CN102607795A

CN102607795A - 一种用于风洞的三坐标移动测试装置

Info

Publication number: CN102607795A
Application number: CN2012100725149A
Authority: CN
Inventors: 李树军; 杨凯; 郭鼓; 王宇; 杨小丹; 魏海涛; 姜恒; 金益韩
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种用于风洞的三坐标移动测试装置，由X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构组成；Y轴移动机构分为第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构，两移动机构为同步运动机构，实现竖直平面内上下移动；Z轴移动机构分为第一Z轴移动机构和第二Z轴移动机构，两Z轴移动机构分别安装在Y轴移动机构上，中间由栅格板连接，实现水平面上左右移动；X轴移动机构置于风洞内固连在两栅格板之间，实现水平面上前后移动；X、Y、Z三轴移动机构整体工作时，实现探头在流场内三维空间的移动和精确定位，提高了流场内的测试效率，且可测试流场内空间任意一点或者一条空间曲线上的参数，提高了测试参数的准确性。

Description

一种用于风洞的三坐标移动测试装置

技术领域

本发明涉及一种测试装置，具体地说，涉及一种用于风洞的三坐标移动测试装置。属于机械设计与制造及自动化测试技术领域。

背景技术

流场是运动流体所占有的空间区域，流场实验广泛应用于航空、航天、船舶、汽车工业和风电、水电、核电技术领域。在科学研究和生产应用中，经常需要测试实验模型在流场中的各种参数。

目前流场内的测试方式有两种，一种是把测试仪器置于流场内，根据需求人为移动测试仪器，从而达到多点测试的目的。另一种是应用自动化程度较高的测试装置，把测试装置置放于封闭流场内进行测试。

由于在流场中，特别是高速流场，流体很容易受障碍物影响使得测试参数发生偏差，因此流场中的检测装置要尽可能减小阻塞度，来确保测试数据的准确性。第一种测试方式虽然仪器阻塞度减小了，对流场的影响小，测试结果比较准确，但自动化程度和效率较低，而且不能达到连续移动时的测试要求。第二种测试方式虽然测试装置的自动化控制程度较高，能够达到高精准度的位置控制，但测试装置一般都占据一定的面积，对流场的阻塞度较大，严重影响测试数据，特别是在高速流场内对测试的结果影响较大。

发明内容

为克服现有技术中存在的结构复杂，测量方法单一，自动化程度和效率较低等不足，本发明提出一种用于风洞的三坐标移动测试装置。目的在于使移动测试装置在流场内有效的减小阻塞度，实现流场中的自动控制检测，提高流场内测试数据的准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构组成，Y轴移动机构分为第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构，两移动机构分别固定在风洞外两侧安装座上；Z轴移动机构分为第一Z轴移动机构和第二Z轴移动机构，分别与第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构固连，第一Z轴移动机构和第二Z轴移动机构通过栅格板连接；X轴移动机构固定连接在风洞中两栅格板之间；三坐标移动测试装置整体为龙门式结构。

所述第一Y轴移动机构和所述第二Y轴移动机构为两个相同的同步运动机构，包括伺服电机、电机安装座、轴承座、丝杠、丝杠螺母、导轨安装座、导轨定位安装座、螺母安装板、支撑板、滑块垫块、滑块、导轨、联轴器，所述支撑板为L形板，连接部位的一端角和中间处各有加固筋板，支撑板上部安装有电机安装座和轴承座，支撑板一侧固定安装导轨安装座，另一侧固定安装导轨定位安装座，两根导轨分别固定在导轨安装座和导轨定位安装座上，滑块垫块与滑块连接安装在导轨上；所述丝杠一端通过轴承座和联轴器连接，联轴器与伺服电机输出轴连接，丝杠另一端穿过螺母安装板和丝杠螺母悬空。

