专利名称：大型深水结构物模型参数调节通用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种调节架，具体是一种大型深水结构物模型参数调节通用 装置，属于测量仪器领域。
背景技术：
大型深水工程结构物的模型制作完成后，需要调节模型的重量、重心和转动 惯量(及模型参数)，以保证与实际结构物的质量相似和质量分布相似。模型的 重量根据排水量的大小通过增加压铁来进行调试。重心和转动惯量通常采用悬挂 法在模型调节架上进行间接测量。传统的测量惯量的方法是利用三线摆来测量， 也有一些框式测量仪，这些测量工具由于尺寸偏小，不具有集成质量特性调节的 功能，且普通的测量方法和仪器的系统误差太大，所以不能满足模型测量的需要。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为02137056.7，专利名称
为船模惯量调节架，该专利自述为主要包括支撑部分、摆动部分，其连接 方式为支撑部分和摆动部分通过支撑部分的刀架和摆动部分的刀口吊装搭接。 支撑部分包括固定支柱、纵摇支柱、刀架、底座、横摇支柱，底座两侧各由中 间向两端依次设有纵摇支柱、横摇支柱、固定支柱，在纵摇支柱的顶端设置刀架， 整个支撑部分前后左右对称。摆动部分包括刀口、调节架摇篮，摇篮上方设有 刀口，摇篮设置在纵摇支柱的刀架上。该船模惯量调节架为机械式，是一件传统 的机械产品，存在不足之处(l)测量目标单一，仅可用在船体或类船体的模型 上；(2)摇篮笨重，严重影响测量精度；(3)测量范围小，不能满足大型深水工 程结构物模型的参数调节。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大型深水结构物模型参数 调节通用装置，使其在船模惯量调节架的基础上进行了改进，通过增加可拉伸部 分，使其可以满足多种深水结构物模型参数调节的需要。同时，摇篮部分采用优
化的桁架结构，减少摇篮自身重量，提高了测量精度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括固定支撑部分、可动支撑
部分、摆动部分和滚珠丝杠。连接方式是固定支撑部分和可动支撑部分相连接。 摆动部分是可伸縮的， 一端位于固定支撑部分上，另一端位于可动支撑部分上。 滚珠丝杠两端通过螺栓螺母固定在固定支撑部分上。
所述固定支撑部分包括第一含刀槽支撑柱、第一角度限位柱、第一底盘、 导轨、导轨限位块、步进电机支撑板、转动轴承的支撑板。连接方式为第一底 盘中央位置布置第一含刀槽支撑柱，两侧对称布置第一角度限位柱，对应于第一 含刀槽支撑柱和两侧第一角度限位柱这三个支柱，在第一底盘一侧布置左中右三 条导轨，三条导轨中央分别布置导轨限位块，在对应于第一含刀槽支撑柱的导轨 中央位置转动轴承的支撑板，该导轨的末端布置步进电机支撑板。
所述转动轴承的支撑板与布置滚珠丝杠一端连接。
所述可动支撑部分包括第二含刀槽支撑柱、第二角度限位柱、第二底盘、 导轨副。连接方式是第二底盘中央位置布置第二含刀槽支撑柱，两侧对称布置 第二角度限位柱，对应于第二含刀槽支撑柱和两侧第二角度限位柱这三个支柱， 在第二底盘下方分别布置三个导轨副，可动支撑部分通过三个导轨副与固定支撑 部分的三条导轨相连，在受限制的位置可滑动。
所述第一底盘，其厚度比第二底盘厚度大。
所述第一底盘、第二底盘的厚度差距为导轨基线和导轨副基线的间距，保证 两端刀槽水平。
所述摆动部分由基本对称的两部分组成，包括刀口、角度限位板、垂直桁 架、圆柱、套筒。连接方式为垂直桁架为主体，其上方中央布置配合刀槽的刀 口，两侧对称布置一个角度限位板，与支撑部分的角度限位柱对称使用。垂直桁 架下方均匀布置五根圆柱，摆动部分两部分的细小差距就在于圆柱的布置形式， 摆动部分一部分布置三根两段式圆柱和两根套筒，摆动部分另一部分布置三根套 筒和两根两段式圆柱，配合使用可以恰好的实现伸縮的功能。
