CN108918136B - 螺旋桨动态拉扭测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋桨动态拉扭测量装置，涉及测力装置技术领域。该装置包括螺旋桨组件、传动轴、第一传感器组件、传动机构、第二传感器以及动力源。传动轴穿设于第一传感器组件后与传动机构的第一端固定连接，动力源通过第二传感器与传动机构的第二端固定连接，螺旋桨组件固定设置于传动轴的远离传动机构的一端。第一传感器组件用于检测螺旋桨运动状态的拉压力，第二传感器用于检测其扭矩，传动机构用于将第一传感器组件和第二传感器弹性连接且实现同轴旋转。该装置设计合理，不仅能够测量螺旋桨转动产生的动态拉力和扭矩，而且降低了车载试验中电机等推进系统部件的振动和加速度对测量结果的影响，提高测量精度。

Description

螺旋桨动态拉扭测量装置

技术领域

本发明涉及测力装置技术领域，具体而言，涉及一种螺旋桨动态拉扭测量装置。

背景技术

空气螺旋桨是把航空发动机的动力转化为飞行器推进力的工具，在飞行器研究和设计过程中，螺旋桨的拉力和扭矩数据是其气动参数辨识的重要输入条件，可以通过风洞试验或车载试验模拟飞行工况，测量螺旋桨的气动性能数据，为研究和设计工作提供依据。

目前，在进行螺旋桨车载试验时，由于外界条件的干扰，螺旋桨驱动电机等产生强烈振动和加速度变化，严重影响测量精度，无法保证测量的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋桨动态拉扭测量装置，设计合理，避免了现有装置在进行车载试验时，由于振动和加速度对测量结果产生的不利影响，提高了测量精度。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述目的，本发明的实施例提供了一种螺旋桨动态拉扭测量装置，包括螺旋桨组件、传动轴、第一传感器组件、传动机构、第二传感器以及动力源；

所述传动轴穿设于所述第一传感器组件后与所述传动机构的第一端固定连接，所述动力源通过所述第二传感器与所述传动机构的第二端固定连接，所述螺旋桨组件固定设置于所述传动轴的远离所述传动机构的一端；

所述第一传感器组件用于检测螺旋桨运动状态的拉压力，所述第二传感器用于检测螺旋桨运动状态的扭矩，所述传动机构用于将所述第一传感器组件和所述第二传感器弹性连接且实现同轴旋转。

另外，根据本发明的实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的可选实施例中，所述第一传感器组件包括旋转固定件、立式挡圈以及多个拉压力传感器；

所述立式挡圈位于所述旋转固定件的远离所述传动机构的一侧且能够固定设置于工作台；

所述拉压力传感器固定设置于所述立式挡圈和所述旋转固定件之间且与所述传动轴的中心轴线平行。

在本发明的可选实施例中，所述旋转固定件包括轴承件和环形支撑件，所述环形支撑件通过所述轴承件可旋转的套设于所述传动轴；

所述拉压力传感器均匀环设于所述环形支撑件的周向，所述环形支撑件的周向设置有支撑梁，所述拉压力传感器位于所述支撑梁和所述立式挡圈之间。

在本发明的可选实施例中，所述轴承件为双向推力角接触球轴承，所述拉压力传感器的数量为四个。

在本发明的可选实施例中，所述传动机构包括第一联轴器和多个连接组件；

所述第一联轴器包括第一连轴体和第二连轴体，所述第一连轴体的连接端与所述传动轴固定连接，所述第二连轴体的连接端与所述第二传感器固定连接，所述第一连轴体和所述第二连轴体通过所述连接组件弹性连接。

在本发明的可选实施例中，所述连接组件包括花键轴、两个花键套、第一弹簧、第二弹簧以及锁紧组件；

所述第一连轴体和所述第二连轴体均开设有沿轴向贯通的连接孔，所述花键轴依次穿设于所述第一连轴体的连接孔和所述第二连轴体的连接孔，两个所述花键套均套设于所述花键轴且分别位于所述第一连轴体的连接孔和所述第二连轴体的连接孔内；

