加える。
【０００８】
１つの実施形態において、多自由度加振機は、各々が、対応する駆動予荷重ピストンに連結され、振動テーブルの反対側に関連した受動的予荷重ピストンを有する多数の外力生成装置を含む。振動テーブルに連結する予荷重ピストンは、自動調心軸受パッドを含み、該振動テーブル内にもたらされる多自由度の振動運動を吸収する。
本発明は、反作用質量（支持フレーム）で振動テーブルを囲むので、テーブル及び反作用質量の重心が互いに非常に近くなる。立方体型加振機と比べると、２つの態様の試験用取付具が改善される。第１に、反力が、反作用質量の重心のずっと近くに作用し、引き起こされたモーメントが劇的に減少し、これにより必要とされる反作用質量のサイズが減少される。第２に、振動テーブルが小さくなり、ずっと小さい質量を有するので、反力の大きさ及びモーメントが立方体形状の場合よりずっと小さいものになる。
【０００９】
振動力が作用される場所は、立方体システムに類似した空間構成で配置されるが、実際の力生成アクチュエータは、試験テーブル又は支持フレームの外側に配置される。このことにより、様々な種類の力生成アクチュエータの使用が可能になる。１つの実施形態において、本発明は、電動式（ＥＤ）アクチュエータを用いるが、この概念は、ＥＤ加振機に制限されるものではない。単一の端又は両端に電気油圧式（ＥＨ）加振機又は何らかの種々の機械的加振機を配置して、力生成ドライバとして用いることもできる。
本発明の１つの実施形態は、圧縮荷重だけを支持できる静油圧型潤滑式自動調心スライダ軸受に予め荷重を加える方法に関する。本発明において、軸受は、外力生成装置を振動テーブルに連結させるために用いられるので、該軸受の動きが多自由度の振動を提供できるように用いられる。
【００１０】
多くの種類の試験物品についての振動及び衝撃条件を模擬するために、多自由度振動テーブルが用いられる。６自由度の模擬実験が、最も完全なものである。本発明は、各々が単一自由度の動き（直線におけるプッシュ・プル力）を生成する多数の外力生成装置を可能にするものであり、プッシュ力及びプル力の両方が振動テーブルに効果的に伝えられるようにＥＤ加振機又はＥＨ加振機を接続することができるようになる。特に、本発明は、一般に、一方の端部からだけ移動部品（電機子）へのアクセスを有する、ＥＤ加振機のような力生成装置が、多自由度振動テーブルに効果的に連結することを可能にする。本発明はまた、１自由度の力生成装置を、多自由度で動く振動テーブルに連結させる機構間の相互結合接続を最小にするものでもある。
【００１１】
このように、本発明の１つの実施形態は、固定外側フレームの組み合わせ、多自由度振動テーブル、各々をＥＤ加振機とすることができる外力生成装置、１対が各力生成装置と関連した、対で用いられる駆動予荷重ピストン及び受動的予荷重ピストン、並びに該予荷重ピストンを該振動テーブルに連結させる静油圧型自動調心スライダ軸受を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、ほぼ立方体形状の剛性固定支持フレーム１０を含む、多自由度振動試験機械を示す斜視図である。支持フレーム１０の内部の内部空所１２は、振動エネルギーを伝え、加振機の移動要素を提供する、高い剛性を有する剛性構造体の形態の振動テーブル１４を含む。試験テーブル１６が、加振機の上面の水平面に配置される。この試験テーブルは、振動テーブルに剛に取り付けられ、試験テーブルに取り付けられた際に、試験中のユニット（図示せず）が振動試験に曝される。支持フレーム１０及び図１に示される加振機組立体の他の部品は、床の上に載っている下部支持構造体に取り付けられる。下部支持構造体の実施形態が、以下に説明される。
【００１３】
