专利名称：高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种旋转模型受力测量装置，具体为高精度旋转 模型分量载荷及扭矩测量装置。
二背景技术：
在某些场合，需要对旋转模型受力与力矩情况进行精确测量。比 如，直升机旋翼/机身组合模型试验台，是模拟直升机在各种飞行状 态时，测量传动扭矩和旋翼模型的六个力和力矩分量载荷，以便考验 和评估直升机不同旋翼的气动性能。为此，这些力与力矩测量的准确 性至关重要，除了有高精度的扭矩测量天平(以下简称扭矩天平)和 旋翼各分量载荷测量天平(以下简称旋翼天平)外，还需要克服驱动 旋翼旋转的传动系统对测量的影响。所以对扭矩天平和旋翼天平试验 装置中的联轴节有以下两点特殊要求
1. 驱动模型旋翼转轴时，联轴节只传递扭矩，不传递(或少传 递)其它方向的载荷分量。也就是说，对其它方向的载荷分量不产生 干扰，或使之小到可以允许的范围(如0.25%)。反之，也要求其 他方向的载荷分量不影响扭矩的测量。
2. 测量旋翼载荷时，在不影响转动的前提下，旋翼轴及旋转模 型要求联轴节有足够的扭转变形(包括轴向线位移和扭转角位移)， 从而不影响载荷测量。
一般机械工程常用的弹性联轴节有轮胎联轴节、NZ挠性爪型 联轴节、铰链联轴节和小尺寸万向联接轴等。这些联轴节，除了重量 /扭矩比值较大外；传递扭矩时，有的传递运动不够准确，有的存在 较大的摩擦和干扰，从而严重的影响了测量数据。
三、发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，设计一种高精度旋转 模型分量载荷及扭矩测量装置。特别是针对一般机械常用联轴节的不 足，设计单节或双节多点拉压式弹性联轴节，以保证相关力与力矩等 参数测量的准确性。
本实用新型的基本思路是在主动轴(18)与从动轴(10)之间
设有弹性联轴节相连，该弹性联轴节主要由连接法兰(12)、压环(13)、 多层弹性片(14)、定位衬套(15)、花键套(16)、连接螺栓(17) 等组成。为使局部弹性片不受偏心载荷，将局部弹性片的内、外园半 径取相同的值，即RfR2，并对称于两接点的连线。 本实用新型的具体技术解决方案是
一种高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置，包括主动轴 (18)、从动轴(10)，装于从动轴(10)轴承座上的旋翼天平(9)， 在主动轴(18)与从动轴(10)上均固定有连接主动轴(18)与从动 轴(10)的连接法兰(12)，在两个连接法兰(12)之间连接有扭矩 天平(11)，其特征是在主动轴(18)与从动轴(10)之间还装有 弹性联轴节，且弹性联轴节包括固定于主动轴(18)或从动轴(10) 上的花键套(16)，套于主动轴(18)或从动轴(10)上的一个或多 个弹性片(14)，弹性片(14)位于连接法兰(12)与花键套(16) 之间，花键套(16)与连接法兰(12)之间由连接螺栓(17)连接。 进一步的方案是在弹性片(14)与花键套(16)之间还装有定 位衬套(15)，在弹性片(14)与连接法兰(12)之间还装有与定位 衬套(15)配合的压环(13)。
更进一步的方案是在扭矩天平(11)靠主动轴(18)和从动轴
(10)的两侧均装有弹性联轴节，弹性片(14)的等圆周上对称开有 偶数个孔(1、 2、 3、 4、 5、 6)，其中主动轴(18) —侧的弹性片(14) 上的孔(1、 3、 5)被主动轴(18) —侧的连接螺栓(17)穿过连接， 从动轴(10) —侧的弹性片(14)上的孔(2、 4、 6)被从动轴(10) 一侧的连接螺栓(17)穿过连接。
再进一步的方案是弹性片(14)上两个相邻的孔之间的外侧面
和内侧面与两个相邻的孔之间的连线对称，即R,二&。
这种设计相当于将主动轴(18)与从动轴(10)用一组弹性片相 连，而且其中接点l， 3， 5与主动轴相连，接点2， 4， 6与从动轴相 连。设计时，将局部弹性片的内、外园半径取相同的值，即R,二R2并 对称于两接点的连线是为了使局部弹性片不受偏心载荷。传递扭矩 时，整个弹性片分隔成接点1到6之间、5到4之间、3到2之间共 3个受拉的局部弹性片，和接点1到2之间、3到4之间、5到6之 间3个受压的局部弹性片。当传扭方向改变时，两者互换。以形成效 果更好的双节多点(孔)拉压式弹性联轴节。
