CN101793583A - 变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪，它包括底座、三个压力传感器和卡盘，所述的三个压力传感器沿同一圆周方向互成120··对称安装在卡盘的底面和底座的顶面之间并且三个传感器所形成的圆的圆心位于所述的卡盘的中轴线上，一个所述的传感器通过升降系统能够上下移动。采用本仪器：减少了导轨和位置检测设备；保证测量精度；可适用于各种形状的桨叶。

Description

变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪

技术领域

本发明涉及一种重心测量仪，特别涉及可调螺距螺旋桨桨叶重心测量仪。

背景技术

目前能够精确测量可调螺旋桨桨叶(以下简称桨叶)重心的方法只有三点支撑法，现在已经有厂家利用该方法制造出了精确测量桨叶重心的仪器，其理论模型如图1所示。

由于螺旋桨桨叶形状不规则且叶面扭曲较大，测量重心采用三点支承法。三支承点中部件A在水平面内固定，垂直面内须上下移动，而部件B和部件C在水平方向和垂直方向均须移动，并具有一定的可调范围。由位移传感器和压力传感器1-4测得三个部件的位置和受力，并利用力矩平衡和几何关系计算出桨叶的重心，各支点的力的测量精度和位置测量精度对最终测量结果的准确性有直接的影响。但是该仪器存在着以下缺点：

(1)由于传感器需要在导轨1-5上滑动，配备相应的位置检测设备和固定设备，增大了误差，且增加了仪器的成本；

(2)在测量时需要三个点支撑在叶面上，由于桨叶形状不规则且叶面扭曲较大，桨叶有可能产生侧滑，影响测量的精度。

(3)桨叶的法兰卡在卡盘1-7上时，根部会产生较大弯矩，对床身1-6的刚度要求较高，且床身长度要比桨叶的设计半径R大，增大了整个设备的占地面积。

(4)整体来说该仪器技术难度和制造精度要求高，结构比较复杂，还必须进行精心的维护保养，成本投入多。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种可以高效率、高精度测量螺旋桨桨叶重心的并降低设备的生产成本的变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪。

本发明的变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪，它包括底座、三个压力传感器和卡盘，所述的三个压力传感器沿同一圆周方向互成120··对称安装在卡盘的底面和底座的顶面之间并且三个传感器所形成的圆的圆心位于所述的卡盘的中轴线上，与控制器相连的一个所述的传感器通过升降系统能够上下移动。

本发明的优点：

(1)三个传感器固定在以O点(卡盘基准面中心)为圆心半径为r的圆上，且三传感器互成120··对称安装在卡盘下，这样就减少了导轨和位置检测设备；

(2)桨叶垂直放置在卡盘上，使法兰面与卡盘基准面重合，保证测量精度；

(3)卡盘可以使卡盘和桨叶组成的系统重心降低，在1号传感器提升时，防止产生侧滑；

(4)这种测量方法避免了与叶面接触，不受叶片8形状约束，可适用于各种形状的桨叶，在选用的支撑强度允许的条件下，也适用于测量较大型螺旋桨叶片。

采用本装置可以高效率、高精度测量螺旋桨桨叶重心的仪器。

附图说明

图1是现有的精确测量桨叶重心的仪器的理论模型；

图2是本发明的变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪的结构示意图；

图3是采用图2所示的测量仪OXY平面测量原理示意图；

图4是采用图2所示的测量仪OXZ平面测量原理示意图；

图5(1)和图5(2)是求Z··的几何关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪，它包括底座4、三个压力传感器1-1、1-2、1-3和卡盘5，所述的三个压力传感器沿同一圆周方向互成120··对称安装在卡盘的底面和底座的顶面之间并且三个传感器所形成的圆的圆心位于所述的卡盘的中轴线上，与控制器相连的一个所述的传感器通过升降系统能够上下移动。与三个传感器中的一个传感器相连的所述的控制器用于显示与之相连的传感器的读数。

所述的升降系统可以采用多种现有结构，如：所述的升降系统可以包括丝杆螺母结构，所述的丝杆螺母结构中的螺母与一个传感器底部相连并且沿竖直方向设置的所述的丝杆与电机的输出轴相连，所述的螺母两侧与所述的底座通过导轨滑块结构相连。或者所述的升降系统可以包括液压缸，液压缸的推杆与所述的一个传感器的底部沿竖直方向相连。

所述的卡盘在市场购得，可以采用手动卡盘或动力卡盘。

在安装桨叶时，桨叶的法兰9底部通过卡盘的爪子7夹紧并与卡盘基础面6紧密接触，桨叶和卡盘组成的整体支撑在等边三角形的顶点1、2、3上，形成的圆的中心和卡盘基准面的中心O点在水平面内的垂直投影重合，且通过卡盘的爪子保证每次测量的桨叶的位置相同。三只传感器把这三个点连接到卡盘上，传感器可以测得3个位置的压力。其中卡盘内环可以调节大小以适应不同大小的桨叶法兰，并且卡盘的质量为m_卡盘，在图3-4所示的OXYZ坐标系下重心坐标为(x_卡盘，y_卡盘，z_卡盘)；1号传感器1-1可以调节高度，通常情况下，为保证卡盘不产生过大的弯矩，从而影响测量精度，由1号传感器调节高度产生的卡盘转角不超过5度为宜；2、3号传感器1-2、1-3高度固定。

