CN105571813A - 风洞天平单矢量校准加载机构 - Google Patents
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Abstract
本发明具体公开了一种风洞天平单矢量校准加载机构，其主要应用了轴承和平面四连杆机构。加载套筒组件固定在天平上，与天平姿态保持一致，其上的X向定位板，用于确定其他组件沿着天平轴向的位置。轴环组件固定在加载套筒组件上，与天平之间的位置关系相对固定，轴环的外支撑圈作为平面四连杆机构组件中的一根连杆，相邻两根连杆之间组成的四个角点，采用端面球轴承进行铰接，应用平行四边形原理，能够有效避免轴环摩擦引起的加载位置偏差；砝码加载组件主要承载砝码，其重力作用点位于横梁的中心处。本发明能够实现风洞天平单矢量校准过程中六分量的加载，同时，无论如何变化天平姿态，重力作用线都会通过轴环的中心，保证了加载点的位置准确无误。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验技术领域，特别涉及一种风洞天平单矢量校准加载机构，用于风洞天平的静态校准和检验。
背景技术
航空航天事业的迅猛发展，对风洞实验精度和试验效率提出了越来越高的要求。风洞天平是整个试验过程中的重要测力部件，校准的精度和准度直接影响试验结果。
当前风洞天平的校准主要是通过对六个分量分别进行加载的方法来实现。这种方法由于受到滑轮、刀口、钢带等因素的影响，其校准精度存在一定的误差。此外，为消除天平支杆系统的弹性角影响，往往需要借助复位机构或对地轴校准数据进行修正，工作效率低，误差难以控制。因此，为提高天平校准精度和准度，提出了单矢量校准方法，即通过改变重力矢量在天平坐标系中的方位，，应用一个重力矢量实现六个分量的加载。确定重力矢量在天平坐标系中的方向可通过改变天平的姿态来实现，而准确固定重力作用点在天平坐标系中的位置则比较困难。因此，要求加载装置要能够准确地实现对重力矢量在天平坐标系中的分解，克服摩擦等因素对加载方位的干扰。
为满足上述结构设计的要求，本发明提出了一种应用于风洞天平单矢量校准的加载机构，能够有效地克服机构中各部件之间摩擦对加载位置的影响，完全满足单矢量加载装置的设计要求。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种风洞天平单矢量校准加载机构，准确地实现对重力矢量在天平坐标系中的分解，以满足天平单矢量校准过程中，对风洞天平六分量的加载。
为了实现上述目的和一些其他目的，本发明提供的技术方案为：
一种风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，包括：
加载套筒组件，其包括套筒，所述套筒为一中空筒体，内有连接风洞天平的锥孔；X向定位板，其平铺固定在所述套筒的第一侧壁上；垫板，其滑动设置在所述X向定位板上；Z向定位板，其固定设置在所述垫板上方，且与所述垫板在所述X向定位板上同步滑动设置；
轴环组件，其包括相互套设的内支撑圈和外支撑圈，且所述内支撑圈与所述Z向定位板通过螺钉固定，以使得所述套筒的轴线与所述内支撑圈垂直并穿过所述内支撑圈；轴承，其外圈与所述外支撑圈配合，所述轴承的内圈与所述内支撑圈配合；
连杆组件，其包括长度相同的两个连杆，所述两个连杆的一端分别铰接设置在所述外支撑圈的两个耳座上，所述两个连杆的长度大于所述外支撑圈的半径；横梁，其两端分别与所述两个连杆的另一端铰接设置；以及
砝码加载组件，其包括加载框，所述加载框悬挂在所述横梁的中部，通过顶尖加载件加载在横梁的中心点上，所述顶尖加载件的加载点与所述横梁和所述两个连杆的铰接点的中心处于同一直线上；加载杆，其悬挂在所述加载框的下边框中部；承重盘，其设置在所述加载框的下端，用于加载砝码。
优选的是，其中，还包括：
至少一条梯形槽，其为由所述套筒的第一侧壁的一部分向套筒的腔体内凹陷形成，且所述梯形槽沿着所述套筒的长度方向延伸设置；
至少一条通槽，其设置在所述X向定位板的板面上，所述至少一条通槽的设置位置与所述至少一条梯形槽的设置位置相对应；
至少一个螺钉，其穿透所述Z向定位板、所述垫板和所述至少一条通槽延伸至所述至少一条梯形槽底部；以及
至少一个螺母，其滑动设置在所述梯形槽底部，且与所述至少一个螺钉螺纹连接。
优选的是，其中，还包括：
底座，其嵌入式设置在所述横梁中部，且所述底座的上端面上开设有一个横切面为等腰三角形的凹陷；以及
顶尖加载件，其一端固定设置在所述加载框的悬挂面上，另一端呈顶尖结构加载在所述凹陷的顶角处，且另一端的其他部位与所述凹陷的侧壁不接触。