本实用新型不仅适用于将两个该弹性联轴节与中间扭矩天平组 成的组件安装于旋翼天平9下端，还适用于将该组件安装在旋翼天平 中间处。
在本实用新型中，旋翼天平(9) 一般采用盒式应变天平，扭矩 天平(11) 一般采用扭矩轴式应变天平。
本实用新型的优点是通过在扭矩及旋转模型分量载荷测量装置 上试用6点拉压、单层和多层弹性联轴节的实践表明，天平校正和使 用的线性、重复性都很好；其中单层弹性片的抗疲劳特性较差，容易 损坏；多层弹性片不仅使弹性恢复力降低，提高了疲劳寿命，而且改 善了加工性和经济性。
四
图1是高精度扭矩及旋转模型分量载荷测量装置的结构图。 图中8—旋转模型，9一旋翼天平，IO—从动轴，ll一扭矩天平，
12—连接法兰，13—压环，14一多层弹性片，15—定位衬套，16—花
键套，17—连接螺栓，18—主动轴。
图2是图1的I区局部放大图即多组弹性片定位安装结构图。 图中13—压环，14—多层弹性片，15—定位衬套，16—花键套，
17—连接螺栓。
图3是六点拉压式弹性片结构简图。
图中l一接点(孔)1， 2—接点(孔)2， 3—接点(孔)3， 4 一接点(孔)4， 5—接点(孔)5， 6—接点(孔)6， 7—局部弹性片， R—接点中心园半径，Rl—局部弹性片的内园半径，R2—局部弹性片 的外园半径，bmin是相邻接点间的最小宽度。
五具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做详尽描述。
如图1和图2， 一种高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置， 包括主动轴18、从动轴10，装于从动轴10轴承座上的旋翼天平9, 在主动轴18与从动轴10上均固定有连接主动轴18与从动轴10的连 接法兰12，在两个连接法兰12之间连接有扭矩天平11，在主动轴 18的连接法兰12与主动轴18之间和在从动轴10的连接法兰12与 从动轴10之间均装有弹性联轴节，且弹性联轴节包括固定于主动轴
18、从动轴10上的花键套16，套于主动轴18、从动轴10上的多个 弹性片14，弹性片14位于连接法兰12与花键套16之间，花键套16 与连接法兰12之间由连接螺栓17连接。在弹性片14与花键套16之 间还装有定位衬套15，在弹性片14与连接法兰12之间还装有与定 位衬套15配合的压环13。在弹性片14的等圆周上对称开有6个孔1 、 2、 3、 4、 5、 6，其中主动轴18—侧的弹性片14上的孔1、 3、 5被 主动轴18 —侧的连接螺栓17穿过连接，从动轴10 —侧的弹性片14 上的孔2、 4、 6被从动轴10 —侧的连接螺栓17穿过连接。弹性片 14上两个相邻的孔之间的外侧面和内侧面与两个相邻的孔之间的连 线对称，gPR,=R2。传递扭矩时，整个弹性片分隔成接点1到6之间、 5到4之间、3到2之间共3个受拉的局部弹性片，和接点1到2之 间、3到4之间、5到6之间3个受压的局部弹性片。当传扭方向改 变时，两者互换。试验时，旋转模型8装于从动轴10顶部。
本实用新型所述的弹性连轴节特殊结构设计与强度和稳定性校 核根据传动轴所传递的最大扭矩Mk来计算出弹性片14的接点中心 园半径R和局部弹性片14的最小宽度bmin和厚度。通过抗扭稳定度 校核，由弹性片14在扭矩Mk的作用下局部弹性片14的拉伸量计算 出主动轴18与从动轴10之间的扭角为0.01度以下，可见，六点 拉压式弹性联轴节是一种理想的传扭联轴节。
主动轴18与从动轴10之间偏差的补偿。在主动轴18与从动轴 10之间存在径向偏差的时候，由于该联轴节的径向刚度很大，因而 就不能得到足够的补偿。所以将两个单节弹性联轴节串联起来，利用 两个倾角偏差来实现径向偏差的补偿，即本实用新型中所应用的双节 六点拉压式弹性联轴节。该联轴节可将从动轴10相对于主动轴18的 任意位置关系都分解为轴向、径向线偏差和倾角偏差的组合，并通过
弹性变形将从动轴10相对于主动轴18的任意位置偏差产生的力和力 矩克服掉，从而对天平测量数据的影响达到最小。
本实用新型对弹性联轴节的安装要求以与多层弹性片14接点
相连接的定位衬套15外径和端面作为调整时的特征点。调整上花键 套法兰盘下面的3个定位套外径组成的公共外接圆和端面，使外接圆
与从动轴10同轴，端面与从动轴10垂直；调整下花键套16法兰盘
