CN110586348A - 一种适用于高动态离心试验的转臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高动态离心试验的转臂，包括中心套、臂架、U型框、两个侧耳、配重。本发明中转臂采用单向不对称结构，通过快速改变转臂转速实现试验件高动态离心过载试验模拟；转臂采用“盒式全封闭”整体焊接结构，提高结构强度与刚度，满足试验件稳态过载与过载增长率的结构性能需求，同时减轻转臂自重，减少转动惯量，降低系统能耗；转臂采用变截面等强度设计思想，与等截面变强度结构类转臂相比，梭形结构转臂降低了转臂尺寸与重量，缩小了转臂转动惯量，减小能耗，实现快加速需求；转臂竖向布置，与水平布置类转臂相比，可实现竖直方向上任意负载角度旋转并固定，满足试件在偏航方向上任意方位动态过载试验。

Description

一种适用于高动态离心试验的转臂

技术领域

本发明属于高动态离心试验技术领域，具体涉及一种适用于高动态离心试验的转臂。

背景技术

高动态离心试验是通过离心机在旋转过程中转速快速变化来实现的。高动态离心机转臂是系统的最大负载，直接决定系统的规模并影响系统快速变化的实现。

目前公开的离心机主要实现稳态加速度模拟，难以实现试验件大速度变化率的模拟，即难以实现大的“加加”速度，转臂实现功能主要为稳态加速度模拟；并且转臂多采用等截面变强度“U”形结构；布局多为水平布置。

上述公开的转臂多应用在稳态加速度模拟试验用离心机，利用转臂旋转产生的向心加速度模拟单一加速度过载环境，忽略切向加速度的影响，应用环境不能模拟加速度变化率的影响；上述公开的等截面转臂由于质量大、转动惯量大，难以实现高动态离心机快加速需求；上述公开的水平布置转臂，难以实现试件在偏航角度360°旋转。

为了解决以上问题我方研发出了一种适用于高动态离心试验的转臂。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种适用于高动态离心试验的转臂。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种适用于高动态离心试验的转臂，包括：

中心套；中心套位于转臂的旋转中心处，且固定套装在离心机旋转主轴上；转臂的旋转中心两侧为非对称结构；

臂架；臂架的一端与中心套的一端连接；

U型框；U型框横向布设，U型框的底端与臂架的另一端连接；

两个侧耳；U型框的两个顶端分别连接两个侧耳；试件设置在两个侧耳之间，并可做偏航试验；

配重；配重与中心套的另一端连接，转臂的质心处于旋转中心处。

具体地，中心套包括：

两个盖板；

四个箱体板；四个箱体板安装在四个侧面，两个盖板安装在两个底面构成框架结构；

隔板；隔板横向设置在两个盖板之间；

多个连接筋；多个连接筋均匀地布设于箱体板与轴环外壁之间；

在中心处设置的轴环；轴环内设置有竖向的轴孔；

加强套；加强套安装在轴环内壁，加强套固定套装在离心机旋转主轴上。

具体地，臂架包括：

第一上板；

第一底板；第一上板和第一底板均为由中心套端至U型框端，由宽变窄；

两个第一侧板；第一上板、第一底板、两个第一侧板围成两端无底的框架结构；框架结构的大开口端与中心套连接，框架结构的小开口端与U型框连接，

多个横筋；多个横筋设置在框架结构之间，且横筋还与框架结构内壁连接；

第一纵筋；第一纵筋设置在第一上板和第一底板之间，第一纵筋还与多个横筋相交连接；

第一筋板；第一筋板横向安装在第一侧板的内壁，第一筋板与横筋相交连接。

具体地，U型框包括：

外圈板；外圈板包括形成为U型的内板和外板；

两个第二侧板；两个第二侧板均形成为U型；外圈板与两个第二侧板连接形成框架结构；

第二纵筋；第二纵筋形成为U型，第二纵筋置于两个第二侧板之间；

多个第二筋板；多个第二筋板均匀布设于框架结构之间，且第二筋板还与框架结构内壁连接。

具体地，侧耳包括：

第二上板；

第三侧板；

第二底板；第二上板、第三侧板、第二底板连接形成框架结构；

形成为阶梯轴结构的轴孔座；轴孔座安装在框架结构内部，轴孔座上设置有安装孔位用于与试件连接；

多个侧筋；多个侧筋布设在框架结构内，侧筋分别与第二上板、第三侧板和第二底板连接；

多个底筋；多个底筋布设在框架结构内，底筋分别与轴孔座、第三侧板和第二底板连接；

多个第三筋板；多个第三筋板均匀安装在轴孔座上。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种适用于高动态离心试验的转臂；