工作时，伺服电机带动丝杠旋转，丝杠螺母沿丝杠轴线方向运动，从而带动Z轴运动机构在竖直平面内沿上下方向运动。

所述第一Z轴移动机构包括滑块、导轨、轴承座、密封板、栅格板、轴承、大带轮、同步带、键、小带轮、电机安装座、伺服电机、螺母安装座、丝杠螺母、第一Z轴支撑板、丝杠、丝杠导轨连接板，所述第二Z轴移动机构包括滑块、滑块连接板、导轨、第二Z轴支撑板、密封板、栅格板；所述第一Z轴支撑板和所述第二Z轴支撑板为两个相同的L形板件，连接部位两端角处各有加固筋板，支撑板上设置有若干通孔，两根导轨分别横向固定安装在支撑板上部，所述丝杠导轨连接板与滑块连接安装在所述第一Z轴支撑板导轨上，所述滑块连接板与滑块连接安装在所述第二Z轴支撑板导轨上，所述丝杠导轨连接板与螺母安装座连接，螺母安装座与丝杠螺母固连；所述第一Z轴支撑板一端固定有轴承座，另一端固定有轴承座和电机安装座，伺服电机安装在电机安装座上；丝杠一端通过轴承座与大带轮连接，丝杠另一端穿过螺母安装座和丝杠螺母固定在轴承座的轴承内，以轴肩定位过盈配合；小带轮通过键与伺服电机主轴连接，大带轮与小带轮之间通过同步带传递转矩。

所述栅格板为两个相同的长方形网格结构，两层平板之间横竖交错焊接十个栅格，栅格板的一端端面有螺孔，两栅格板分别穿过风洞两侧密封板固定安装在X轴支撑架两侧，两栅格板的另一端焊接有L形板分别与第一Z轴移动机构中所述丝杠导轨连接板、第二Z轴移动机构中所述滑块连接板固定连接。

工作时，伺服电机通过小带轮传动带动大带轮与丝杠旋转，丝杠螺母沿丝杠轴线方向移动，带动栅格板运动，从而实现水平面内左右方向的位置移动。

所述X轴移动机构由探头安装杆、丝杠螺母、螺母连接座、滑块连接板、丝杠、轴承座、联轴器、伺服电机、电机安装座、支撑架、滑块、导轨、探头安装杆固定板、两个轴承端盖、两个轴承、套筒、紧固螺母组成；所述支撑架为中空长方体结构，支撑架上部从后向前依次安装有电机安装座、轴承座、导轨，伺服电机固定在电机安装座上，轴承座内置轴承和套筒，轴承座两端有轴承端盖，导轨方向与探头安装杆动作方向平行，探头安装杆通过探头安装杆固定板固定在滑块连接板上，滑块连接板与滑块连接固定安装在导轨上，螺母连接座与滑块连接板固定连接，丝杠螺母与螺母连接座固连，丝杠一端与螺母连接座和丝杠螺母连接，另一端穿过轴承座内置轴承使用两个紧固螺母锁紧定位，通过联轴器与伺服电机连接。

工作时，伺服电机带动丝杠转动，丝杠螺母沿丝杠轴线方向移动，从而带动探头安装杆在水平面内沿前后方向移动。

所述第一Y轴移动机构通过两个滑块垫块和螺母安装板与所述第一Z轴移动机构支撑板固连；所述第二Y轴移动机构通过两个滑块垫块和螺母安装板与第二Z轴移动机构支撑板固连。

在X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构三轴移动机构整体工作时，即可满足低阻塞度要求的流场内探头在三维空间内位置的精确控制。

本发明的有益效果是：三坐标移动测试装置由X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构组成；Y轴移动机构实现竖直平面内上下方向的移动，Z轴移动机构实现水平面上左右方向的移动，X轴移动机构实现水平面上前后方向的移动；X轴移动机构置于流场中安装探头，实现在风洞流场内低阻塞度要求下探头三维空间的位置精确控制。三坐标移动测试装置易于实现自动控制，提高流场内的测试效率，可测试流场内空间任意一点或者一条空间曲线上的参数，有效的减小阻塞度，提高流场内的测试参数的准确度。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于风洞的三坐标移动测试装置作进一步详细说明。