所述滚珠丝杠包括步进电机、联轴器、丝杠、滚珠丝杠副、丝杠末端的转 动轴承、轴承支架。整个滚珠丝杠通过步进电机的底座和轴承支架与固定支撑部 分对应的支撑板相接。滚珠丝杠内部连接方式为步进电机与联轴器相连，联轴 器连接丝杠一端，丝杠另一端连接丝杠末端的转动轴承，丝杠末端的转动轴承固 定于轴承支架上。滚珠丝杠副与丝杠同轴，丝杠转动时，带动滚珠丝杠副作单自 由度平动，滚珠丝杠副通过螺栓螺母与可动支撑部分固接。
具体工作时，根据现有宽度判断需要增加(或减少)宽度，操作步进电机， 使电机带动丝杠顺时针(或逆时针)转动，带动滚珠丝杠副沿增加宽度的方向移 动，由于滚珠丝杠副与可动支撑部分固接，将自然带动可动支撑部分到指定位置， 支撑部分的刀槽与刀口配合，将拉动摆动部分的套筒和圆柱，使其自然拉伸至要 求的宽度。
本发明克服了船模转动惯量调节架功能单一、摆动部分笨重、精确度差的缺 点，能够适用于各种大型深水工程结构物模型参数的测量，避免了因尺寸不使用 而重复制造的浪费，节省了大量开支；同时，整套设备维护方便，结实耐用，精 确度高，可以准确、快速、方便的完成重量、重心和转动惯量的调节，可用与测 量和调节船类、FPS0、半潜式钻井平台、SPAR平台等多种海洋工程结构物模型 的参数。目前海洋工程结构物新种类不断出现，本发明的通用性也可以使用在将 来的结构物模型上。
图1为本发明固定支撑部分示意图； 图2为本发明可动支撑部分示意图； 图3为本发明摆动部分示意图4为本发明滚珠丝杠示意图5为本发明总体示意图。
图中固定支撑部分l、可动支撑部分2、摆动部分3、滚珠丝杠4、导轨限 位块5、步进电机支撑板6、转动轴承的支撑板7、第二底盘8、导轨副9、刀口 10、角度限位板ll、垂直桁架12、圆柱13、套筒14、步进电机15、联轴器16、 丝杠17、滚珠丝杠副18、丝杠末端的转动轴承19、轴承支架20、第一含刀槽支 撑柱21、第一角度限位柱22、第一底盘23、导轨24、第二含刀槽支撑柱25、 第二角度限位柱26。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
如图5所示，本实施例包括固定支撑部分l，可动支撑部分2，摆动部分3， 滚珠丝杠4。连接方式为固定支撑部分1和可动支撑部分2相连接。摆动部分3是可伸缩的， 一端位于固定支撑部分l上，另一端位于可动支撑部分2上。滚 珠丝杠4两端通过螺栓螺母固定在固定支撑部分1上。
如图1所示，固定支撑部分1包括第一含刀槽支撑柱21、第一角度限位 柱22、第一底盘23、导轨24、导轨限位块5、步进电机支撑板6、转动轴承的 支撑板7。连接方式为第一底盘23中央位置布置第一含刀槽支撑柱21，两侧 对称布置第一角度限位柱22，对应于三个支柱(即居中的第一含刀槽支撑柱1 和两侧第一角度限位柱2这三个支柱)，在第一底盘3—侧布置三条导轨4，三 条导轨4中央分别布置导轨限位块5，对应于第一含刀槽支撑柱1的导轨的中央 位置设置轴承支座的支撑板，中央导轨的末端布置步进电机支撑板6。
所述转动轴承的支撑板7与布置滚珠丝杠一端连接。
所述第一底盘，其厚度为10厘米到15厘米。
如图2所示，可动支撑部分2包括第二含刀槽支撑柱25、第二角度限位 柱26、第二底盘8、导轨副9。连接方式是第二底盘中央位置布置第二含刀槽 支撑柱，两侧对称布置第二角度限位柱，对应于居中的第二含刀槽支撑柱和两侧 第二角度限位柱这三个支柱)，在第二底盘下方分别布置三个导轨副9。可动支 撑部分通过三个导轨副与固定支撑部分1的三条导轨24相连，在受限制的位置 可滑动。第二底盘8的差距恰为导轨24基线和导轨副9基线的间距，保证两端 刀槽水平。
第二底盘8，其厚度在5厘米到10厘米之间。