所述第一弹簧和所述第二弹簧均套设于所述花键轴，且所述第一弹簧位于所述第一连轴体和所述第二连轴体之间，所述第二弹簧位于所述第二连轴体的背离所述第一连轴体的一侧，所述锁紧组件固定设置于所述花键轴的端部。

在本发明的可选实施例中，所述花键套为滚珠花键套且包括挡肩和轴套，所述轴套位于所述连接孔内，所述挡肩位于所述第一联轴器的外侧。

在本发明的可选实施例中，所述连接组件的数量为四个；

所述第一连轴体上的连接孔为第一连接孔，所述第二连轴体上的连接孔为第二连接孔，所述第一连接孔和所述第二连接孔的数量相同且大于或者等于所述连接组件的数量，所述第一连接孔和所述第二连接孔环设于所述第一联轴器且位置一一对应。

在本发明的可选实施例中，所述螺旋桨动态拉扭测量装置还包括第二联轴器，所述第二传感器的一端与所述传动机构固定连接，所述第二传感器的另一端通过所述第二联轴器与所述动力源的输出轴固定连接。

在本发明的可选实施例中，所述螺旋桨组件包括螺旋桨本体、连接件以及挡圈；

所述螺旋桨本体位于所述连接件和所述挡圈之间且通过锁紧件固定，所述连接件背离所述螺旋桨本体的一侧与所述传动轴固定连接。

本发明实施例的有益效果是：结构简单，在进行车载试验测量螺旋桨的动态拉力和扭矩时，传动轴既能够转动，又能够沿着传动轴的轴线方向移动，同时测量螺旋桨转动产生的动态拉力和扭矩，该结构又降低了车载试验中的振动和加速度对测量结果的影响，提高了测量精度，成本较低，安装与维护方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置的爆炸图；

图3为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置中第一传感器组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置中传动机构的第一视角的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置中传动机构的第二视角的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置中传动机构部分结构示意图；

图7为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置中螺旋桨组件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置安装于汽车上进行车载试验的结构示意图。

图标：100-螺旋桨动态拉扭测量装置；10-动力源；11-第二联轴器；12-第二传感器；13-传动机构；131-第一联轴器；132-第一连轴体；133-第二连轴体；134-连接组件；135-花键轴；136-花键套；137-第一弹簧；138-第二弹簧；139-锁紧组件；15-第一传感器组件；152-轴承件；154-环形支撑件；155-支撑梁；156-立式挡圈；157-底座；158-挡圈体；159-拉压力传感器；18-传动轴；20-螺旋桨组件；21-螺旋桨本体；22-连接件；23-挡圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

在飞行器研究和设计过程中，螺旋桨的拉力和扭矩数据是其气动参数辨识的重要输入条件。

发明人在利用车载试验进行螺旋桨的动态特性测试时发现，采用常规天平机构和复合传感器安装于螺旋桨与驱动电机之间，测量螺旋桨的轴向拉力和扭矩时，无法随着传动轴旋转的同时输出测量信号。

在进行螺旋桨车载试验时，由于螺旋桨驱动电机等推进系统部件质量很大，受到外界条件干扰会有强烈振动和加速度变化，对于天平机构或复合拉扭传感器测量结果影响很大，严重影响测量精度，导致测量精度较低。

鉴于此，发明人设计了一种螺旋桨动态拉扭测量装置100，将动态扭矩传感器和拉压力传感器组合起来，并且设置于电机与待测螺旋桨之间，不仅能够同时测量螺旋桨转动产生的动态拉力和扭矩，而且降低了车载试验中电机等推进系统部件的振动和加速度对测量结果精度的影响，提高了测量精度。

实施例

图1为本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100的结构示意图，

图2为本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100的爆炸图，请参照图1和图2所示。

螺旋桨动态拉扭测量装置100包括螺旋桨组件20、传动轴18、第一传感器组件15、传动机构13、第二传感器12以及动力源10，其中，传动轴18穿设于第一传感器组件15后与传动机构13的第一端固定连接，动力源10通过第二传感器12与传动机构13的第二端固定连接，螺旋桨组件20固定设置于传动轴18的远离传动机构13的一端。