优选的是，其中，还包括：
多个端面球轴承，其分别设置在所述两个连杆与所述外支撑圈的铰接点以及所述两个连杆与横梁的铰接点处。
优选的是，其中，所述至少一条梯形槽为两条，与其对应设置的还有两条通槽、两个螺钉和两个螺母。
优选的是，其中，还包括：
定位孔，其成排设置在所述X向定位板上和所述Z向定位板上。
优选的是，其中，所述X向定位板和Z向定位板之间的相对位置靠至少两个定位销来确定。
优选的是，其中，所述垫板为一系列厚度不一的多个板体，组合使用以改变加载点在天平坐标系Y向的位置。
本发明的有益效果是：
1、通过施加一个重力矢量，本发明能够准确实现对风洞天平六分量的加载，避免了常规天平校准机构中滑轮、钢带等部件对施加载荷的影响，精度更高；
2、本发明能够保证加载点始终处于轴环的中心，同时应用平面四连杆机构，有效地克服了轴环摩擦的干扰，加载位置准确；
3、装置结构紧凑，加载精度高，能够应用于大部分天平的校准，适应性强。
附图说明
图1为本发明所述的风洞天平单矢量校准加载机构的三维结构示意图；
图2为本发明所述的风洞天平单矢量校准加载机构中砝码加载组件与横梁连接处剖视结构示意图；
图3为本发明所述的风洞天平单矢量校准加载机构的一种使用状态的侧视示意图；
图4为本发明所述的风洞天平单矢量校准加载机构的另一种使用状态的侧视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够加以实施。
如图1和图2所示，本发明的一种实现方式为，一种风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，包括：
加载套筒组件，其包括套筒101，所述套筒为一中空筒体，内有连接风洞天平的锥孔；X向定位板102，其平铺固定在所述套筒的第一侧壁上；垫板103，其滑动设置在所述X向定位板上；Z向定位板201，其固定设置在所述垫板上方，且与所述垫板在所述X向定位板上同步滑动设置；
轴环组件，其包括相互套设的内支撑圈202和外支撑圈205，且所述内支撑圈与所述Z向定位板固定设置，以使得所述套筒的轴线与所述内支撑圈垂直并穿过所述内支撑圈的圆心；轴承，其外圈与所述外支撑圈配合，所述轴承的内圈与所述内支撑圈配合，所述轴承包括轴环203和轴环挡圈204；
连杆组件，其包括长度相同的两个连杆301，所述两个连杆的一端分别铰接设置在所述外支撑圈的两个耳座上，所述两个连杆的长度大于所述外支撑圈的半径；横梁302，其两端分别与所述两个连杆的另一端铰接设置；以及
砝码加载组件，其包括加载框402，所述加载框悬挂在所述横梁的中部，通过顶尖加载件加载在横梁的中心点上，所述顶尖加载件的加载点与所述横梁和所述两个连杆的铰接点的中心处于同一直线上；加载杆403，其悬挂在所述加载框的下边框中部；承重盘404，其设置在所述加载框的下端，用于加载砝码。
一个优选方案中，还包括：
至少一条梯形槽，其为由所述套筒的第一侧壁的一部分向套筒的腔体内凹陷形成，且所述梯形槽沿着所述套筒的长度方向延伸设置；
至少一条通槽，其设置在所述X向定位板的板面上，所述至少一条通槽的设置位置与所述至少一条梯形槽的设置位置相对应；
至少一个螺钉，其穿透所述Z向定位板、所述垫板和所述至少一条通槽延伸至所述至少一条梯形槽底部；以及
至少一个螺母，其滑动设置在所述梯形槽底部，且与所述至少一个螺钉螺纹连接。
一个优选方案中，还包括：
底座303，其嵌入式设置在所述横梁中部，且所述底座的上端面上开设有一个横切面为等腰三角形的凹陷；以及
顶尖加载件401，其一端固定设置在所述加载框的悬挂面上，另一端呈顶尖结构加载在所述凹陷的顶角处，且另一端的其他部位与所述凹陷的侧壁不接触。
一个优选方案中，还包括：
多个端面球轴承，其分别设置在所述两个连杆与所述外支撑圈的铰接点以及所述两个连杆与横梁的铰接点处。
如图2所示，一个优选方案中，所述至少一条梯形槽为两条，与其对应设置的还有两条通槽、四个螺钉和四个螺母。
如图1所示，一个优选方案中，还包括：
定位孔，其成排设置在所述X向定位板上和所述Z向定位板上。
一个优选方案中，所述X向定位板和Z向定位板之间的相对位置靠至少两个定位销来确定。
一个优选方案中，所述垫板为一系列厚度不一的多个板体，组合使用以改变加载点在天平坐标系Y向的位置。