別箇の振動力生成装置１８が、剛性フレーム１０の外面に隣接して配置される。示される実施形態は、立方体形状の支持フレームの５つの面に隣接して配置された６つの力生成装置がある６自由度加振機を含む。２つの力生成装置が、立方体形状のフレームの下面に隣接して並列配置されるが、試験ユニットを保持する上面は、隣接する力生成装置を有していない。他の４つの力生成装置は、立方体形状のフレームの残りの４つの側部に隣接して配置される。振動力生成装置は、高周波数の振動エネルギーを試験機械の振動テーブルの移動要素に伝える。示される実施形態の力生成装置は電動式振動力生成装置を含むが、電気油圧式力生成装置のような他の型の力生成装置を用いることもできる。示される実施形態において、各力生成装置は、固定フレームに取り付けられた対応する対の油圧ピストンを通して振動テーブルに連結される。ここでは予荷重ピストンと呼ばれるこれらのピストンは、図２乃至図４により詳細に説明される。
示される振動試験機械において、電動式振動力生成装置は、対応する円錐形状のコレクタ２０によって予荷重ピストン棒に機械的に連結され、そのことによりが電動式加振機の対応する振動要素の直径が低減される。電動式加振機は一般に、界磁巻線をも有する電磁コイルの内部に高周波数で振動するボイスコイルを含む、金属の円筒形の外側ハウジングを備える。振動ボイスコイルは、電動加振機が連結された駆動ピストン棒より大きな直径を有する。
【００１４】
図２は、対応する予荷重装置を介して外力生成装置を内部の振動テーブルに機械的に連結させるためのシステムの１つの実施形態を示す。例証においては、支持フレーム１０の両側の力生成装置が、参照番号１８ａ及び１８ｂで示される。フレームの左側に示される力生成装置１８ａは、駆動予荷重装置２２ａによって振動テーブルに連結される。力生成装置１８ａの移動ボイスコイルからの振動エネルギーは、駆動予荷重装置内の予荷重ピストン２４ａに連結されている。ピストン２４ａは、上述の外部コネクタ２０によって力生成装置の移動要素に剛に取り付けられる。フレーム内部のピストン２４ａの駆動端部は、静油圧型自動調心スライダ軸受２６ａによって振動テーブルに連結される。振動テーブルの両側では、受動的予荷重装置２８ａが、駆動予荷重装置２２ａと軸方向に位置合わせされる。受動的予荷重装置２８ａは力生成装置に連結されていず、その機能は、駆動予荷重ピストン２４ａの予荷重力に対抗することである。受動的予荷重装置は、静油圧型自動調心スライダ軸受３２ａによって振動テーブルに連結された受動的予荷重ピストン２４ａを含む。
支持フレーム１０の右側に示される力生成装置１８ｂは、力生成装置１８ａについて説明されたものに類似した予荷重装置によって振動テーブルに連結される。このように、力生成装置１８ｂは、駆動予荷重ピストン２４ｂが自動調心軸受２６ｂによって振動テーブルに連結された駆動予荷重装置２２ｂによって、該振動テーブルに連結される。振動テーブルの両側では、受動的予荷重装置が、駆動予荷重ピストン２４ｂと軸方向に位置合わせされた受動的予荷重ピストン３０ｂを含む。受動的予荷重ピストン３０ｂは、静油圧型自動調心スライダ軸受３２ｂによって、振動テーブルに連結される。
【００１５】
図２に最も良く示されるように、力生成装置１８ａ及び１８ｂによって生成された力の出力が、平行軸に沿って離間して配置される。これは、立方体形状のフレームの対向する側面上に位置合わせされた２対の力生成装置のプッシュ・プル構成を示している。フレームの底部の２つの力生成装置は、振動テーブルの対向する底側部に連結された平行軸に沿った振動力の出力を有する。
駆動予荷重ピストン及び静油圧型自動調心スライダ軸受が、図３により詳細に示される。駆動予荷重装置２２は、階段状シャフト、ハウジング３４、油圧アキュムレータ３６、及び静油圧型自動調心スライダ軸受２６を有する移動ピストン部品２４を含む。シャフトのより小さい直径端部３８は、ハウジングの本体を通って外側に延びる。このシャフト延長部は、プッシュ及びプル力の両方が駆動ピストン内に伝えられるように、１ＤＯＦ力生成装置を移動ピストンに連結させるための手段を提供する。
【００１６】
