一种测力天平和驱动轴一体化滚转动导数试验装置的制作方法

本发明涉及一种滚转动导数试验装置，具体涉及一种测力天平和驱动轴一体化滚转动导数试验装置，属于航空气动力试验测量。

背景技术：

1、强迫振动试验方法是一种常见的风洞动导数试验方法。强迫振动方法是使用激振器强迫模型在某一自由度下作固定频率和固定振幅的简谐振动。滚转动导数试验装置是天平模型系统在滚转方向作固定频率、固定振幅的简谐振动。通常滚转动导数试验装置结构形式为：天平和旋转轴通过轴承安装在尾支杆内整体固定在风洞攻角机构上，通过激振器和运动转换机构实现旋转轴、测力天平、模型系统作简谐振动。位移元件测量模型的运动姿态，天平用来测量模型的气动力载荷、模型惯性力，经过数据处理可以计算出模型的动导数。

2、滚转动导数试验装置角度测量元件布置位置通常有两种方式：第一种角度测量元件布置在旋转轴的后端，试验时只有旋转轴本身在模型的腔体内，角度天平在模型尾部的后面。此种结构形式适用于模型腔体空间尺寸严重受限情况比如大长细比类模型、尾部急剧收缩模型。此种布局解决了模型空间布局的困扰但同时产生了新的问题，角度测量元件、测力天平元件之间距离较远，模型真实位置状态和角度天平测量状态有一定的失真，而且由于旋转轴为细长杆，试验时容易产生振动、变形，模型、旋转轴的振动对角度天平测量结果具有一定的影响。

3、第二种角度测量元件布置在旋转轴的前端，且靠近测量天平附件，这样能解决模型状态和角度天平测量状态失真及振动影响的问题。但是角度天平由于需要套在旋转轴上，角度天平外径较大，受试验模型空间的限制，往往第二种试验结构很难布置在模型腔体内，模型需要尾部放大，对滚转动导数试验测量结果带来一定影响。中国专利cn201621417283.0公开了一种用于滚转动导数实验的天平测量装置，即为第二种角度天平布局形式，该专利主要
技术实现要素：
为运动转换机构。中国专利cn202310015603.8公开了一种高速动导数试验机构及其工作方法，同为第二种角度天平布局形式，该专利主要发明内容为运动转换机构。中国专利cn201910065769.4公开了一种可复校核的双位移滚转动导数试验装置，即为第二种角度天平布局形式，该发明内容主要为可以实现角度测量天平的可复校核。

4、无论是以上哪种布局方式，测力天平和旋转轴之间的连接基本采用锥面配合连接，并用斜劈键拉紧。采用锥面配合连接带来问题：一、锥度连接需要满足一定的配合长度才能配合紧固、牢靠。这样造成测力天平元件中心和角度天平元件距离比较大，旋转轴从固定外支杆伸出距离增加。如中国专利cn201621417283.0和中国专利cn202310015603.8布局形式都是同样的问题。二、测力天平和旋转轴之间通过斜劈键拉紧，安装时容易对运动转换机构产生冲击振动影响。三、由于测力天平和旋转轴之间的锥度连接增加了同轴度误差。

5、因此，针对现有滚转动导数测量装置存在的技术问题，亟需研制一套既能满足模型空间要求，又能减小连接误差及满足刚度要求的滚转动导数测量装置。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有滚转动导数测量装置存在的模型空间受限，测力天平和旋转轴连接误差大及刚度性能差的问题，进而提供了一种测力天平和驱动轴一体化滚转动导数试验装置，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种测力天平和驱动轴一体化滚转动导数试验装置，包括一体化测力天平、角度天平、外支杆、运动转换机构、减速器、电机支杆、电机；

4、所述一体化测力天平安装在外支杆内，角度天平套装在一体化测力天平上，一体化测力天平的旋转轴后端与运动转换机构连接；所述外支杆的后端与电机支杆连接，运动转换机构、电机及减速器均置于电机支杆内，电机的输出端连接减速器的输入端，减速器的输出端连接运动转换机构；