如图1所示，使用时，已知风洞天平各个分量的载荷，可以确定重力矢量的大小和加载点位置在天平坐标系中的坐标。本发明中，重力作用点始终处于轴环组件的中心，确定加载点位置在天平坐标系中的坐标，即移动轴环组件的中心到达预定坐标。加载套筒组件与天平固连；轴环组件在加载套筒上沿着梯形槽移动，根据X向定位板102上孔的位置确定其在天平X向的坐标，横向移动轴环组件，根据Z向定位板201上孔的位置确定其在天平Z向的坐标，改变垫板103的厚度，可以改变加载点位置在天平Y向的坐标。到达预定位置后，通过四个锁紧螺钉将轴环组件的内支撑圈与加载套筒组件固定在一起。
如图3和图4所示，旋转天平到达预定角度，改变天平Y轴和Z轴与竖直方向的夹角，加载套筒与之一起转动，外圈203构成了平面四连杆机构组件中的一根连杆，四根连杆相接处采用端面球轴承，克服了轴环摩擦引起地连杆302中心点的位置变化，从而砝码加载组件的位置不会发生改变。改变天平X轴与水平线的夹角，加载套筒组件和轴环组件相对天平位置不会发生变化，平面四连杆机构组件会在重力作用下处于竖直平面内。
由上述结构分析可知，无论天平姿态如何改变，重力矢量的作用线永远通过轴环的中心，确保了加载点位置不会因为轴环组件的移动和天平姿态的改变而发生变化。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，包括：
加载套筒组件，其包括套筒，所述套筒为一中空筒体，内有连接风洞天平的锥孔；X向定位板，其平铺固定在所述套筒的第一侧壁上；垫板，其滑动设置在所述X向定位板上；Z向定位板，其固定设置在所述垫板上方，且与所述垫板在所述X向定位板上同步滑动设置；
轴环组件，其包括相互套设的内支撑圈和外支撑圈，且所述内支撑圈与所述Z向定位板固定设置，以使得所述套筒的轴线与所述内支撑圈垂直并穿过所述内支撑圈；轴承，其外圈与所述外支撑圈配合，所述轴承的内圈与所述内支撑圈配合；
连杆组件，其包括长度相同的两个连杆，所述两个连杆的一端分别铰接设置在所述外支撑圈的两个耳座上，所述两个连杆的长度大于所述外支撑圈的半径；横梁，其两端分别与所述两个连杆的另一端铰接设置；以及
砝码加载组件，其包括加载框，所述加载框悬挂在所述横梁的中部，通过顶尖加载件加载在横梁的中心点上，所述顶尖加载件的加载点与所述横梁和所述两个连杆的铰接点的中心处于同一直线上；加载杆，其固定在所述加载框的下边框中部；承重盘，其设置在所述加载框的下端，用于加载砝码。
2.如权利要求1所述的风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，还包括：
至少一条梯形槽，其为由所述套筒的第一侧壁的一部分向套筒的腔体内凹陷形成，且所述梯形槽沿着所述套筒的长度方向延伸设置；
至少一条通槽，其设置在所述X向定位板的板面上，所述至少一条通槽的设置位置与所述至少一条梯形槽的设置位置相对应；
至少一个螺钉，其穿透所述Z向定位板、所述垫板和所述至少一条通槽延伸至所述至少一条梯形槽底部；以及
至少一个螺母，其滑动设置在所述梯形槽底部，且与所述至少一个螺钉螺纹连接。
3.如权利要求1所述的风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，还包括：
底座，其嵌入式设置在所述横梁中部，且所述底座的上端面上开设有一个横切面为等腰三角形的凹陷；以及
顶尖加载件，其一端固定设置在所述加载框的上边框的中部，另一端呈顶尖结构加载在所述凹陷的顶角处，且另一端的其他部位与所述凹陷的侧壁不接触。
4.如权利要求1所述的风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，还包括：
多个端面球轴承，其分别设置在所述两个连杆与所述外支撑圈的铰接点以及所述两个连杆与横梁的铰接点处。
5.如权利要求2所述的风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，所述至少一条梯形槽为两条，与其对应设置的还有两条通槽、两个螺钉和两个螺母。
6.如权利要求1所述的风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，还包括：
定位孔，其成排设置在所述X向定位板上和所述Z向定位板上。
7.如权利要求1所述的风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，所述X向定位板和Z向定位板之间的相对位置靠至少两个定位销来确定。
8.如权利要求1所述的风洞天平单矢量校准加载机构，其特征在于，所述垫板为一系列厚度不一的多个板体，组合使用以改变加载点在天平坐标系Y向的位置。
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