可选的，动力源10和第二传感器12之间通过第二联轴器11固定连接，通过传动机构13将第一传感器组件15和第二传感器12组装在一起，且实现第一传感器组件15和第二传感器12同轴旋转，使得该螺旋桨动态拉扭测量装置100中的第一传感器组件15能够检测螺旋桨本体21运动状态下的拉压力，第二传感器12能够检测螺旋桨本体21运动状态下的扭矩。

下面对该螺旋桨动态拉扭测量装置100的各个部件的具体结构和相互之间的对应关系进行详细说明。

图3为本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100中第一传感器组件15的结构示意图，请参照图3所示。

第一传感器组件15包括旋转固定件、立式挡圈156以及多个拉压力传感器159。其中，旋转固定件包括轴承件152、环形支撑件154，且环形支撑件154套设于轴承件152的外圈，轴承件152套设于传动轴18上，即环形支撑件154通过轴承件152可旋转的套设于传动轴18，立式挡圈156位于旋转固定件的远离传动机构13的一侧，也就是立式挡圈156位于环形支撑件154的远离传动机构13的一侧且能够固定设置于工作台。

具体的，立式挡圈156具有一体成型的底座157和挡圈体158，挡圈体158通过底座157固定设置在工作台，挡圈体158上开设有中心孔，传动轴18从轴承件152和挡圈体158的中心孔穿过，环形支撑件154的周向固定设置有多根支撑梁155，多根支撑梁155均匀环设，可以通过螺钉连接，也可以一体成型，具体的连接方式不做限制，支撑梁155是用于固定拉压力传感器159，即拉压力传感器159的一端与该支撑梁155固定连接，另一端与立式挡圈156固定连接。

通过支撑梁155使得拉压力传感器159均匀环设于环形支撑件154的周向，且拉压力传感器159固定设置于立式挡圈156和环形支撑件154的支撑梁155之间，在设置时，拉压力传感器159与传动轴18的中心轴线平行，使螺旋桨组件20转动时产生的动态拉力能够平均地作用于每个拉压力传感器159上。

在本实施例中，轴承件152为双向推力角接触球轴承，拉压力传感器159的数量为四个，且两两对称设置。

具体的，双向推力角接触球轴承外部设置在环形支撑件154内部，双向推力角接触球轴承安装在传动轴18上，轴承的一侧内圈与传动轴18的轴肩配合，另一侧内圈通过固定在传动轴18上的锁紧螺母定位，双向推力角接触球轴承的外圈一侧通过环形支撑件154内壁上的挡肩定位，另一侧与套环配合，套环与环形支撑件154采用紧定螺钉连接。

图4为本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100中传动机构13的第一视角的结构示意图，图5传动机构13的第二视角的结构示意图，请参照图4和图5所示。

传动机构13包括第一联轴器131和多个连接组件134。第一联轴器131的一端和第一传感器组件15固定连接，第一联轴器131的另一端和第二传感器12固定连接。具体的，第一联轴器131包括弹性连接的第一连轴体132和第二连轴体133，通过多个连接组件134将第一连轴体132和第二连轴体133弹性连接。

第一连轴体132和第二连轴体133均包括连接端，连接端为套筒结构，其中，第一连轴体132的连接端与传动轴18固定连接，第二连轴体133的连接端与第二传感器12固定连接。

图6为本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100中传动机构13部分结构示意图，传动机构13中连接组件134包括花键轴135、两个花键套136、第一弹簧137、第二弹簧138以及锁紧组件139。

第一连轴体132和第二连轴体133均开设有沿轴向贯通的连接孔，花键轴135依次穿设于第一连轴体132的连接孔和第二连轴体133的连接孔，两个花键套136相对的套设于同一个花键轴135且分别位于第一连轴体132的连接孔内和第二连轴体133的连接孔内。