图1为本发明用于风洞的三坐标移动测试装置结构示意图。

图2为本发明的X轴移动机构示意图。

图3为本发明的X轴移动机构A向视图。

图4为X轴移动机构轴承座剖视图。

图5为本发明的Y轴移动机构示意图。

图6为本发明的Z轴移动机构示意图。

图7为栅格板结构示意图。

图8为X轴支撑架示意图。

图中：

1.第一Y轴移动机构 2.第二Y轴移动机构 3.第一Z轴移动机构4.第二Z轴移动机构 5.X轴移动机构 6.探头安装杆 7.X轴丝杠螺母8.X轴螺母连接座 9.X轴滑块连接板 10.X轴丝杠 11.X轴轴承座12.X轴联轴器 13.X轴伺服电机 14.X轴电机安装座 15.支撑架16.X轴滑块 17.X轴导轨 18.探头安装杆固定板 19.X轴轴承端盖 20.X轴轴承21.套筒 22.紧固螺母 23.Y轴伺服电机 24.Y轴电机安装座 25.Y轴轴承座26.Y轴丝杠 27.Y轴丝杠螺母 28.导轨定位安装座 29.螺母安装板30.Y轴支撑板 31.Y轴滑块垫块 32.Y轴滑块 33.Y轴导轨 34.导轨安装座35.Y轴联轴器 36.Z轴滑块 37.Z轴导轨 38.Z轴轴承座 39.轴承端盖一40.大带轮 41.键 42.同步带 43.小带轮 44.Z轴电机安装座45.Z轴伺服电机 46.Z轴螺母安装座 47.Z轴丝杠螺母 48.第一Z轴支撑板49.Z轴丝杠 50.轴承端盖二 51.第二Z轴支撑板 52.Z轴滑块连接板53.密封板 54.栅格板 55.Z轴轴承 56.丝杠导轨连接板

具体实施方式

本实施例是一种用于风洞的三坐标移动测试装置。

参阅图1、图2，三坐标移动测试装置包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构组成，Y轴移动机构分为第一Y轴移动机构1和第二Y轴移动机构2，且两移动机构为相同的同步运动机构，分别固定安装在风洞外侧安装座上；Z轴移动机构分为第一Z轴移动机构3和第二Z轴移动机构4，第一Z轴移动机构3安装在第一Y轴移动机构1上的两个滑块垫块和螺母安装板上，第二Z轴移动机构4安装在第二Y轴移动机构2上的两个滑块垫块和螺母安装板上，两Z轴移动机构通过安装在X轴移动机构支撑架上的栅格板连接；X轴移动机构5置于风洞流场中与栅格板固定连接。X轴移动机构实现水平面上前后方向的移动，Y轴移动机构实现竖直平面内上下方向的移动，Z轴移动机构实现水平面上左右方向的移动，X、Y、Z三轴移动机构整体工作时，实现探头在三维空间内的移动和精确定位。

如图5所示，Y轴移动机构分为第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构，两个移动机构为相同的同步运动机构，包括伺服电机23、电机安装座24、轴承座25、丝杠26、丝杠螺母27、导轨安装座34、导轨定位安装座28、螺母安装板29、支撑板30、滑块垫块31、滑块32、导轨33、联轴器35；支撑板为L形板件，连接部位的一端角和中间处各有加固筋板，底板上有6个通孔，支撑板30通过螺钉固定在安装座上，支撑板30上部安装有电机安装座24和轴承座25；轴承座25内置轴承，两个轴承内圈由套筒定位，外圈由轴承端盖定位，轴承端盖为透盖，通过螺钉固定在轴承座25上；支撑板30一侧固定安装导轨安装座34，另一侧固定安装导轨定位安装座28，两根导轨33分别固定在导轨安装座34和导轨定位安装座28上，两个滑块垫块31和两个滑块32分别连接固定安装在两根导轨33上；丝杠螺母27和螺母安装板29连接；丝杠26一端通过轴承座25与联轴器35和伺服电机23连接，另一端穿过丝杠螺母27和螺母安装板29悬空；第一Y轴移动机构1和第二Y轴移动机构2的两个滑块垫块31、螺母安装板29分别与第一Z轴支撑板和第二Z轴支撑板固定连接；伺服电机23带动丝杠旋转，丝杠螺母27沿丝杠26轴线方向运动，从而带动Z轴运动机构在竖直平面内沿上下方向运动。