5、所述运动转换机构包括滑槽块、滑动轴承、偏心轴和减速器座；

6、所述滑槽块上开设有滑槽和扁口槽，所述滑槽和扁口槽上下布置，所述一体化测力天平的旋转轴后端设置有扁口，所述扁口与扁口槽配合固定，所述偏心轴的前端通过滑动轴承与滑槽配合，偏心轴的后端与减速器的输出端连接，减速器通过减速器座支撑固定在电机支杆内。

7、所述电机及减速器带动偏心轴连续旋转运动，经过滑槽块运动转换作用，实现一体化测力天平连续旋转运动，一体化测力天平的后端设置一个扁口和滑槽块上的扁口槽连接，起到传递扭矩和定位的作用，偏心轴在滑槽块内滑动，实现偏心轴连续旋转运动转换为一体化测力天平的滚转振动，运动转换机构的设计既能满足模型空间要求，又能减小连接误差及满足刚度要求。

8、进一步地：所述滑槽的前端设置有挡盖。防止滑槽里润滑油试验过程中飞溅出去。

9、进一步地：所述扁口槽上开设有两个螺钉孔，扁口插装在扁口槽内并通过两个紧定螺钉与螺钉孔配合固定。如此设置，刚度更好，实现滑槽块和一体化测力天平尾部无间隙传动。

10、进一步地：所述一体化测力天平通过一个冲压外圈滚针轴承和两个深沟球轴承支撑在外支杆内。形成前、中、后三处支撑点，实现轴承滚转方向自由振动。

11、进一步地：所述一体化测力天平为测力天平和旋转轴的一体化结构，测力天平前端通过锥面和模型连接，测力天平前端设置有第一基准平台，作为天平装配、校准、试验时定位基准面；测力天平元件形式为四柱梁元件，四柱梁元件上设置第一应变片，组成惠斯顿电桥用来测量模型的法向力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩、滚转力矩。

12、进一步地：所述角度天平为由16片角度天平梁构成的“鼠笼式结构”，角度天平梁为阶梯状结构形式，角度天平梁布局形式为前宽后窄，角度天平梁上设置4片第二应变片，组成惠斯顿电桥用来测量模型的滚转振动角度。阶梯状结构形式，前宽后窄部件既能更好地满足粘贴合适尺寸的应变片，又能实现角度天平外径尽可能小，更好地满足模型内腔安装空间的要求。

13、进一步地：所述角度天平的前端和一体化测力天平采用螺钉和销钉连接，角度天平的后端和外支杆的前圆环采用螺钉和销钉连接。

14、进一步地：所述外支杆的尾端设置有第二基准平台，用于实现外支杆地面组装、校准和试验时定位基准；外支杆的尾部开设有多个椭圆型孔，外支杆的尾部通过螺栓穿过椭圆型孔和电机支杆的法兰端连接。椭圆型孔可以实现第二基准平台调平，外支杆和电机支杆之间有相对加工误差时，螺栓可以固定在电机支杆上，实现外支杆相对电机支杆滚转方向±2度调整，保证外支杆和电机支杆平行。

15、本发明有益效果体现在：

16、相对于现有技术，本发明一种测力天平和驱动轴一体化滚转动导数试验装置，适用于高、低速风洞飞行器动导数试验中对滚转动导数的测量，可以测量滚转振动试验时模型的五分量气动载荷，角度天平可以测力模型的振动角度，通过运动转换机构实现电机的连续旋转运动转换为模型的滚转振动，本发明能够准确地检测动导数试验中模型的气动力载荷、振动角度通过数据处理可以得到飞行器的动导数量值，为飞行器设计提供依据。本发明可以解决既能满足模型空间要求，又能减小连接误差及满足刚度要求的滚转动导数试验中测量装置的技术问题。

17、本发明中一体化测力天平结构紧凑，加工方便，测力元件为四柱梁布局设计，各元件之间相互干扰较小；测量元件和旋转轴一体设计，减小连接间隙，减小外径尺寸。

18、本发明中角度天平梁采用阶梯状空间布局设计，动导数机构外形尺寸紧凑，更好地满足了飞行器模型空间尺寸要求。

19、本发明中运动转换机构和一体化测力天平连接紧密牢固，传动无间隙，振动平稳，系统可靠性高。

20、本发明环境适用性和实用性强，具有广泛的市场应用前景和良好的社会效益。