第一弹簧137和第二弹簧138均套设于花键轴135，且第一弹簧137位于第一连轴体132和第二连轴体133之间，第二弹簧138位于第二连轴体133的背离第一连轴体132的一侧，锁紧组件139固定设置于花键轴135的端部。

在本实施例中，花键套136为滚珠花键套，且花键套136包括挡肩和轴套，轴套位于连接孔内，挡肩位于第一联轴器131的外侧。

第一连轴体132上的连接孔为第一连接孔，第二连轴体133上的连接孔为第二连接孔，第一连接孔和第二连接孔的数量相同且大于或者等于连接组件134的数量，多个第一连接孔环设于第一连轴体132上，多个第二连接孔环设于第二连轴体133上，多个第一连接孔和多个第二连接孔位置一一对应。

在本实施例中，连接组件134的数量为四个，第一连接孔和第二连接孔的数量也均为四个，传动机构13能够实现两端的第一传感器组件15和第二传感器12同轴旋转，同时在第一弹簧137和第二弹簧138作用下可以轴向滑动。

请继续参照图1和图2所示，螺旋桨动态拉扭测量装置100还包括第二联轴器11，第二传感器12的一端与传动机构13固定连接，第二传感器12的另一端通过第二联轴器11与动力源10的输出轴固定连接。通过设置第二联轴器11，能够很好地将第二传感器12与动力源10的输出轴同轴连接，保证了二者的同轴度。

在本实施例中，第二传感器12能够固定设置于工作台上，动力源10为驱动电机，操作方便，当用于车载试验时，第二传感器12和第一传感器中立式挡圈156固定设置在车体顶部。

本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100，主要应用于车载试验中，对螺旋桨进行动态拉力和扭矩的测量。图7为本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100中螺旋桨组件20的结构示意图，请参照图7所示。

螺旋桨组件20固定设置于传动轴18的远离传动机构13的一端，螺旋桨组件20随着传动轴18的转动而转动。

具体的，螺旋桨组件20包括螺旋桨本体21、连接件22以及挡圈23。螺旋桨本体21通过连接件22和挡圈23与传动轴18固定连接，连接件22和挡圈23分别位于螺旋桨本体21相对的两侧，三者通过锁紧件固定，这里的锁紧件可以为螺钉、螺母等，也可以为其他形式的锁紧件。连接件22通过单侧轴套与传动轴18同轴配合，并通过螺钉将连接件22上的孔与传动轴18端面的螺纹孔固定连接。

图8为本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100安装于汽车上进行车载试验的结构示意图，请参照图8所示。

将螺旋桨动态拉扭测量装置100安装于汽车上，启动驱动电机转动，依次经过第二联轴器11、第二传感器12以及传动机构13，电机输出轴带动传动轴18转动，从而带动螺旋桨本体21转动，第一传感器组件15中的拉压力传感器159用于测量螺旋桨本体21转动时产生的动态拉力，第二传感器12用于测量螺旋桨本体21转动的扭矩。

螺旋桨在转动过程中，会产生沿传动轴18的轴向的动态拉力，由于与传动轴18连接的传动机构13既可以旋转又可以轴向滑动，使得传动轴18能够沿着轴线方向运动，该动态拉力的一部分分力依次传递到传动机构13及第二传感器12和动力源10上，并由固定的第二传感器12的底座157和动力源的底座抵消，另一部分分力通过传动轴18传递到第一传感器组件15的双向推力角接触球轴承，进而传递到四个拉压力传感器159上，使拉压力传感器159的内部应变片产生相应的变形，螺旋桨本体21的两个分力均与合力成线性比例。

可选的，第二传感器12和第一传感器组件15中的拉压力传感器159均通过数据采集卡与电脑相连，数据采集卡将第二传感器12和拉压力传感器159的扭矩和拉力测量数据传输给电脑进行处理和存储。