如图6所示，第一Z轴移动机构和第二Z轴移动机构中间通过具有减小阻塞度功能的栅格板和X轴移动机构5连接。第一Z轴移动机构包括滑块36、导轨37、轴承座38、密封板53、栅格板54、轴承55、大带轮40、键41、同步带42、小带轮43、电机安装座44、伺服电机45、螺母安装座46、丝杠螺母47、第一Z轴支撑板48、丝杠49、丝杠导轨连接板56，所述第二Z轴移动机构包括滑块36、滑块连接板52、导轨37、第二Z轴支撑板51、密封板53、栅格板54；其中滑块36、导轨37、轴承座38、密封板53、栅格板54、轴承55各为两个；所述第一Z轴支撑板48和所述第二Z轴支撑板51为两个相同的L形板件，连接部位两端角处各有加固筋板，支撑板上设置有若干通孔，两根导轨37分别横向固定在支撑板上部，滑块连接板52与滑块连接安装在所述第二Z轴支撑板51的导轨上，丝杠导轨连接板56与滑块连接安装在所述第一Z轴支撑板48的导轨上；丝杠导轨连接板56与螺母安装座46连接，螺母安装座46与丝杠螺母47固连；所述第一Z轴支撑板48一端固定有轴承座，另一端固定有轴承座和电机安装座44，轴承通过间隙配合安装在轴承座内，两端轴承座上安装轴承端盖一39和轴承端盖二50，轴承外圈通过轴承盖定位，伺服电机45安装在电机安装座44上；丝杠49一端通过轴承座38与大带轮40连接，丝杠49另一端穿过螺母安装座46和丝杠螺母47固定在轴承座的轴承55内，以轴肩定位过盈配合；小带轮43与伺服电机45主轴通过键连接，大带轮40与小带轮43之间通过同步带42传递转矩，传动比为2∶1。

参见图7，为减小装置置于风洞流场内部分的阻塞度，同时保证X轴移动机构的刚度，栅格板54为两个相同的长方形网格结构，两层平板之间横竖交错焊接十个栅格，栅格板54的一端端面有螺孔，两栅格板分别穿过风洞两侧密封板固定安装在支撑架15两侧，两栅格板54的另一端焊接有L形板分别与第一Z轴移动机构3中丝杠导轨连接板56、第二Z轴移动机构4中滑块连接板52固定连接。

工作时，伺服电机45通过小带轮43传动带动大带轮40与丝杠49旋转，丝杠螺母47沿丝杠轴线方向移动，带动栅格板54运动，从而实现水平面内左右方向的位置移动。

参阅图2、图8，X轴移动机构由探头安装杆6、丝杠螺母7、螺母连接座8、滑块连接板9、丝杠10、轴承座11、轴承20、套筒21、联轴器12、伺服电机13、电机安装座14、支撑架15、滑块16、导轨17、探头安装杆固定板18、轴承端盖19、轴承20、套筒21、紧固螺母22组成；支撑架15为中空长方体结构，空心部分可减小支撑架在风洞内的阻塞度；支撑架15两个侧面有螺纹孔，用于和两侧栅格板54连接，支撑架上部从后向前依次安装有电机安装座14、联轴器12、轴承座11、导轨17，伺服电机13固定在电机安装座14上，轴承座11内置两个轴承20，轴承内圈由套筒21定位，轴承外圈由两个轴承端盖19定位，轴承端盖19为透盖，由四个螺钉固定在轴承座11座体上；导轨17方向与探头安装杆6动作方向平行，探头安装杆6通过探头安装杆固定板18固定在滑块连接板上，滑块连接板9与滑块16连接固定安装在导轨17上，螺母连接座8与滑块连接板9固连，丝杠螺母7与螺母连接座8固连；丝杠10一端与螺母连接座8和丝杠螺母7连接，另一端穿过轴承座11内置轴承使用两个紧固螺母22锁紧定位，通过联轴器12与伺服电机13连接。