上面的3个定位套组成的公共外接圆和端面，使外接圆与主动轴18 同轴，端面与主动轴18垂直。在结构允许的情况下，采用一轴端固 定，另一轴端滑配的装配方式，可以避免初始轴向装配应力的影响。 通过校核可知该弹性联轴节在传递扭矩方向的稳定性很大，而轴 向稳定度和倾角稳定度很小，这正是我们设计时所希望的。同时在我 们验算过程中发现，该弹性联轴节的抗扭稳定度与单个弹性片的厚度 S成正比，而轴向稳定度和倾角稳定度则与3:5成正比，所以，适当 的减小S值可以更多地降低轴向稳定度和倾角稳定度。另夕卜，经过强 度校核，该弹性联轴节的安全系数大于2，符合设计要求。
该弹性联轴节在直升机试验台的使用结果是旋翼天平与扭矩天 平的测量精度均达到5%。以上，从而证明该弹性联轴节在传扭的过程 中，对测量系统除了有较小的影响以外，还具有可复现性，所以具有 较高的传递精度。
这种高精度高传扭刚度双节六点拉压式弹性联轴节适用于任何 主动轴与从动轴的连接，并在该传动扭矩的测量中和旋转部件的六分 量力和力矩的测量中，更是起到关键性作用，可将由于传动轴安装而 产生的轴向力和弯矩对测量数据影响降到最低。尤其适用于震动较大 和主动轴与从动轴的安装位置误差难以保证的传动系统。
权利要求1、一种高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置，包括主动轴(18)、从动轴(10)，装于从动轴(10)轴承座上的旋翼天平(9)，在主动轴(18)与从动轴(10)上均固定有连接主动轴(18)与从动轴(10)的连接法兰(12)，在两个连接法兰(12)之间连接有扭矩天平(11)，其特征是在主动轴(18)与从动轴(10)之间还装有弹性联轴节，且弹性联轴节包括固定于主动轴(18)或从动轴(10)上的花键套(16)，套于主动轴(18)或从动轴(10)上的一个或多个弹性片(14)，弹性片(14)位于连接法兰(12)与花键套(16)之间，花键套(16)与连接法兰(12)之间由连接螺栓(17)连接。
2、 根据权利要求l所述的高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置，其特 征是在弹性片(14)与花键套(16)之间还装有定位衬套(15)，在弹性片(14) 与连接法兰(12)之间还装有与定位衬套(15)配合的压环(13)。
3、 根据权利要求1或2所述的高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置， 其特征是在扭矩天平(11)靠主动轴(18)和从动轴(10)的两侧均装有弹 性联轴节，弹性片(14)的等圆周上对称开有偶数个孔(1、 2、 3、 4、 5、 6)， 其中主动轴(18) —侧的弹性片(14)上的孔(1、 3、 5)被主动轴(18) —侧 的连接螺栓(17)穿过连接，从动轴(10) —侧的弹性片(14)上的孔(2、 4、 6)被从动轴(10) —侧的连接螺栓(17)穿过连接。
4、 根据权利要求3所述的高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置，其特 征是弹性片(14)上两个相邻的孔之间的外侧面和内侧面与两个相邻的孔之 间的连线对称，即H
专利摘要一种高精度旋转模型分量载荷及扭矩测量装置，包括主动轴(18)、从动轴(10)，装于从动轴(10)轴承座上的旋翼天平(9)，在主动轴(18)与从动轴(10)上均固定有连接主动轴(18)与从动轴(10)的连接法兰(12)，在两个连接法兰(12)之间连接有扭矩天平(11)，其特征是在主动轴(18)与从动轴(10)之间还装有弹性联轴节，且弹性联轴节包括固定于主动轴(18)或从动轴(10)上的花键套(16)，套于主动轴(18)或从动轴(10)上的一个或多个弹性片(14)，弹性片(14)位于连接法兰(12)与花键套(16)之间，花键套(16)与连接法兰(12)之间由连接螺栓(17)连接。
文档编号G01L5/16GK201069404SQ200720080000
公开日2008年6月4日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者张家骥, 炯 杨, 王天虹, 黄明其 申请人:中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所