階段状ピストンの輪郭によって形成されたチャンバ体積は、油圧アキュムレータ３６に連結され、圧力下の流体の外部ソースに該チャンバを接続することによって、流体（一般的には、作動液）で満たされる。ピストン延長部の直径と、より大きいピストン直径の差により形成された肩部領域は、圧力下の流体が作用する表面３８を提供する。この圧力は、ピストンにかかる力を生成し、振動テーブル上の平坦な面に対して自動調心パッド軸受２６に予め荷重を加える。アキュムレータ３６は、ピストン２４が伸縮し、試験用取付け具組立体との接触を維持することを可能にする。作動の際の圧力変化を最小にすることは、外力生成装置によって与えられた利用可能な力の多くを振動テーブルに伝えることを可能にする。可変の減衰値を達成できるように、調節式流量制限装置４０（調整可能なオリフィスのような）を、アキュムレータとピストンとの間の流路４２内に組み込むことができる。減衰は、振動テーブルにおける構造体の共振を制御するのに有用である。アキュムレータの上部４４は、圧力下のガスを含む。ガス圧を制御し、低いばね率の同等物を用いて、使用の際に駆動予荷重ピストンがその最初の予荷重力を維持することを可能にする。
【００１７】
受動的予荷重装置２８が、図４により詳細に示される。この受動的予荷重装置は、シャフト延長部を除いて、駆動予荷重ピストンの構成の全てを組み込んでいる。受動的予荷重装置は、自動調心軸受３２によって振動テーブルに連結された予荷重ピストン３０を含む。油圧アキュムレータ４６が、調節式流量制限装置５０を有するライン４８によってピストン・チャンバに連結する。アキュムレータ内のガス体積５２が低いばね率で制御され、最初の予荷重力を維持する。加圧されると、アキュムレータ内のガス体積５２は、駆動予荷重ピストンの力に対抗する力を振動テーブルに対して生成する。この力は、駆動予荷重ピストン内の予荷重力にほぼ等しいが、異なる作動特性の多自由度振動テーブルを生成するために、この予荷重力より小さく又は大きくなるように調整することもできる。
【００１８】
使用の際に、予荷重ピストンは、力生成装置によって加えられた力を振動テーブルに伝えるための手段を提供する。予荷重ピストンは、該予荷重ピストンが自力で振動テーブルを動かすのではないという意味で、受動的である。これらの機能は、外力生成装置によって生成される力より大きい最初の予荷重力を加えることである。この最初の予荷重条件は、自動調心スライダ軸受と振動テーブルとの間の接触を維持し、外力を該振動テーブル内に適切に伝えるために重要なものである。これらの予荷重力は、機械の最良の性能のために実用的であるように、できるだけ一定のままにすることが望ましい。ほぼ一定の力を維持する１つの方法は、ガス／油アキュムレータの使用によって達成されるが、これが唯一の可能な方法というわけではない。ピストンが伸縮する際に、圧力の変化、よって予荷重ピストン内の予荷重力の変化を最小にするために、アキュムレータ内に含まれるガス量が用いられる。機械の作動の際に、外力生成装置によって生成された動的力が、予荷重ピストン内の予荷重力を用いて加算及び減算を行う。動的力が最初の予荷重力を超えることになった場合には、自動調心パッド軸受が、振動テーブルの表面から分離する。予荷重ピストンは、流体ばね力を用いる予荷重装置の一例であり、機械的ばね力を用いる他の予荷重装置を用いることもできる。
１つの例において、予荷重ピストンと共に用いられる自動調心軸受は、Ｔｅａｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第５，３４３，７５２号に記載される種類の球面軸受とすることができる。
【００１９】
図６乃至図９は、使用中に振動試験用取付具を支持するための構成を示し、図７乃至図１３は、代替的な支持システムを示す。両方の実施形態において、簡単にするために、三軸の振動試験システムが示されるが、これらの支持システムを、６自由度システムのような他の力生成構成のために用いることもできる。
図６乃至図９は、力生成装置１８が、各々固定フレーム構造体１０に剛に取り付けられた支持システムを示す。この組み合わせは、床の上に載っている剛性の下部支持構造体６０に取り付けられる。組み合わされた力生成装置及び固定フレームは、空気ばね６２上に取り付けられ、この空気ばね６２は、加振機によって生じた振動を下部支持構造体に伝えられないように隔離するので、使用中に生成された振動は床に伝わらない。
【００２０】