工作时，伺服电机13通过联轴器12带动丝杠10转动，丝杠螺母7沿丝杠10轴线方向移动，从而带动探头安装杆6在水平面内沿导轨17前后方向移动。

本发明在X、Y、Z三轴移动机构整体工作时，即满足低阻塞度要求的流场内探头在三维空间内位置的精确控制。

Claims

1.一种用于风洞的三坐标移动测试装置，其特征在于：包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构，Y轴移动机构分为第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构；Z轴移动机构分为第一Z轴移动机构和第二Z轴移动机构；X轴移动机构置于风洞内固连在两栅格板之间；

所述第一Y轴移动机构和所述第二Y轴移动机构为两个相同的同步运动机构，包括伺服电机、电机安装座、轴承座、丝杠、丝杠螺母、导轨安装座、导轨定位安装座、螺母安装板、支撑板、滑块垫块、滑块、导轨、联轴器，所述支撑板为L形板，连接部位有加固筋板，支撑板上部安装有电机安装座和轴承座，支撑板一侧固定安装导轨安装座，另一侧固定安装导轨定位安装座，两根导轨分别固定在导轨安装座和导轨定位安装座上，滑块垫块与滑块连接安装在导轨上；所述丝杠一端通过轴承座和联轴器连接，联轴器与伺服电机输出轴连接，丝杠另一端穿过螺母安装板和丝杠螺母悬空；

所述第一Z轴移动机构包括滑块、导轨、轴承座、密封板、栅格板、轴承、大带轮、同步带、小带轮、电机安装座、伺服电机、螺母安装座、丝杠螺母、第一Z轴支撑板、丝杠、丝杠导轨连接板，所述第二Z轴移动机构包括滑块、滑块连接板、导轨、第二Z轴支撑板、密封板、栅格板；所述第一Z轴支撑板和所述第二Z轴支撑板为两个相同的L形板，连接部位两端角处各有加固筋板，支撑板上设置有若干通孔，两根导轨分别横向固定安装在支撑板上部，所述丝杠导轨连接板与滑块连接安装在所述第一Z轴支撑板导轨上，所述滑块连接板与滑块连接安装在所述第二Z轴支撑板导轨上，所述丝杠导轨连接板与螺母安装座连接，螺母安装座与丝杠螺母固连；所述第一Z轴支撑板一端固定有轴承座，另一端固定有轴承座和电机安装座，伺服电机安装在电机安装座上；丝杠一端通过轴承座与大带轮连接，丝杠另一端穿过螺母安装座和丝杠螺母固定在轴承座的轴承内，以轴肩定位过盈配合；小带轮与伺服电机主轴连接，大带轮与小带轮通过同步带传递转矩；

所述栅格板为两个相同的长方形网格结构，两层平板之间横竖交错焊接栅格，栅格板的一端端面有螺孔，两栅格板分别穿过风洞两侧密封板固定安装在X轴支撑架两侧，两栅格板的另一端焊接有L形板分别与第一Z轴移动机构中所述丝杠导轨连接板、第二Z轴移动机构中所述滑块连接板固定连接；

所述X轴移动机构由探头安装杆、丝杠螺母、螺母连接座、滑块连接板、丝杠、轴承座、轴承、套筒、联轴器、伺服电机、电机安装座、支撑架、滑块、导轨、探头安装杆固定板组成，所述支撑架为中空长方体，支撑架上部从后向前依次安装有电机安装座、轴承座、导轨，伺服电机固定在电机安装座上，轴承座内置轴承和套筒，导轨方向与探头安装杆动作方向平行，探头安装杆通过探头安装杆固定板固定在滑块连接板上，滑块连接板与滑块连接安装在导轨上，螺母连接座与滑块连接板固连，丝杠螺母与螺母连接座固连，丝杠一端与螺母连接座和丝杠螺母连接，另一端由轴承座内置轴承固定通过联轴器与伺服电机连接。

2.根据权利要求1所述的用于风洞的三坐标移动测试装置，其特征在于：所述第一Y轴移动机构通过两个滑块垫块和螺母安装板与所述第一Z轴移动机构支撑板固连；所述第二Y轴移动机构通过两个滑块垫块和螺母安装板与第二Z轴移动机构支撑板固连；所述第一Y轴移动机构和所述第二Y轴移动机构分别固定安装在风洞外两侧安装座上。