一种可用于阻力测试的变形壁面机构的制作方法

本实用新型涉及阻力测试技术领域，具体涉及一种可用于阻力测试的变形壁面机构。

背景技术：

湍流是流体力学中常见的流动形式，不同流体的交界面上普遍存在粘性摩擦力，固-液界面上的粘性力是湍流形成的重要因素。当今科技水平的不断发展，船舶和水下航行器的性能日益完善，数量也是日益增加。所以，如何有效地降低船舶、水下航行器等的表面摩擦阻力已成为人们创造节能新技术的突破口。海洋生物如鳐鱼能利用其身体机能与自身结构将减阻性能发挥得淋漓尽致，不仅可以肆意地在水下以极低的阻力实现快速游动，而且身体不被其他海洋生物、微生物所附着。这种低能量，高效率的游动模式是任何水下航行器都渴望能够拥有的。仿生和壁面减阻技术的发展，需要我们理解和掌握生理结构和鱼的内部运动机制，实现低阻游动以控制其外部流的高效率。但是由于数值模拟和流体实验等方法存在周期过长的缺点、也很难实现对实际海洋环境的流场的近似模拟，许多研究还仅仅停留在理论层面，很多导致现有的水动力减阻技术尚未走向工程领域。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可用于阻力测试的变形壁面机构，具有操作简单、高效、拆卸方便，且能够实现标准的正弦运动的优点。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，包括电机，所述电机右端设有一对轴承支座，其特征在于：所述轴承支座上设有凸轮结构，所述凸轮结构包括凸轮轴，所述凸轮轴上设有一组相邻相位差为90度的偏心圆盘凸轮，以便输出正弦波形，配合所述一组偏心圆盘凸轮在垂直方向作往复运动设有一组凸轮滚子，每个凸轮滚子固定在凸轮滚子架上，所述每个凸轮滚子架上设有弹性元件上脚垫和弹性元件下脚垫，所述每个凸轮滚子架与弹性元件下脚垫相连，所述弹性元件上脚垫与弹性元件下脚垫之间设有弹性元件，所述每个弹性元件上脚垫上设有螺纹杆，所述每个螺纹杆一端通过螺纹管与弹性元件上脚垫连接，所述该组螺纹杆另一端上设有变形壁面，变形壁面通过一组第二支撑板与该组螺纹杆另一端连接，所述变形壁面包括两个壁面，两个壁面连接处固定在正中心的第二支撑板上，变形壁面的两端设为活动端，两活动端对应的第二支撑板通过第一支撑板与变形壁面固定。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：所述偏心圆盘凸轮为5个偏心圆盘凸轮，凸轮滚子为5个凸轮滚子，螺纹杆为5个螺纹杆，所述螺纹杆为可伸缩的螺纹杆。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：所述第二支撑板为5个第二支撑板，每个第二支撑板上均设有深沟球轴承，变形壁面通过5个第二支撑板上的深沟球轴承与5个螺纹杆相连，确保螺纹杆高度的可调节性。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：所述变形壁面为矩形壁面，采用夹不锈钢网胶板，所述两个壁面的连接处通过环氧树脂胶搭配添加物异氰酸酯固定在正中心的第二支撑板上，所述两活动端对应的第二支撑板通过第一支撑板卡接在两活动端。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：所述每个凸轮滚子与每个偏心圆盘凸轮厚度相同，且内设置螺纹孔，通过六角头螺栓与凸轮滚子架相连，保证不会发生相对滑动或变形，每个凸轮滚子架下方刚好卡住凸轮滚子，保证凸轮滚子不发生相对滚动。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：所述弹性元件为圆柱形弹簧，所述每个弹性元件上脚垫通过六角头螺栓与螺纹管连接，每个弹性元件下脚垫通过六角头螺栓与滚子架相连，用于补偿偏心圆盘凸轮上下行程差带来的不平衡长度，螺纹管内设置有内螺纹，用于与螺纹杆一端的外螺纹配合以改变波形输出的振幅，实现螺纹杆长度的变化，从而改变波形曲线的振幅，便于多样化的正弦波形输出。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：所述轴承支座包括上轴承支座和下轴承支座，内设有防水深沟球轴承，上轴承支座通过圆柱六角头螺栓与下轴承支座固定，所述凸轮轴一端穿过防水深沟球轴承及端盖通过梅花形联轴器与电机相连，凸轮轴另一端被封闭在轴承支座封闭端盖内。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：所述偏心圆盘凸轮作为原动件，与凸轮滚子相连，正弦波形设置成具有两个推程两个回程的曲线阶段，可由两端向中心装配，一组偏心圆盘凸轮根据90度的相位差安装在凸轮轴上，周向采用套筒固定同时传递扭矩，径向用普通平键固定，当电机运动时，带动凸轮轴运动及固定在凸轮轴上的偏心圆盘凸轮转动，从而实现凸轮滚子的循环往复运动。

所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，其特征在于：包括底座，所述底座设计为空心底座，所述电机通过六角头螺栓固定在底座上，所述电机为步进电机，所述一对轴承支座通过六角头螺栓分别固定在底座左右两侧。