図１０乃至図１３は、力生成装置を試験システムの振動要素から機械的に隔離することができる代替的な支持システムを示す。この実施形態において、各々の力生成装置は、対応するＵ形状のフレーム６４によって囲まれる。各々の力生成装置は、振動を固定フレーム１０から隔離するためのそれぞれのばね機構をＵ形状のフレーム内に含む。Ｕ形状のフレーム６４及びそれらの対応する力生成装置は、固定フレーム１０に剛に取り付けられる。この組み合わせは、剛性の下部支持構造体６６に剛に取り付けられる。振動試験用取付具及び下部支持構造体の全体が、該下部支持構造体の脚部と床との間の空気ばね６８によって床に取り付けられる。この空気ばねは、使用中に生成される振動から床を隔離する。
【００２１】
コンピュータが、特に多軸運動の制御のために設計された特別のソフトウェアを用いる多軸振動システムを制御する。これらのコントローラは、当該技術分野において公知の幾つかの製造業者から入手可能である。
一般に、コンピュータは、試験物品の動きを力生成装置への６つの駆動信号に相関させるシステムの動力学の線形モデルを予測する。このモデルは、加振機間の相互作用、及び試験機械及び試験物品の動力学を考慮する。力生成装置への駆動信号を計算し、所望の試験振動を生成するために、このモデルが用いられる。
前述された圧力調整装置を調整し、該圧力調整装置上に作用する油圧を制御することによって、予荷重力によって加えられる静電力が制御される。
【００２２】
振動テーブルにかかる予荷重力が等しく反対向きである場合、力の合計はゼロになり、該振動テーブルは動かないが、同時にスライダ・パッド軸受は、圧縮荷重を受けて該振動テーブルの表面と接触した状態で確立される。最初の予荷重力が等しくならないように調整された場合には、全ての力の合力がゼロとなるように、外力が付加的な定常状態力をもたらさなければならない。外力生成装置がこの外力をもたらすことができ、又は重力によって外力を与えることができる。受動的ピストン及び予荷重ピストンにおける異なる力の１つの作用は、振動テーブルにかかる重力の力及び該振動テーブルに取り付けられた試験物品をオフセットさせることである。重力の力をオフセットすることにより、振動又は衝撃試験の際に動きを生成するための利用可能な駆動力の全てが蓄えられる。予荷重力を変える別の利点は、振動テーブル・システムにより、所望時に該振動テーブルのより高い加速度を所定の方向に生成することが可能になることである。
【００２３】
圧力下の流体が、駆動予荷重ピストン及び受動的予荷重ピストンのハウジングにかかる力も生成する。これらの力は、固定フレームに伝えられる。固定フレームは、予荷重ピストン組立体のハウジングを連結させ、該ハウジングにかかる力が互いに合計する。駆動予荷重ピストン及びその対向する受動的予荷重ピストン内の予荷重力が等しい場合には、固定フレームにおける合力がゼロになる。このことは、必要に応じて、外力生成装置の本体を固定フレームから機械的に隔離することを可能にする。駆動ピストン及びその対向する受動的ピストン内の予荷重力が、等しくなるように構成されていない場合には、外力生成装置の本体は固定フレームに機械的に連結され、該固定フレーム内の力によって該力生成装置により与えられた定常状態の外力を作用させることができる。
【００２４】
図５は、本発明の原理を採用する簡単化された実施形態を示す、本発明の別の形態の断面図である。この構成においては、１つの駆動予荷重ピストン及び１つの受動的予荷重ピストンが、振動テーブル、支持フレーム、及び外力生成装置に連結されている。この実施形態に示されるように、外力生成装置は、電動式加振機とすることができるが、油圧式加振機を用いることもできる。この組み合わせを他の配向で繰り返し、多自由度システムを生成することができる。
振動テーブルを加速するために利用可能な力を増大させるために、受動的予荷重ピストン組立体を駆動予荷重ピストン組立体と置き換えることが可能である。この構成は、付加的な外力生成装置の使用を可能にする。
【００２５】
回転しない３つの並進を生成する３ＤＯＦ構成が望ましい場合には、隣接する対のドライバ予荷重ピストンを機械的に連結させ、一緒に動かすことができる。次に、外力生成装置を連結させ、その力を駆動された対の予荷重ピストンに対称的に加える。
