一种发动机直接测力天平保护装置的制作方法

本实用新型涉及一种发动机直接测力天平保护装置，用于发动机试验台直接测力系统中，属于风洞试验领域。

背景技术：

试车台试验是基于分离屏蔽法测量发动机被试段的力和力矩。进行被试段与进气道前体以及发动机外罩隔离方案设计，在不改变被试段内流场状态，实现被试段和发动机前体进气道的有效密封的前体下，获得被试段的力和力矩。将被试段置于发动机内部的六分力天平上，通过自由射流试验，获取冷热态条件下被试段的力和力矩。

目前，发动机试车台试验测力天平在结构上多采用了盒式应变天平的形式，具有刚性大、干扰小和良好的机械性能等特点。测力天平传统的保护措施一般有三种：

(1)天平加工完成后，在其上下框体间用螺栓固定，防止搬运、贴片过程中损害天平，但在试验时启动或停车时的气动冲击力仍会损坏天平；

(2)只保护天平阻力测量元件，在上下框体间加工一“凹凸”型槽孔，通过槽孔两侧缝隙，只对天平阻力测量元件起过载保护作用；

(3)只保护天平法向测量元件，在与天平连接的上下框架间法向设置连接螺杆，通过普通螺母锁紧。

前两种保护措施不仅增大了天平的加工成本，而且对天平本体进行了破坏；后一种保护措施仅对天平法向测量元件进行了简单保护。但能在现场进行六分量测力保护设备在国内还未见有报道。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题：针对现有技术的不足，提出一种发动机直接测力天平保护装置，解决了发动机试车台试验时与非试验状态时测力天平的防护问题，保证测力天平免受外力损坏。

本实用新型的技术解决方案：

一种发动机直接测力天平保护装置，包括上转接板、天平、下转接板、X向保护板、Z向保护板，

定义坐标系：以测力天平的中心为原点建立坐标系，测力天平长度方向为X轴，宽度方向为Z轴，高度方向为Y轴；

天平包括浮动框、固定框及弹性连杆，浮动框固定框在X、Y、Z三方向均通过弹性连杆连接，浮动框上表面设置有X、Z向的第一限位凸台，固定框下表面设置有X、Z向的第二限位凸台；

上转接板下表面设置有X、Z向的第一限位凹槽，上转接板与浮动框固定连接，第一限位凹槽与第一限位凸台配合限位，上转接板上表面连接发动机被测段；

下转接板上表面设置有X、Z向的第二限位凹槽，下转接板与固定框固定连接，第二限位凹槽与第二限位凸台配合限位，下转接板下表面连接发动机底座；

上转接板和下转接板沿Y轴通过螺杆连接，实现对上转接板的锁紧及限位，进而实现对天平在Y轴的锁紧及限位；

X向保护板一端固定连接在上转接板上，另一端通过可调节螺栓作用在固定框上，实现对天平在X轴的锁紧及限位；

Z向保护板一端固定连接在上转接板上，另一端通过可调节螺栓作用在固定框上，实现对天平在Z轴的锁紧及限位。

上转接板四个角开有四个通孔，下转接板四个角开有四个螺纹孔，上转接板的四个通孔与下转接板的四个螺纹孔沿Y轴通过螺杆连接。

螺杆与螺纹孔固定连接，螺杆与通孔间隙配合。

两个螺母设置在螺杆上，位于上转接板的上下两侧，实现对上转接板的锁紧及限位，进而实现对天平在Y轴的锁紧及限位。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型通过X向保护板、Z向保护板以及螺杆与上转接板、下转接板及天平的连接作用，使得在安装、运输等非试验状态时，将上下转接板锁住，防止任意方向的冲击载荷对天平造成损坏；在试验时，将锁紧螺母、锁紧螺栓松开微小距离，防止冲击力或外载荷引起的较大变形损坏天平；

(2)本实用新型结构简单、合理、可靠，操作维修方便，适用性强，能够有效保护试验台发动机直接测力天平在试验时与非试验状态时免受外力损坏，确保了天平的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为实用新型法向保护装置示意图；

图3为本实用新型侧向保护装置示意图；

图4为本实用新型阻力保护装置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施对本实用新型做进一步详细的说明。

一种发动机直接测力天平保护装置，如图1所示，包括上转接板1、天平2、下转接板3、X向保护板4、Z向保护板5，

定义坐标系：以测力天平的中心为原点建立坐标系，测力天平长度方向为X轴，宽度方向为Z轴，高度方向为Y轴；

天平2包括浮动框22、固定框21及弹性连杆23，浮动框22固定框21在X、Y、Z三方向均通过弹性连杆23连接，浮动框22上表面设置有X、Z向的第一限位凸台，固定框21下表面设置有X、Z向的第二限位凸台；

上转接板1下表面设置有X、Z向的第一限位凹槽，上转接板1与浮动框22固定连接，第一限位凹槽与第一限位凸台配合限位，上转接板1上表面连接发动机被测段；

下转接板3上表面设置有X、Z向的第二限位凹槽，下转接板3与固定框21固定连接，第二限位凹槽与第二限位凸台配合限位，下转接板3下表面连接发动机底座；

上转接板1和下转接板3沿Y轴通过螺杆6连接，实现对上转接板1的锁紧及限位，进而实现对天平2在Y轴的锁紧及限位；

X向保护板4一端固定连接在上转接板1上，另一端通过可调节螺栓作用在固定框21上，实现对天平2在X轴的锁紧及限位；

Z向保护板5一端固定连接在上转接板1上，另一端通过可调节螺栓作用在固定框21上，实现对天平2在Z轴的锁紧及限位。

上转接板1四个角开有四个通孔，下转接板3四个角开有四个螺纹孔，上转接板1的四个通孔与下转接板3的四个螺纹孔沿Y轴通过螺杆6连接，螺杆6与螺纹孔固定连接，螺杆6与通孔间隙配合，两个螺母设置在螺杆6上，位于上转接板1的上下两侧，实现对上转接板(1)的锁紧及限位，进而实现对天平(2)在Y轴的锁紧及限位。