如图3所示，所述摆动部分3包括刀口 10、角度限位板ll、垂直桁架12、 圆柱13、套筒14。连接方式为垂直桁架12为主体，其上方中央布置配合刀槽 的刀口IO，两侧对称布置一个角度限位板ll，与支撑部分的角度限位柱对称使 用。垂直桁架12下方均匀布置五根圆柱13，摆动部分3分别基本对称的两部分， 其中一部分布置三根两段式圆柱13和两根套筒14，另一部分布置三根套筒14 和两根两段式圆柱13，配合使用可以恰好的实现伸縮的功能。
所述刀口IO，用于配合刀槽，只具有摇动的单自由度。
所述圆柱13，用于支撑模型。圆柱13分两段，呈阶梯状，直径大的一端与 垂直桁架12相连接，直接小的一端可嵌入套筒14中。
所述套筒14，可容纳两段式圆柱其中一段圆柱。
如图4所示，所述滚珠丝杠4包括步进电机15、联轴器16、丝杠17、滚
珠丝杠副18、丝杠末端的转动轴承19、轴承支架20。整个滚珠丝杠通过步进电 机15的底座和轴承支架20与固定支撑部分转动轴承的支撑板7相接。滚珠丝杠 内部连接方式为步进电机15与联轴器16相连，联轴器16连接丝杠17—端， 丝杠17另一端连接丝杠末端的转动轴承19，丝杠17末端的转动轴承19固定于 轴承支架20上。滚珠丝杠副18与丝杠17同轴，丝杠17转动时，带动滚珠丝杠 副18作单自由度平动。
如图5所示，可动支撑部分2通过三个导轨副9与固定支撑部分的导轨24 相连，共同形成可拉伸的支撑部分；摆动部分通过两个刀口 IO与支撑部分的含 刀槽支撑柱21上的刀槽相接；滚珠丝杠4 一方面通过轴承支架20与固定支撑部 分1的转动轴承的支撑板7相接，另一方面通过步进电机15的底座与固定支撑 部分l的步进电机支撑板6相接，同时，滚珠丝杠副18与可动支撑部分2的第 二底盘8相连接。
工作时，模型重量根据排水量的大小通过增加模型中放置的压铁来进行重量 调节，然后进行模型质量分布的调节。质量分布分成两大部分共四小项，分别是 X方向上的重心Xg， Y方向上的重心Yg;绕Y轴转动的转动惯量Kyy，绕X周转 动的转动惯量Kxx。
首先调节Xg。根据Y方向的模型宽度，调节大型深水结构物模型参数调节 通用装置，使其宽度上满足要求。具体操作时，根据现有宽度判断需要增加(或 减少)宽度，操作步进电机15，使步进电机15带动丝杠17顺时针(或逆时针) 转动，带动滚珠丝杠副18沿增加宽度的方向移动，由于滚珠丝杠副18与可动支 撑部分2固接，将自然带动可动支撑部分2到指定位置，支撑部分的刀槽与刀口 IO配合，将拉动摆动部分3的套筒14和圆柱13，使其自然拉伸至要求的宽度。
完成模型参数通用装置宽度的调节后，将摇篮放置在摆动部分3中，使用门 吊把模型放到摆动部分3的摇篮中。放置完成后，试验要求的深水结构物模型的 Xg位置在两刀口 IO的连接线上。同时，布置水平尺在摇篮的边缘位置。初期， 由于模型质量分布不符合要求，摆动部分3的角度限位板11将接触支撑部分的 角度限位柱，此时，移动布置在模型内部的压铁，使摇篮水平。这样，就完成了 Xg的调节。然后，调节绕Y轴的转动惯量Kyy。先移去水平尺，给摇篮一个适中 的初始力，使其慢慢纵向摆动。使用计时工具，测出摆动周期，看是否与要求的 摆动周期相符。如不符，布置在模型内部的压铁在其Y坐标不变的情况下，相对
的对称移动X轴一定距离，直到摆动周期与要求的相符。这样就完成了 Kyy的调 节。完成Xg和Kyy之后，使用门吊将模型转动90度，开始调节Yg和Kxx。需 要注意的是，调节Yg和Kxx的时候，务必保持模型内压铁的原有X坐标位置不 变，只调节其Y坐标位置。四个参数都调节完成后，就完成了整个模型的调节。
权利要求
1、一种大型深水结构物模型参数调节通用装置，包括固定支撑部分、可动支撑部分、摆动部分和滚珠丝杠，其特征在于，固定支撑部分和可动支撑部分相连接，摆动部分是可伸缩的，一端位于固定支撑部分上，另一端位于可动支撑部分上，滚珠丝杠两端通过螺栓螺母固定在固定支撑部分上。
