应变式螺旋桨电测动力仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了应变式螺旋桨电测动力仪，包括支座、安装于所述支座上方的伺服电机、与伺服电机传动相连的垂直传动轴、以及与所述垂直传动轴通过齿轮组相啮合传动的水平传动轴；所述水平传动轴的一端连接有推扭力传感装置，所述推扭力传感装置通过水平主轴与螺旋桨相连接；所述水平传动轴的另一端通过滑环安装有接线盒。本发明的动力仪测试吃水深度500mm，具有良好的水密性，可精确测量水中螺旋桨工作状态下的受力情况，误差控制在0.5%，在0～40℃温度下正常工作。
【专利说明】应变式螺旋桨电测动力仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及螺旋桨动力仪，尤其涉及一种应变式螺旋桨电测动力仪。
【背景技术】
[0002]测量螺旋桨的推力和扭矩的仪器称为螺旋桨动力仪。其目的为将测绘数据绘制成图谱，分析和完善理论设计，供实际螺旋桨设计需要。
[0003]螺旋桨动力仪由机械式和电测式两种。机械式动力仪在试验时，用加减砝码的方法来平衡螺旋桨发出的推力和扭矩，该种形式的动力仪操作运算麻烦。
[0004]而现有的电测试动力仪内部测试设备较为复杂，电测试动力仪多使用进口配件，价格高昂，装配费时；而且测量精度不高，容易出现误差；不便于大范围使用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决现有技术中的问题，提供一种应变式螺旋桨电测动力仪。
[0006]本发明的技术方案是:一种应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:包括支座、安装于所述支座上方的伺服电机、与伺服电机传动相连的垂直传动轴、以及与所述垂直传动轴通过齿轮组相啮合传动的水平传动轴；所述水平传动轴的一端连接有推扭力传感装置，所述推扭力传感装置通过水平主轴与螺旋桨相连接；所述水平传动轴的另一端通过滑环安装有接线盒。
[0007]所述伺服电机通过过度盘安装在所述支座的上方，所述伺服电机通过联轴器与垂直传动轴相连。
[0008]所述联轴器为星型弹性联轴器，在所述联轴器周向安装有止动盘，在止动盘的法兰处开设有六个360°均布的槽口，所述槽口内可插入手动刹车锁死的止动杆。
[0009]所述垂直传动轴与水平传动轴相啮合的齿轮组为螺旋伞齿组，包括两个等径锥齿轮，其中一个锥齿轮安装在垂直传动轴尾端，另一个锥齿轮安装在与其啮合的水平传动轴上。
[0010]所述水平传动轴为空心轴。
[0011]推扭力传感装置的导线从水平传动轴的空心部分穿出，经由滑环连接至接线盒。
[0012]所述推扭力传感装置的后部法兰连接水平传动轴，前端通过法兰套筒连接水平主轴。
[0013]所述推扭力传感装置包括梁式推力传感器、四梁式扭矩传感器、传力杆、弹性片、连接接头以及压块，所述推力传感器的一端通过槽定位、螺栓连接在扭矩传感器上，另一端通过传力杆连接到连接接头部分；所述扭矩传感器的另一端与弹性片通过三个正向的压块相连，而三个反向的压块将弹性片和连接接头连接在一起。
[0014]所述六个压块为360°均布。
[0015]所述推力传感器、扭矩传感器的应变片为金属箔电阻应变片。
[0016]本发明具有如下有益效果:[0017](I)本发明装配简单、造价低；
[0018](2)本发明的齿轮组结构具有传动比稳定，噪音低，承载能力高，工作可靠，结构紧凑，耐磨损，寿命长的特点；
[0019](3)推扭力传感装置的应变片选用金属箔电阻应变片，与传统丝式应变计相比，箔式应变片具有蠕变小，横向效应小，疲劳寿命长，散热条件好；
[0020](4)本发明的动力仪量程范围为扭矩:± ION ?!!!，推力:250N，电机为1.5Kw伺服电机，结构简洁，维护成本低； [0021](5)本发明的动力仪测试吃水深度500_，具有良好的水密性，可精确测量水中螺旋桨工作状态下的受力情况，误差控制在0.5%，在0~40°温度下正常工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的结构示意图；
[0023]图1a为本发明安装于轨道上的结构示意图；
[0024]图1b为本发明水平主轴的结构示意图；
[0025]图2为本发明止动盘、止动杆组成的手动刹车示意图；
[0026]图3为本发明密封剖视图；
[0027]图4为本发明螺旋伞齿轮垂直传动部分剖视图；
[0028]图5a为本发明的推扭力传感装置主视图；
[0029]图5b为本发明的推扭力传感装置等轴侧视图；
[0030]图6为本发明的推扭力传感装置内部电桥布置原理图；
