CN109186979B - 一种斜交传动型吊舱试验装置 - Google Patents

Abstract

一种斜交传动型吊舱试验装置，包括电机，所述电机的输出端安装电机输出轴，所述电机输出轴的头部通过联轴器安装有竖直轴，所述竖直轴的顶部安装有扭矩传感器，所述竖直轴的外部空套有支杆，所述支杆的外部通过轴承安装有单元力测力天平组件，所述支杆和竖直轴同时竖直穿过整个单元力测力天平组件，并在其底部安装“>”型舱体组件，所述“>”型舱体组件的输出端安装桨毂。通过使用斜交锥齿轮而不是常规正交锥齿轮，可以以最小的空间布置尺寸，实现对创新型吊舱推进器最佳的试验模拟；同时，直流电机直接驱动轴系旋转，减少了中间传动环节传动效率、精度的影响并消除了冲击振动，提高了试验测试精度。

Description

一种斜交传动型吊舱试验装置

技术领域

本发明涉及试验装置技术领域，尤其是一种斜交传动型吊舱试验装置。

背景技术

对于常规吊舱，国内外通常采用“┴”形吊舱动力仪进行试验模拟与测量：安装在船模上的电机通过锥齿轮驱动吊舱动力仪，将功率传递给桨轴，由桨轴上的传感器对螺旋桨的推力和扭矩进行测量。而对于像“>”形紧凑式吊舱这类创新型吊舱，常规吊舱动力仪由于其直角锥齿轮传动外形局限，很难对该类吊舱进行模拟。此外，电机驱动锥齿轮产生的冲击振动也会严重干扰力学参量的测量。最直接有效的解决方法是去除直角传动机构，改为壳内电机直接驱动螺旋桨。但满足尺度相似的电机往往难以满足试验工况需要的功率，截至目前，将电机内置直接传输功率取代电机外置的方法还未见应用。如果设计开发一套新的吊舱试验装置解决上述问题，则能有力促进创新型吊舱推进器的水动力学性能研究，推动吊舱推进技术持续发展，服务海洋事业。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种斜交传动型吊舱试验装置，从而实现了对创新型吊舱推进器最佳的试验模拟特别是推进器带转角工况的试验模拟，既实现了对吊舱模型螺旋桨端推力扭矩直接测量，又实现了对推进器整体的单元力以及电机输出扭矩的测量。

此外，直流电机直接驱动轴系旋转，减少了中间传动环节传动效率、精度的影响并消除了冲击振动，提高了试验测试精度。本装置有效解决了类似“>”形紧凑式吊舱的一类创新型吊舱的试验模型难以模拟以及吊舱模型单元力不能精确测量等问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种斜交传动型吊舱试验装置，包括电机，所述电机的输出端安装电机输出轴，所述电机输出轴的头部通过联轴器安装有竖直轴，所述竖直轴的顶部安装有扭矩传感器，所述竖直轴的外部空套有支杆，所述支杆的外部通过轴承安装有单元力测力天平组件，所述支杆和竖直轴同时竖直穿过整个单元力测力天平组件，并在其底部安装“>”型舱体组件，所述“>”型舱体组件的输出端安装桨毂。

其进一步技术方案在于：

所述“>”型舱体组件的结构为：所述竖直轴的底部安装有与其垂直的底板，所述竖直轴穿过底板并在其底部安装第一斜齿轮，与第一斜齿轮啮合安装有第二斜齿轮，所述第二斜齿轮中部安装倾斜轴，所述倾斜轴上套置有轴套，所述倾斜轴的底部安装第三斜齿轮，与第三斜齿轮啮合安装有第四斜齿轮，所述第四斜齿轮中部安装测力水平轴，所述测力水平轴中部通过轴承装置安装外套筒，所述测力水平轴的头部通过密封圈安装桨毂，所述测力水平轴的尾部还安装有滑环，所述倾斜轴与测力水平轴连接后形成“>”结构，并在其外部整体套置有壳体。

倾斜轴与测力水平轴之间的夹角为30°-60°。

倾斜轴与测力水平轴之间的夹角为45°。

滑环上设置有多个引线头，所述引线头通过引线连接传感器。

所述单元力测力天平组件的结构为：包括位于下方的固定板，所述固定板的上方与其间隔并平行安装有浮动板，所述浮动板和固定板的中部同时穿过竖直轴和支杆，所述支杆通过轴承支撑安装在浮动板上，所述浮动板与固定板之间间隔安装有多个“S”形弹性元件，所述浮动板的底面和固定板的上表面均安装有固定块，位于浮动板与固定板之间的支杆外圈通过滑套还安装有环形弹性元件，所述环形弹性元件的外圈通过拉杆与固定块连接。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过使用斜交锥齿轮而不是常规正交锥齿轮，可以以最小的空间布置尺寸，实现对创新型吊舱推进器最佳的试验模拟；同时，直流电机直接驱动轴系旋转，减少了中间传动环节传动效率、精度的影响并消除了冲击振动，提高了试验测试精度。上端布置的单元力天平和转角机构实现了推进器整体单元力的测量和带转角工况的试验模拟。

