CN106969903A - 一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器 - Google Patents

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刘正国
吴卫国
郭国虎
陈皓
何晶
刘正强
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0028—Force sensors associated with force applying means

Abstract

本发明涉及船舶与海洋工程模型试验技术领域，特指一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，包括传感器本体，传感器本体上设有螺旋桨固定区、推拉力测试区、扭矩测试区与动力传动连接区，螺旋桨固定区上固定安装有螺旋桨，动力传动连接区固定安装于驱动主机上，传感器本体通过推拉力测试区与扭矩测试区可分别测出螺旋桨工作状态下的推拉力和扭矩。本发明直接从螺旋桨根部测量其发出的推拉力和扭矩，可保证螺旋桨推拉力和扭矩的测量不受轴和轴套之间摩擦力和摩擦力矩的影响，由于特殊的结构设计，测量时扭矩和推拉力测量相互间几乎无干扰。

Description

一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器
技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程模型试验技术领域，特指一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器。
背景技术
在船舶快速性物理模型试验中，螺旋桨敞水试验和船舶自航试验都需要测量螺旋桨的推力和扭矩。目前最常用的测试仪器是螺旋桨动力仪，测量时将螺旋桨动力仪安装在螺旋桨桨轴与驱动主机之间，螺旋桨的推力和扭矩通过桨轴传递到动力仪，这种测试方法对轴系的要求较高，轴和轴套配合紧则摩擦影响测试结果，轴和轴套配合过松则轴套漏水到船舱或敞水箱中，为了能够既精确测量螺旋桨推力和扭矩又使船模或敞水箱不会进水，需要设计无摩擦螺旋桨动力仪，这样在螺旋桨近端未经过轴套即测量螺旋桨的推力和扭矩，实现无摩擦测量，由于测量时不能影响周围流场，无摩擦螺旋桨动力仪的尺度有较大的限制，体现为推拉力扭矩传感器的尺度限制，而传感器是无摩擦动力仪的关键部位，推力和扭矩不能相互干扰对方的测量，单方面也需要达到足够的灵敏度，设计合理的传感器是关键。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，通过推拉力测试区的特殊结构设计，能够使推拉力感应结构区在推拉力作用下应变最大，同时由于该区的扭矩释放结构扭矩不会引起该结构区产生明显的应变，另外，通过推拉力测试区的扭矩传递弹性结构的设计，能够有效地传递扭矩，同时不会使该区域由于扭矩产生明显的变形，又能使推力在此区域产生明显差动位移而带动推力感应结构产生足够的应变。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，包括传感器本体，传感器本体上设有螺旋桨固定区、推拉力测试区、扭矩测试区与动力传动连接区，螺旋桨固定区上固定安装有螺旋桨，动力传动连接区固定安装于驱动主机 上，传感器本体通过推拉力测试区与扭矩测试区可分别测出螺旋桨工作状态下的推拉力和扭矩。
进一步而言，所述螺旋桨固定区设有紧固螺栓、桨轴位与轴肩，桨轴位上设有键槽，螺旋桨通过紧固螺栓固定于键槽内，螺旋桨工作时的扭矩和推拉力通过轴肩传递至推拉力测试区。
进一步而言，所述推拉力测试区设有扭矩传递弹性结构、推拉力感应结构与扭矩释放结构，螺旋桨工作时的扭矩通过扭矩传递弹性结构传递至扭矩测试区，推拉力感应结构与扭矩释放结构对应设置，推拉力感应结构上粘贴有推拉力应变片。
进一步而言，所述扭矩测试区设有扭矩感应结构，扭矩感应结构上粘贴有扭矩应变片。
进一步而言，所述动力传动连接区设有连接定位孔与连接紧位孔，动力传动连接区通过连接定位孔连接于驱动主机的转轴上，并通过连接紧位孔固紧。
本发明有益效果：
1.通过推拉力测试区的特殊结构设计，能够使推拉力感应结构区在推拉力作用下应变最大，同时由于该区的扭矩释放结构扭矩不会引起该结构区产生明显的应变；
2.通过推拉力测试区的扭矩传递弹性结构的设计，能够有效地传递扭矩，同时不会使该区域由于扭矩产生明显的变形，又能使推力在此区域产生明显差动位移而带动推力感应结构产生足够的应变；
3.本发明所涉及的结构能够使尺寸较小，能满足大部分的船模自航试验和螺旋桨敞水试验结构尺寸和安装尺寸限制要求。
附图说明
图1是本发明整体结构立体图；
图2本发明整体结构平面图；
图3是图2俯视结构图；
图4是图2中A-A位置剖视图。