[0031]图7为本发明滑环、接线盒装配示意图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明实现的技术手段、技术特征、发明目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0033]如图1为本发明的一种应变式螺旋桨电测动力仪，包括支座3、安装于所述支座3上方的伺服电机2、与伺服电机2传动相连的垂直传动轴16、以及与所述垂直传动轴16通过齿轮组162相啮合传动的水平传动轴14 ;所述水平传动轴14的一端连接有推扭力传感装置161，所述推扭力传感装置161通过水平主轴13与螺旋桨4相连接；所述水平传动轴14的另一端通过滑环25安装有接线盒26。
[0034]如图1a为本发明的安装图，附图中I为吊装架、2为伺服电机、3为支座、4为螺旋桨、5为轻轨试验轨道。轻轨试验轨道5为循环水槽的一部分，吊装架I跨置在轻轨试验轨道5的上方，在吊装架I的下方吊装本发明的应变式螺旋桨电测动力仪。本发明的伺服电机2通过过度盘31安装在流线型支座3的上方，并通过星型弹性联轴器21与垂直传动轴14相连，构成本发明的动力部分。
[0035]如图2所示，在联轴器21的周向安装有止动盘6，止动盘6通过紧定螺钉抱紧在联轴器21上；在止动盘6的法兰处开设有六个360°均布的槽口 61，在槽口 61内可插入手动刹车锁死的止动杆7，可将7止动杆插入槽口 61实现手动刹车锁死。
[0036]如图3、lb所示，为本发明的水下密封，其中9为密封套筒，位于水平主轴13的前部，螺旋桨4的后方。密封套筒9的内壁安装有轴向密封件及端面V型油封，其中11为水平主轴外套，与密封套筒9之间通过螺纹定位，通过V型油封8与水平主轴套12过盈配合固定，10为用于轴向密封的O型圈，正如所有接缝处均安装有轴向密封和端向密封件，另在整个动力仪结构设计中，设计了通气孔，与干燥室相连。
[0037]如图4所示为本发明的齿轮组，其中16为水平传动轴，本发明中水平传动轴14为空心轴，16为垂直传动轴，两者间通过15a、15b —对磨齿弧齿等径锥齿轮实现直角传动。安装时，考虑到螺旋桨4的受力方向与锥齿轮传动时的受力方向，根据螺旋桨4左旋/右旋，确定15a、15b的旋向，尽可能让其保持相反的方向，从而平衡掉一部分力，达到保护锥齿轮增加寿命的目的。先将15a与垂直传动轴16装配配合后用螺栓定位，再将水平空心轴14与15b装配，通过垫圈和轴用锁紧螺母定位，并安装一对角接触轴承以吸收轴向上的作用力。水平传动轴14上的零件全部安装完毕后一起装入动力仪中，并对齿轮进行啮合调整。该结构具有传动比稳定，噪音低，承载能力高，工作可靠，结构紧凑，耐磨损，寿命长等特点。
[0038]如图5a、5b所示为推扭力传感装置161的装配示意图。推扭力传感装置161的后部法兰连接水平传动轴14，前端通过法兰套筒连接水平主轴13，为整套测量仪器中的重要部分。其组成包括:梁式推力传感器22、四梁式扭矩传感器21、传力杆20、弹性片18、连接接头19以及压块23。推力传感器22、扭矩传感器21均采用应变梁式，推力传感器22 —端通过槽定位，螺栓连接在扭矩传感器21上，另一端通过传力杆20连接到连接接头19部分。扭矩传感器21的另一端与弹性片18通过三个正向的压块23相连，而三个反向的压块23将弹性片18和连接接头19连接在一起，六个压块为360°均布。工作时，前端的螺旋桨4转动，受到水流的作用力，连接螺旋桨4的水平主轴13将扭矩传给连接接头19部分，通过压块23及弹性片18、传力杆20的作用，使推力与扭矩分开，起到避免信号干扰，保护元件增加使用寿命的作用，推扭力传感器均经过详细的计算及反复的校核、试验，在应变变形比，信号输出大小，灵敏度，结构的刚度之间选取比较合理的外形参数。
[0039]图6所示为推力传感器22、扭矩传感器21上的应变片接线原理示意图。Rl?R4为测量桥路应变率，Rt为零点温度补偿电阻，Ra为零点输出调整电阻，Rm为灵敏度温度补偿电阻，RI为线性补偿电阻。这些补偿电阻是为了以下几点:
[0040]I)零漂:天平预热后，在零载与室温情况下，30分钟内各分量电桥输出的变化量，不大于天平设计量程时的电桥输出值得0.2%。
[0041]2)温漂:天平在零载荷情况下与使用环境温度范围内，为10°C温度变化所引起的各分量电桥输出的变化量，不大于天平设计量程时的电桥输出值的0.2%。
[0042]3)电桥各桥臂电阻差值:不大于0.3 Q。
[0043]4)绝缘电阻:应变计、电路与天平元件之间的电阻值，不小于2 X 103M Q。