实施例

天平2为发动机直接测力天平，采用了盒式应变天平的结构形式。天平2的固定框21通过螺栓M16x30与下转接板3固定连接，下转接板3两长边对称加工有六条长键槽孔31，两短边对称加工有两个φ20的柱销孔32，通过螺栓和定位销与发动机底座固定在一起。天平的浮动框22通过螺栓M16x30与上转接板1固定连接，上转接板1两长边对称加工有十个M20的螺纹孔11，两短边对称加工有两个φ20的柱销孔12，通过螺栓和定位销与发动机被试段支撑架固定在一起。天平2的固定框21下表面与浮动框22上表面都是安装基准面。天平2与上转接板1和下转接板3的定位靠天平2自身的定位凸台。

为了减轻重量且对本身刚度、强度影响不大，天平2中间开有三个矩形带相同圆倒角的槽孔，上转接板1和下转接板3中间各开有一个矩形带相同圆倒角的长槽孔。

如图2所示，由螺杆6、锁紧圆螺母、锁紧螺钉等组成了天平2的法向保护装置。螺杆6共设置四组，置于天平2四周。螺杆6下端带螺纹的圆柱段拧入下转接板3中，通过其六棱柱段下表面定位与下转接板3固定连接；螺杆上端与上转接板通孔之间留有一定的间隙，两个位于上转接板上方和下方的锁紧圆螺母拧入螺杆上端细牙螺纹段。

在天平2不工作时，应使用此保护装置，避免天平2受冲击力或过载。试验时，将上下锁紧圆螺母与上转接板1松开微小间隙，通过静态校准实测天平2满量程法向最大变形，调整它们之间的间隙(一般2mm-3mm)，如果试验中有较大的法向冲击力或外载荷时，上转接板1与锁紧圆螺母接触将力传递到发动机底座，从而保证不损坏天平2。

如图3所示，由X向保护板4、锁紧螺栓M20x1.5、锁紧螺母M20x1.5和垫圈M20等组成了天平2的侧向保护装置。侧向保护装置共设置两对，对称置于天平2横向两侧。X向保护板4上有两个不在一条直线上的沉孔，通过内六角螺钉M12与上转接板1固定连接。将锁紧螺栓M20x1.5从X向保护板4外侧旋向内侧，位于X向保护板4内侧的锁紧螺母M20x1.5和垫圈M20拧入锁紧螺栓M20x1.5，夹紧X向保护板4，旋转锁紧螺栓M20x1.5使其底部半圆形部分顶住天平固定框21，从而使上转接板1与天平固定框21相连接，即可将天平2锁住。

在天平2不工作时，应使用此保护装置，避免天平2受冲击力或过载。试验时，将锁紧螺栓M20x1.5半圆形部分与天平固定框21松开微小间隙，通过静态校准实测天平满量程侧向最大变形，调整它们之间的间隙(一般2mm-3mm)，如果试验中有较大的侧向冲击力或外载荷时，锁紧螺栓M20x1.5与天平2固定框21接触将力传递到发动机底座，从而保证不损坏天平2。

如图4所示，由Z向保护板5、锁紧螺栓M16x1.5、锁紧螺母M16x1.5和垫圈M16等组成了天平2的阻力保护装置。阻力保护装置共设置两组，对称置于天平轴向两侧。Z向保护板5上有两个不在一条直线上的沉孔，通过内六角螺钉M12与上转接板1固定连接。将锁紧螺栓M16x1.5从X向保护板外侧旋向内侧，位于Z向保护板5内侧的锁紧螺母M16x1.5和垫圈M16拧入锁紧螺栓M16x1.5，夹紧Z向保护板5，旋转锁紧螺栓M16x1.5使其底部半圆形部分顶住天平固定框21，从而使上转接板1与天平固定框21相连接，即可将天平2锁住。

在天平2不工作时，应使用此保护装置，避免天平2受冲击力或过载。试验时，将锁紧螺栓M16x1.5半圆形部分与天平固定框21松开微小间隙，通过静态校准实测天平满量程轴向最大变形，调整它们之间的间隙(一般1mm-2mm)，如果试验中有较大的轴向冲击力或外载荷时，锁紧螺栓M16x1.5与天平固定框21接触将力传递到发动机底座，从而保证不损坏天平2。

锁紧螺栓M20x1.5和锁紧螺栓M16x1.5底部半圆形部分的作用是：为了把天平固定框21压的更紧，同时让天平固定框21对应位置处中间的部位受力更均匀，从而保证了锁紧状态的有效传力，避免天平2受冲击力或过载。

本实用新型结构简单、合理、可靠，操作维修方便，适用性强，能够有效保护试验台发动机直接测力天平在试验时与非试验状态时免受外力损坏，确保了天平的安全性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非用来限制本实用新型的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本实用新型做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。