本发明装置的测量原理如下：

第一步，保证三个传感器高度一致(即卡盘与桨叶法兰面保持水平)，读出传感器产生的读数。

建立如图3所示的两个坐标系OXYZ和O··X··Y··Z··，卡盘基准面的中心为O点，O、1连线为X轴，平行于2、3线且过O点建立Y轴，过O点垂直于XOY平面竖直向上建立Z轴；以2、3传感器连线的中心O··点，O··、1连线为X··轴，2、3连线为Y··轴，过O··点垂直于X··O··Y··平面竖直向上建立Z··轴。

在O··X··Y··Z··坐标系中，分别对X··轴、Y··轴的力矩平衡，可得

$\left\{\begin{array}{c}{X}^0=\frac{{3R}_{1}r}{2W}\\ Y^0=\frac{\sqrt{3}(R_2-R_3)}{2W}r\end{array}\right.---\left(1\right)$

总重量为：W＝R₁+R₂+R₃                          (2)

注：(X··，Y··)为桨叶在X··O··Y··坐标系中的重心坐标，W为桨叶的重量，R₁、R₂和R₃为分别为第一次测量时1、2和3号传感器的读数，r为圆心O点到三个传感器中心的距离。

第二步，将1号传感器提升高度a(

)，即为卡盘的旋转角度θ小于5度，则

此时三个传感器测得的值为R₁′、R₂′和R₃′。

总重量为：W′＝R₁′+R₂′+R₃′＝W               (3)

同理得此时重心坐标为

$\left\{\begin{array}{c}{X}^{\′}=\frac{{{3R}_1}^{\′}r}{{2W}^{\′}}\\ Y^{\′}=\frac{\sqrt{3}({R_2}^{\′}-{R_3}^{\′})}{{2W}^{\′}}r\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中Y··＝Y’，如图4中几何关系可知AG的长度即为所求的Z··值，

$Z^0=\frac{X^0}{\tan \mathrm{\θ}}-\frac{X^{\′}}{\sin \mathrm{\θ}}=\frac{{9R}_1{r}^2}{4\mathrm{Wa}}-\frac{{{3R}_1}^{\′}r\sqrt{{4a}^2+{9r}^2}}{{4W}^{\′}a}---\left(5\right)$

则由两个坐标系OXYZ和O··X··Y··Z··之间的关系可知，X＝X··-r/2，Y＝Y··，Z＝Z··。

卡盘的重量重心已知，其W＝W’，则桨叶在OXYZ坐标系中的重心坐标为：

注：式中，R₁′、R₂′和R₃′为分别为第二次测量时1、2和3号传感器的读数，(X，Y，Z)为桨叶和卡盘组成的系统在OXYZ坐标系中的重心坐标，(X··，Y··，Z··)为桨叶和卡盘组成的系统在O··X··Y··Z··坐标系中的重心坐标，(X_叶片，Y_叶片，Z_叶片)为桨叶在OXYZ坐标系中坐标，W’为桨叶的重量与W相等，a为1号传感器升高的高度。

3、误差分析

用微分形式表示误差，可得桨叶在各个方向的误差：

(7)

(8)

ΔR₁、ΔR₂、ΔR₃、ΔR₁′均为传感器产生的误差，若采用相同型号的传感器可认为其误差值相等，ΔR_i＝ΔR_i′＝ΔR(i＝1，2，3)，则ΔW＝3ΔR。Δr为三个传感器安装位置产生的误差，Δa为升高1号传感器产生的误差，Δm_卡盘为测量卡盘重量时产生的误差，Δx_卡盘、Δy_卡盘、Δz_卡盘分别为测量卡盘重心时产生的误差，g为重力加速度。

采用本仪器读取传感器的输出数值通过上述计算即可得到可调螺距螺旋桨桨叶重心的坐标值。

本仪器利用三点支撑法的原理，针对螺旋桨桨叶重量大、形状复杂、各个截面都不规则的特殊性，通过可以卡住法兰的卡盘，让传感器与卡盘进行接触，间接的测量桨叶的三维坐标。通过对其原理的说明和误差的分析可以看出，该仪器仍能保证桨叶重心的测量精度，同时可以减少设备的成本，提高工作效率。

Claims (3)

1.变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪，它包括底座、三个压力传感器和卡盘，其特征在于：所述的三个压力传感器沿同一圆周方向互成120··对称安装在卡盘的底面和底座的顶面之间并且三个传感器所形成的圆的圆心位于所述的卡盘的中轴线上，与控制器相连的一个所述的传感器通过升降系统能够上下移动。

2.根据权利要求1所述的变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪，其特征在于：所述的升降系统包括丝杆螺母结构，所述的丝杆螺母结构中的螺母与一个传感器底部相连并且沿竖直方向设置的所述的丝杆与电机的输出轴相连，所述的螺母两侧与所述的底座通过导轨滑块结构相连。

3.根据权利要求1所述的变螺距螺旋桨桨叶重心测量仪，其特征在于：所述的升降系统包括液压缸，液压缸的推杆与所述的一个传感器的底部沿竖直方向相连。

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