[0044]应变片选用金属箔电阻应变片，与传统丝式应变计相比，箔式应变片具有蠕变小，横向效应小，疲劳寿命长，散热条件好等优点。通过对传感器进行计算确定贴片位置，首尾线头相连，组成惠斯通电桥。当传感器的梁上贴应变片处由于受力而产生形变时，应变片中的电阻丝发生拉伸或者弯曲变形，从而电阻改变导致电桥逝去平衡，输出信号，再经由放大滤波器，输出给计算机或者记录仪进行数据处理。
[0045]图7所示为本发明的滑环安装示意图；滑环25安装在接线盒26的前方，利用转子转动定子不动的原理解决空心轴旋转时内部导线的缠绕问题。导线从水平传动轴14的中间空心处穿出，经由滑环25连接至该水平传动轴14末端的接线盒26处。
[0046]接线盒26采用环氧树脂纤维的绝缘材料制成，内焊有印刷线路板，数据线24从滑环25接出后连接到接线盒26内的印刷线路板，再从接线盒26上的小孔接出，连接到流线型支座3上方左侧接线盒的插头处。所述外部数据采集系统包括一台计算机，数据采集卡和一套数据采集软件。
[0047]本发明的测试仪器量程范围为±10N*m,250N,电机为1.5Kw伺服电机,结构简洁，维护成本低。测试仪器吃水深度500_，具有良好的水密性，可精确测量水中螺旋桨工作状态下的受力情况，误差控制在0.5%，0?40°温度下正常工作。
[0048]综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。
【权利要求】
1.应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:包括支座、安装于所述支座上方的伺服电机、与伺服电机传动相连的垂直传动轴、以及与所述垂直传动轴通过齿轮组相哨合传动的水平传动轴；所述水平传动轴的一端连接有推扭力传感装置，所述推扭力传感装置通过水平主轴与螺旋桨相连接；所述水平传动轴的另一端通过滑环安装有接线盒。
2.根据权利要求1所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述伺服电机通过过度盘安装在所述支座的上方，所述伺服电机通过联轴器与垂直传动轴相连。
3.根据权利要求2所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述联轴器为星型弹性联轴器，在所述联轴器周向安装有止动盘，在止动盘的法兰处开设有六个360°均布的槽口，所述槽口内可插入手动刹车锁死的止动杆。
4.根据权利要求1所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述垂直传动轴与水平传动轴相啮合的齿轮组为螺旋伞齿组，包括两个等径锥齿轮，其中一个锥齿轮安装在垂直传动轴尾端，另一个锥齿轮安装在与其啮合的水平传动轴上。
5.根据权利要求1所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述水平传动轴为空心轴。
6.根据权利要求5所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:推扭力传感装置的导线从水平传动轴的空心部分穿出，经由滑环连接至接线盒。
7.根据权利要求1所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述推扭力传感装置的后部法兰连接水平传动轴，前端通过法兰套筒连接水平主轴。
8.根据权利要求1或7所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述推扭力传感装置包括梁式推力传感器、四梁式扭矩传感器、传力杆、弹性片、连接接头以及压块，所述推力传感器的一端通过槽定位、螺栓连接在扭矩传感器上，另一端通过传力杆连接到连接接头部分；所述扭矩传感器的另一端与弹性片通过三个正向的压块相连，而三个反向的压块将弹性片和连接接头连接在一起。
9.根据权利要求8所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述六个压块为360。均布。
10.根据权利要求8或9所述的应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于:所述推力传感器、扭矩传感器的应变片为金属箔电阻应变片。
【文档编号】G01L1/22GK103604600SQ201310659567
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】匡俊, 马玉顺, 杨晋慧, 秦海瑞, 李晓琪, 陆渊 申请人:上海市东方海事工程技术有限公司