本实施例提供的螺旋桨动态拉扭测量装置100具有的有益效果是：

设计合理，结构简单，在进行车载试验时，传动轴18既能够在驱动电机作用下实现同步转动，又能够沿着传动轴18的轴线方向移动，从而能够同时测量螺旋桨转动时产生的动态拉力和扭矩。由于第一传感器组件15和第二传感器12设置于动力源10与螺旋桨之间，降低了车载试验中动力源10等推进系统部件的振动和加速度对测量结果精度的影响，提高了测量精度。且该螺旋桨动态拉扭测量装置100成本较低，测量精度高，安装与维护方便，实用性强，使用效果好。不仅适用于车载试验，也可以运用于飞行试验，结构简单，成本较低，测量精度高，避免试验中驱动电机等推进系统部件振动和加减速对测量结果的影响。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，包括螺旋桨组件、传动轴、第一传感器组件、传动机构、第二传感器以及动力源；

所述传动轴穿设于所述第一传感器组件后与所述传动机构的第一端固定连接，所述动力源通过所述第二传感器与所述传动机构的第二端固定连接，所述螺旋桨组件固定设置于所述传动轴的远离所述传动机构的一端；

所述第一传感器组件用于检测螺旋桨运动状态的拉压力，所述第二传感器用于检测螺旋桨运动状态的扭矩，所述传动机构用于将所述第一传感器组件和所述第二传感器弹性连接且实现同轴旋转；

所述第一传感器组件包括旋转固定件、立式挡圈以及多个拉压力传感器；

所述立式挡圈位于所述旋转固定件的远离所述传动机构的一侧且能够固定设置于工作台；

所述拉压力传感器固定设置于所述立式挡圈和所述旋转固定件之间且与所述传动轴的中心轴线平行。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述旋转固定件包括轴承件和环形支撑件，所述环形支撑件通过所述轴承件可旋转的套设于所述传动轴；

所述拉压力传感器均匀环设于所述环形支撑件的周向，所述环形支撑件的周向设置有支撑梁，所述拉压力传感器位于所述支撑梁和所述立式挡圈之间。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述轴承件为双向推力角接触球轴承，所述拉压力传感器的数量为四个。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述传动机构包括第一联轴器和多个连接组件；

所述第一联轴器包括第一连轴体和第二连轴体，所述第一连轴体的连接端与所述传动轴固定连接，所述第二连轴体的连接端与所述第二传感器固定连接，所述第一连轴体和所述第二连轴体通过所述连接组件弹性连接。

5.根据权利要求4所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述连接组件包括花键轴、两个花键套、第一弹簧、第二弹簧以及锁紧组件；

所述第一连轴体和所述第二连轴体均开设有沿轴向贯通的连接孔，所述花键轴依次穿设于所述第一连轴体的连接孔和所述第二连轴体的连接孔，两个所述花键套均套设于所述花键轴且分别位于所述第一连轴体的连接孔和所述第二连轴体的连接孔内；

所述第一弹簧和所述第二弹簧均套设于所述花键轴，且所述第一弹簧位于所述第一连轴体和所述第二连轴体之间，所述第二弹簧位于所述第二连轴体的背离所述第一连轴体的一侧，所述锁紧组件固定设置于所述花键轴的端部。

6.根据权利要求5所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述花键套为滚珠花键套且包括挡肩和轴套，所述轴套位于所述连接孔内，所述挡肩位于所述第一联轴器的外侧。

7.根据权利要求5或6所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述连接组件的数量为四个；

所述第一连轴体上的连接孔为第一连接孔，所述第二连轴体上的连接孔为第二连接孔，所述第一连接孔和所述第二连接孔的数量相同且大于或者等于所述连接组件的数量，所述第一连接孔和所述第二连接孔环设于所述第一联轴器且位置一一对应。

8.根据权利要求1所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述螺旋桨动态拉扭测量装置还包括第二联轴器，所述第二传感器的一端与所述传动机构固定连接，所述第二传感器的另一端通过所述第二联轴器与所述动力源的输出轴固定连接。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的螺旋桨动态拉扭测量装置，其特征在于，所述螺旋桨组件包括螺旋桨本体、连接件以及挡圈；

所述螺旋桨本体位于所述连接件和所述挡圈之间且通过锁紧件固定，所述连接件背离所述螺旋桨本体的一侧与所述传动轴固定连接。

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