駆動予荷重ピストンの力が、反対方向の受動的予荷重ピストンの力より大きくなるように構成された場合には、定常状態の力の合力がゼロになるように付加的な定常状態の力をもたらなければならない。外部の加振機は、駆動予荷重ピストンに一時的な張力荷重を加えなければならない。試験が開始されると、外力生成装置は、その力を圧縮力として駆動予荷重ピストンに加える。次に、加振機の力及び付勢力が合計され、振動テーブル上だけで外力生成装置により生成される力より大きい力を生成する（一方向だけに）。この構成は、衝撃パルスのような試験のために有用である。
【００２６】
予荷重アクチュエータの組み合わせによって生成することができる付勢の選択肢には、（１）付勢荷重がないこと、すなわち駆動ピストンの力が、ここに説明されるプッシュ・プル構成における等しい力、反対向きの受動力によってオフセットされること、（２）重力荷重をオフセットさせるための荷重付勢、（３）一方向（外力生成装置の方向又は該外力生成装置から遠ざかる方向のいずれか）に、より高い動的力を生成するための荷重付勢、及び（４）制御された角加速度を生成するようにオフセットされた予荷重が含まれる。
予荷重力は、加振機の力より大きくしなければならず、かつ電動式加振機又は複動式油圧加振機と共に用いるために「等しく、反対向きに」しなければならない。単一端式油圧加振機の場合には、予荷重は、能動的シリンダ力の半分であることが必要である。
【００２７】
前述のように、外力生成装置は、所望の高周波数信号を生じさせるために、種々の装置を含むことができる。例えば、次の製造業者、すなわち、カリフォルニア州アナハイム所在のＬｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、コネチカット州ウォリンフォード所在のＵｎｈｏｌｔｚ−Ｄｉｃｋｉｅ、英国のＬＤＳ、日本のＩＭＶ、及びドイツのＲＭＳから入手可能な電動式加振機を本発明に用いることができる。ワシントン州バーリントン所在のＴｅａｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能であり、米国特許第５，３４３，７５２号に記載されている電気油圧式加振機を、油圧力生成装置として用いることができる。
【００２８】
本発明は、デカルト座標系における位置合わせ及び加振機の使用に関連して説明された。しかしながら、ここに含まれる概念は、運動学的に適切な種々の配向に適用することができる。本発明は、その要素の直交配向に制限されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＥＤ式単一ＤＯＦ力生成装置を組み込む６ＤＯＦ振動テーブルを示す斜視図である。
【図２】一対の力生成装置、固定フレーム、多ＤＯＦ振動テーブル、及び各々の力生成装置を該振動テーブルに連結させる一対の予荷重生成ピストン（駆動ピストン及び受動的ピストン）を示す概略的な断面図である。
【図３】駆動予荷重ピストンの概略的な断面図である。
【図４】受動的予荷重ピストンの概略的な断面図である。
【図５】単一ＤＯＦ振動テーブルを含む本発明の代替的な形態の概略的な断面図である。
【図６】振動試験機械のための支持システムの１つの実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６に示される支持システムの平面図である。
【図８】図７の線８−８で取った側面図である。
【図９】図７の線９−９で取った側面図である。
【図１０】振動試験機械のための代替的な支持システムを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示される支持システムの平面図である。
【図１２】図１１の線１２−１２で取った側面図である。
【図１３】図１１の線１３−１３で取った側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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