本发明特别适用于类似“>”形紧凑式吊舱的一类创新型吊舱的试验模拟和测试，可以针对不同形状、大小的吊舱推进器模型设计，改变舱体的形状尺寸、测力传感器量程以及电机功率等，实现不同规格的船舶新型吊舱推进器的试验模拟和测量。

本发明的斜交传动型吊舱试验装置，可用于吊舱推进器的水动力学模型试验状态模拟和试验参量精确测量，适用于类似“>”形紧凑式吊舱的一类创新型吊舱，具有适用性强、使用方便等优点。

本发明适用于装备有类似“>”形紧凑式吊舱的一类创新型吊舱的船舶的水动力学模型试验(快速性、操纵性和安全返港等模型试验)状态模拟和水动力学试验参量测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视图(省略“>”型舱体组件)。

图3为本发明“>”型舱体组件的结构示意图。

图4为本发明单元力测力天平组件的结构示意图。

其中：1、电机；2、电机输出轴；3、联轴器；4、扭矩传感器；5、支杆；6、竖直轴；7、“>”型舱体组件；8、桨毂；9、单元力测力天平组件；10、底板；

701、第一斜齿轮；702、第二斜齿轮；703、倾斜轴；704、轴套；705、第三斜齿轮；706、第四斜齿轮；707、滑环；708、测力水平轴；709、壳体；710、轴承装置；711、密封圈；

901、浮动板；902、“S”形弹性元件；903、环形弹性元件；904、固定板；905、拉杆；906、固定块。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的斜交传动型吊舱试验装置，包括电机1，电机1的输出端安装电机输出轴2，电机输出轴2的头部通过联轴器3安装有竖直轴6，竖直轴6的顶部安装有扭矩传感器4，竖直轴6的的外部空套有支杆5，支杆5的外部通过轴承安装有单元力测力天平组件9，支杆5和竖直轴6同时竖直穿过整个单元力测力天平组件9，并在其底部安装“>”型舱体组件7，“>”型舱体组件7的输出端安装桨毂8。

“>”型舱体组件7的结构为：竖直轴6的底部安装有与其垂直的底板10，竖直轴6穿过底板10并在其底部安装第一斜齿轮701，与第一斜齿轮701啮合安装有第二斜齿轮702，第二斜齿轮702中部安装倾斜轴703，倾斜轴703上套置有轴套704，倾斜轴703的底部安装第三斜齿轮705，与第三斜齿轮705啮合安装有第四斜齿轮706，第四斜齿轮706中部安装测力水平轴708，测力水平轴708中部通过轴承装置710安装外套筒，测力水平轴708的头部通过密封圈711安装桨毂8，测力水平轴708的尾部还安装有滑环707，倾斜轴703与测力水平轴708连接后形成“>”结构，并在其外部整体套置有壳体709。

倾斜轴703与测力水平轴708之间的夹角为30°-60°。

倾斜轴703与测力水平轴708之间的夹角为45°。

滑环707上设置有多个引线头，引线头通过引线连接传感器。

单元力测力天平组件9的结构为：包括位于下方的固定板904，固定板904的上方与其间隔并平行安装有浮动板901，浮动板901和固定板904的中部同时穿过竖直轴6和支杆5，支杆5通过轴承支撑安装在浮动板901上，浮动板901与固定板904之间间隔安装有多个“S”形弹性元件902，浮动板901的底面和固定板904的上表面均安装有固定块906，位于浮动板901与固定板904之间的支杆5外圈通过滑套还安装有环形弹性元件903，环形弹性元件903的外圈通过拉杆905与固定块906连接。

本发明所述的“>”型舱体组件7布置有两组(每组一对)轴交角45°的斜交锥齿轮，实现斜交传动。

本发明在舱体水平段安装有测力轴，将驱动功率传递给螺旋桨的同时，对桨推力和扭矩进行测量；测力轴末端布置滑环707，用于测力轴上天平的电源和信号输入输出；舱体外部安装与要试验的实尺度吊舱几何相似的“>”形壳体709，实现对试验模型的有效模拟。

竖直的支杆5上端通过回转套筒支承安装在单元力天平上部浮动板901上，同时支杆5上端连接法兰安装蜗轮，与浮动板901上的蜗杆(及驱动电机)组成转角机构。支杆5内传动轴经斜交传动转换驱动螺旋桨转动，支杆5本体既可锁死固定于浮动板901，也可通过转角机构电机驱动实现绕回转轴线360°旋转，适用于船模操纵性和安全返港等水动力学试验模拟.