2、 根据权利要求1所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征 是，所述固定支撑部分包括第一含刀槽支撑柱、第一角度限位柱、第一底盘、 导轨、导轨限位块、步进电机支撑板、转动轴承的支撑板，第一底盘中央位置布 置第一含刀槽支撑柱，两侧对称布置第一角度限位柱，对应于第一含刀槽支撑柱 和两侧第一角度限位柱这三个支柱，在第一底盘一侧布置左中右三条导轨，三条 导轨中央分别布置导轨限位块，在对应于第一含刀槽支撑柱的导轨中央位置转动 轴承的支撑板，该导轨的末端布置步进电机支撑板。
3、 根据权利要求2所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征 是，所述转动轴承的支撑板与布置滚珠丝杠一端连接。
4、 根据权利要求1所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征 是，所述可动支撑部分包括第二含刀槽支撑柱、第二角度限位柱、第二底盘、 导轨副，第二底盘中央位置布置第二含刀槽支撑柱，两侧对称布置第二角度限位 柱，对应于第二含刀槽支撑柱和两侧第二角度限位柱这三个支柱，在第二底盘下 方分别布置三个导轨副，可动支撑部分通过三个导轨副与固定支撑部分的三条导 轨相连，在受限制的位置可滑动。
5、 根据权利要求2或4所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征是，所述固定支撑部分的第一底盘，其厚度比所述可动支撑部分的第二底盘 厚度大。
6、 根据权利要求5所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征是，所述第一底盘、第二底盘的厚度差距为导轨基线和导轨副基线的间距，保证 两端刀槽水平。
7、 根据权利要求1所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征是，所述摆动部分包括刀口、角度艰位板、垂直桁架、圆柱、套筒，垂直桁架为主体，其上方中央布置配合刀槽的刀口，两侧对称布置一个角度限位板，与支 撑部分的角度限位柱对称使用，垂直桁架下方均匀布置五根圆柱，摆动部分分别 基本对称的两部分，其中一部分布置三根两段式圆柱和两根套筒，另一部分布置 三根套筒和两根两段式圆柱。
8、 根据权利要求7所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征 是，所述圆柱分两段，呈阶梯状，直径大的一端与垂直桁架相连接，直接小的一 端嵌入套筒中。
9、 根据权利要求1所述的大型深水结构物模型参数调节通用装置，其特征 是，所述滚珠丝杠包括步进电机、联轴器、丝杠、滚珠丝杠副、丝杠末端的转 动轴承、轴承支架，步进电机与联轴器相连，联轴器连接丝杠一端，丝杠另一端 连接丝杠末端的转动轴承，丝杠末端的转动轴承固定于轴承支架上，整个滚珠丝 杠通过步进电机的底座和轴承支架与固定支撑部分对应的支撑板相接，滚珠丝杠 副与丝杠同轴，丝杠转动时，带动滚珠丝杠副作单自由度平动。
全文摘要
一种测量仪器技术大型深水结构物模型参数调节通用装置，包括固定支撑部分、可动支撑部分、摆动部分和滚珠丝杠，固定支撑部分和可动支撑部分相连接，摆动部分是可伸缩的，一端位于固定支撑部分上，另一端位于可动支撑部分上，滚珠丝杠两端通过螺栓螺母固定在固定支撑部分上。本发明通过增加可拉伸部分，使其可以满足多种深水结构物模型参数调节的需要。同时，摇篮部分采用优化的桁架结构，减少摇篮自身重量，提高了测量精度。
文档编号G01M1/00GK101183035SQ20071017216
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者吕海宁, 张承懿, 涛 彭, 房茂鹏, 杨建民, 肖龙飞 申请人:上海交通大学