1.螺旋桨固定区；10.紧固螺栓；11.桨轴位；12.键槽；13.轴肩；2.推拉力测试区；20.扭矩传递弹性结构；21.推拉力感应结构；22.扭矩释放结构；3.扭矩测试区；30.扭矩感应结构；4.动力传动连接区；40.连接定位孔；41.连接紧定孔。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1至图4所示，本发明一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，包括传感器本体，传感器本体上设有螺旋桨固定区1、推拉力测试区2、扭矩测试区3与动力传动连接区4，螺旋桨固定区1上固定安装有螺旋桨，动力传动连接区4固定安装于驱动主机上，传感器本体通过推拉力测试区2与扭矩测试区3可分别测出螺旋桨工作状态下的推拉力和扭矩。以上所述构成本发明基本结构。
本发明采用这样的结构设置，其工作原理：通过在螺旋桨固定区1上固定安装有螺旋桨，动力传动连接区4固定安装于驱动主机上，当螺旋桨工作时的扭矩和推拉力传递至传感器本体上，通过传感器本体上的推拉力测试区2与扭矩测试区3对推拉力与扭矩进行测量，且测量时实现互不干扰的效果。
更具体而言，所述螺旋桨固定区1设有紧固螺栓10、桨轴位11与轴肩13，桨轴位11上设有键槽12，螺旋桨通过紧固螺栓10固定于键槽12内，螺旋桨工作时的扭矩和推拉力通过轴肩13传递至推拉力测试区2。采用这样的结构设置，安装螺旋桨时，通过在桨毂上的键槽和螺旋桨固定区1中的桨轴位11上设有的键槽12对应设置，并通过紧固螺栓10实现固紧螺旋桨的作用。
更具体而言，所述推拉力测试区2设有扭矩传递弹性结构20、推拉力感应结构21与扭矩释放结构22，螺旋桨工作时的扭矩通过扭矩传递弹性结构20传递至扭矩测试区3，推拉力感应结构21与扭矩释放结构22对应设置，推拉力感应结构21上粘贴有推拉力应变片，扭矩测试区3设有扭矩感应结构30，扭矩感应结构30上粘贴有扭矩应变片。采用这样的结构设置，螺旋桨工作中产生的扭矩通过扭矩传递弹性结构20传递到扭矩测试区3，通过扭矩感应结构30感应产生应变，通过该结构上粘贴的应变片组成电桥进行扭矩-电信号转化(此处推拉力也会产生相应的小量值的结构应变，但扭矩组合的测试电桥组合能够 屏蔽推拉力所产生的信号)；螺旋桨工作中产生的推拉力通过扭矩传递弹性结构20会产生差动变形，变形通过扭矩释放结构22将推拉力传递到推拉力感应结构21，同时通过本身的扭转变形释放掉扭矩的影响力，推拉力感应结构21仅收到推拉力的作用产生应变，通过在该结构上粘贴的应变片组成电桥进行推力-电信号的转化。
更具体而言，所述动力传动连接区4设有连接定位孔40与连接紧位孔41，动力传动连接区4通过连接定位孔40连接于驱动主机的转轴上，并通过连接紧位孔41固紧。采用这样的结构设置，使传感器固定于驱动主机的转轴上。
本发明实验数据：根据CUSSUNS公司某型动力仪的常用推力扭矩量程组合设定，对本发明之传感器进行相应的推拉力和扭矩加载，选取加工方便的弹性材料，对本发明之模型进行有限元计算，通过计算结果发现：纯推拉力作用下推拉力感应结构21的应变明显且出现最大，此时扭矩感应结构30处的应变很小。纯扭矩作用下扭矩感应结构30处的应变明显且出现最大，此时推拉力感应结构21处的应变很小，由此说明该设计符合相互之间无干扰的设计理念。
以上结合附图对本用新型的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，包括传感器本体，其特征在于：所述传感器本体上设有螺旋桨固定区(1)、推拉力测试区(2)、扭矩测试区(3)与动力传动连接区(4)，所述螺旋桨固定区(1)上固定安装有螺旋桨，所述动力传动连接区(4)固定安装于驱动主机上，所述传感器本体通过推拉力测试区(2)与扭矩测试区(3)可分别测出螺旋桨工作状态下的推拉力和扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，其特征在于：所述螺旋桨固定区(1)设有紧固螺栓(10)、桨轴位(11)与轴肩(13)，所述桨轴位(11)上设有键槽(12)，所述螺旋桨通过紧固螺栓(10)固定于键槽(12)内，所述螺旋桨工作时的扭矩和推拉力通过轴肩(13)传递至推拉力测试区(2)。
3.根据权利要求2所述的一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，其特征在于：所述推拉力测试区(2)设有扭矩传递弹性结构(20)、推拉力感应结构(21)与扭矩释放结构(22)，所述螺旋桨工作时的扭矩通过扭矩传递弹性结构(20)传递至扭矩测试区(3)，所述推拉力感应结构(21)与扭矩释放结构(22)对应设置，所述推拉力感应结构(21)上粘贴有推拉力应变片。
4.根据权利要求3所述的一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，其特征在于：所述扭矩测试区(3)设有扭矩感应结构(30)，所述扭矩感应结构(30)上粘贴有扭矩应变片。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋桨模型推拉力与扭矩测量无干扰组合的传感器，其特征在于：所述动力传动连接区(4)设有连接定位孔(40)与连接紧位孔(41)，所述动力传动连接区(4)通过连接定位孔(40)连接于驱动主机的转轴上，并通过连接紧位孔(41)固紧。
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