本实用新型的有益效果：

1）通过本实用新型的装置，可以减少实验室水动力实验装置占地空间，能够实现标准的正弦运动，并对周期和振幅进行有效调整，增加了实验的多样性；

2）本实用新型整体装置互换性强，成本低，同时减少了修配带来的麻烦，提高了研究人员进行水动力试验的效率。

3）通过本实用新型，为致力于减阻技术的开发的研究者在数值模拟的基础上提供实验的可靠和准确的工艺参数，推动减阻技术向更深一步发展。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的凸轮轴和凸轮结构示意图；

图3为本实用新型支撑结构轴承座结构示意图；

图4为本实用新型的滚子结构及伸缩螺纹杆结构示意图；

图5为本实用新型的支撑板及变形壁面结构示意图。

图中：101-步进电机；102-梅花型联轴器；103-上轴承支座；104-下轴承支座；105-偏心圆盘凸轮；106-凸轮轴；107-防水深沟球轴承；108-六角头螺栓；109-封闭端盖；201-凸轮滚子；202-滚子架；301-弹性元件下脚垫；302-弹性元件；303-弹性元件上脚垫；304-螺纹管；305-螺纹杆；401—变形壁面；402-第一支撑板；403-深沟球轴承；404-第二支撑板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型所保护的范围不局限于所述范围。

如图1-5所示，一种可用于阻力测试的变形壁面机构，包括电机101，本实用新型电机101为步电机，电机101右端设有一对轴承支座，轴承支座上设有凸轮轴106，轴承支座包括上轴承支座103和下轴承支座104，内设有防水深沟球轴承107，上轴承支座103通过圆柱六角头螺栓108与下轴承支座104固定，凸轮轴106一端穿过防水深沟球轴承107和端盖通过梅花形联轴器102与电机101相连，实现与电机101同轴转动，凸轮轴106另一端被封闭在轴承支座封闭端盖109内，凸轮轴106上设有一组相邻相位差为90度的偏心圆盘凸轮105，以便输出正弦波形，偏心圆盘凸轮105可由两端向中心进行装配，一组偏心圆盘凸轮105根据90度的相位差安装在凸轮轴106上，周向采用套筒固定同时传递扭矩，径向用普通平键固定，本实用新型中偏心圆盘凸轮为5个偏心圆盘凸轮，配合每个偏心圆盘凸轮105在垂直方向作往复运动设有一组凸轮滚子201，本实用新型凸轮滚子201为5个，使用凸轮滚子201将增加滑动摩擦的接触面积，同时提高传动的精度。每个凸轮滚子201与偏心圆盘凸轮105厚度相同，且内设置螺纹孔，通过六角头螺栓108与凸轮滚子架202相连，保证不会发生相对滑动或变形，凸轮滚子架202下方刚好卡住凸轮滚子201，保证凸轮滚子201不发生相对滚动，每个凸轮滚子架202上均设有弹性元件上脚垫303和弹性元件下脚垫301，弹性元件上脚垫303与弹性元件下脚垫301之间设有弹性元件302，本实用新型的弹性元件302为圆柱形弹簧，每个弹性元件下脚垫301通过六角头螺栓108固定在滚子架202上，每个弹性元件上脚垫303上设有螺纹杆305，本实用新型螺纹杆305为5个，本实用新型的螺纹杆305为可升缩的螺纹杆，每个螺纹杆305通过螺纹管304与弹性元件上脚垫303相连，每个弹性元件上脚垫303通过六角头螺栓108与螺纹管304相连，用于补偿偏心圆盘凸轮105上下行程差带来的不平衡长度，螺纹管304内设置有内螺纹，用于与螺纹杆305一端的外螺纹配合以改变波形输出的振幅，输出波形的周期由电机101频率控制，可以实现不同正弦波形的测试。实现螺纹杆305长度的变化，从而改变相位差，便于多样化的正弦波形输出，该组螺纹杆305另一端设有变形壁面401，变形壁面401通过螺纹杆305的深沟球轴承403固定，可以实现滑动的精确性。变形壁面401为矩形壁面，包括两个壁面，两个端面设为活动端，两个壁面的连接处通过环氧树脂胶搭配添加物异氰酸酯固定在正中心的第二支撑板404上，两活动端对应的第二支撑板404通过第一支撑板402卡接在两活动端，壁面超出第一支撑板402的长度可用于补偿波动时变形壁面401的长度变化，防止变形壁面401被拉断或扁塌另一端伸进有卡槽的支撑板中自由伸缩，以保证运动变形时带来的变形差。变形壁面401材料采用夹不锈钢网胶板，可以保持一定的扯断力和伸长率，当变形壁面401水平时弹性元件302处于自由长度，当偏心圆盘凸轮105运动时，弹性元件302被压缩或者被拉伸，回复力可以带动变形壁面401恢复水平形状。

本实用新型的一种可用于阻力测试的变形壁面机构，包括底座，底座设计为空心，电机101通过六角头螺栓108固定在底座上，一对轴承支座通过六角头螺栓108分别固定在底座左右两侧。

实验开始时，启动电机101，带动凸轮轴106转动，引导凸轮轴106上的偏心圆盘凸轮105转动。偏心圆盘凸轮105的转动使得与其紧密相连的凸轮滚子201在垂直方向上做往复运动，导致弹性元件302压缩从而使螺纹杆305的运动传递至变形壁面401。由于5个偏心圆盘凸轮105相位各异，与第一支撑板402相连的变形壁面401在同一时间即发生不同的运动，即整体可变形壁面401输出呈现正弦波形。