单元力测力天平组件9为六分力天平，可对沿X、Y、Z轴的力及绕X、Y、Z轴的转矩进行测量。天平由下部固定板904、中间五个“S”形弹性元件902(及拉杆905)和一个环形弹性元件903以及上部浮动板901等连接组合而成。单元力天平对吊舱单元的单元力进行测量。

直流电机经扭矩传感器直接驱动支杆内轴旋转，去掉了锥齿轮传动中间环节，大大降低了原动机冲击振动对力学参量测量的影响，安装的扭矩传感器4可测量驱动力矩，便于数据比对和分析。

本发明具有类似“>”形结构形式，主要由“>”形舱体、测量和传动机构等组成。

“>”形舱体测力装置的作用是对创新型吊舱模型进行几何相似模拟，并对作用在螺旋桨上的推力和扭矩进行测量。

实际工作过程中：

斜交传动型吊舱试验装置可广泛应用于此类吊舱的水动力模型试验研究，获得各类试验参数，分析求解无因次系数及传递效率，为评估测试对象性能，指导目标优化设计提供技术支撑。

试验测量参数见下表：

试验数据分析见下表：

其中：V-速度，D-螺旋桨直径。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.一种斜交传动型吊舱试验装置，其特征在于：包括电机(1)，所述电机(1)的输出端安装电机输出轴(2)，所述电机输出轴(2)的头部通过联轴器(3)安装有竖直轴(6)，所述竖直轴(6)的顶部安装有扭矩传感器(4)，所述竖直轴(6)的外部空套有支杆(5)，所述支杆(5)的外部通过轴承安装有单元力测力天平组件(9)，所述支杆(5)和竖直轴(6)同时竖直穿过整个单元力测力天平组件(9)，并在其底部安装“>”型舱体组件(7)，所述“>”型舱体组件(7)的输出端安装桨毂(8)；所述“>”型舱体组件(7)的结构为：所述竖直轴(6)的底部安装有与其垂直的底板(10)，所述竖直轴(6)穿过底板(10)并在其底部安装第一斜齿轮(701)，与第一斜齿轮(701)啮合安装有第二斜齿轮(702)，所述第二斜齿轮(702)中部安装倾斜轴(703)，所述倾斜轴(703)上套置有轴套(704)，所述倾斜轴(703)的底部安装第三斜齿轮(705)，与第三斜齿轮(705)啮合安装有第四斜齿轮(706)，所述第四斜齿轮(706)中部安装测力水平轴(708)，所述测力水平轴(708)中部通过轴承装置(710)安装外套筒，所述测力水平轴(708)的头部通过密封圈(711)安装桨毂(8)，所述测力水平轴(708)的尾部还安装有滑环(707)，所述倾斜轴(703)与测力水平轴(708)连接后形成“>”结构，并在其外部整体套置有壳体(709)。

2.如权利要求1所述的一种斜交传动型吊舱试验装置，其特征在于：倾斜轴(703)与测力水平轴(708)之间的夹角为30°-60°。

3.如权利要求1所述的一种斜交传动型吊舱试验装置，其特征在于：倾斜轴(703)与测力水平轴(708)之间的夹角为45°。

4.如权利要求1所述的一种斜交传动型吊舱试验装置，其特征在于：滑环(707)上设置有多个引线头，所述引线头通过引线连接传感器。

5.如权利要求1所述的一种斜交传动型吊舱试验装置，其特征在于：所述单元力测力天平组件(9)的结构为：包括位于下方的固定板(904)，所述固定板(904)的上方与其间隔并平行安装有浮动板(901)，所述浮动板(901)和固定板(904)的中部同时穿过竖直轴(6)和支杆(5)，所述支杆(5)通过轴承支撑安装在浮动板(901)上，所述浮动板(901)与固定板(904)之间间隔安装有多个“S”形弹性元件(902)，所述浮动板(901)的底面和固定板(904)的上表面均安装有固定块(906)，位于浮动板(901)与固定板(904)之间的支杆(5)外圈通过滑套还安装有环形弹性元件(903)，所述环形弹性元件(903)的外圈通过拉杆(905)与固定块(906)连接。

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