1、转臂采用单向不对称结构，通过快速改变转臂转速实现试验件高动态离心过载试验模拟。

2、转臂采用“盒式全封闭”整体焊接结构，提高结构强度与刚度，转臂的频率达到了20Hz以上，满足试验件稳态过载与过载增长率的结构性能需求，同时减轻转臂自重，减少转动惯量，降低系统能耗。

3、转臂采用变截面等强度设计思想，与等截面变强度结构类转臂相比，梭形结构转臂降低了转臂尺寸与重量，缩小了转臂转动惯量，减小能耗，实现快加速需求。

4、转臂竖向布置，与水平布置类转臂相比，可实现竖直方向上任意负载角度旋转并固定，满足试件在偏航方向上任意方位动态过载试验。

5、转臂与主轴连接处增加加强套，该加强套材质性能高于转臂材质，与胀套直接连接传递扭矩，改善轴孔处受力条件，提高转臂与主轴的连接强度与刚度。

6、转臂一端设计配重，通过调节配重将转臂质心处于旋转中心附近，降低振动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明中侧耳的结构示意图；

图5为本发明中U型框的结构示意图；

图6为本发明中臂架的结构示意图；

图7为本发明中中心套的结构示意图。

图中：1-侧耳；11-第二上板；12-第三侧板；13-第二底板；14-侧筋；15-轴孔座；16-底筋；17-第三筋板；2-U型框；21-第二纵筋；22-外圈板；23-第二侧板；24-第二筋板；3-臂架；31-第一上板；32-第一侧板；33-横筋；34-第一纵筋；35-第一筋板；36-第一底板；4-中心套；41-盖板；42-箱体板；43-连接筋；44-轴环；45-加强套；46-隔板；5-配重。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-3所示；

一种适用于高动态离心试验的转臂，包括：

中心套4；中心套4位于转臂的旋转中心处，且固定套装在离心机旋转主轴上；转臂的旋转中心两侧为非对称结构；

臂架3；臂架3的一端与中心套4的一端连接；

U型框2；U型框2横向布设，U型框2的底端与臂架3的另一端连接；

两个侧耳1；U型框2的两个顶端分别连接两个侧耳1；试件设置在两个侧耳1之间，并可做偏航试验；

配重5；配重5与中心套4的另一端连接，转臂的质心处于旋转中心处。配重5用于平衡负载重量，使转臂质心位于旋转中心轴，降低由于静不平衡带来的振动。

如图1-3所示，转臂采用单臂不对称结构，降低转动惯量，减小能耗；转臂半径r由试验件尺寸与加速度载荷梯度确定：0.5H/r≤10％(H为试验件尺寸)，控制试验件所受加速度载荷梯度在10％以内；俯视视角中转臂采用变截面等强度设计思想的“梭形”结构，转臂宽度从旋转中心向侧耳1端逐渐变窄，逐渐减小转臂端部质量，降低转动惯量；正视图中所述转臂负载安装叉口竖向布置，传动转臂中该结构通常采用水平布置方式；负载可在竖直方向上360°旋转固定，实现试验件在任意偏航方位上过载考核。

如图7所示，中心套4包括：

两个盖板41；

四个箱体板42；四个箱体板42安装在四个侧面，两个盖板41安装在两个底面构成框架结构；

隔板46；隔板46横向设置在两个盖板41之间；

多个连接筋43；多个连接筋43均匀地布设于箱体板42与轴环44外壁之间；

在中心处设置的轴环44；轴环44内设置有竖向的轴孔；

加强套45；加强套45安装在轴环44内壁，加强套45固定套装在离心机旋转主轴上。加强套45由高性能材质制成，以提高轴孔处强度，加强转臂与主轴连接强度与刚度。

在一些实施例中，加强套45通过胀套与离心机旋转主轴连接；

在一些实施例中，中心套4采用对称结构；

在一些实施例中，连接筋43为8个，且分别连接箱体板42的中部及两个箱体板42的连接处；

在一些实施例中，盖板41、箱体板42上预留有线缆及管路通过的开孔；

如图6所示，臂架3包括：

第一上板31；

第一底板36；第一上板31和第一底板36均为由中心套4端至U型框2端，由宽变窄；

两个第一侧板32；第一上板31、第一底板36、两个第一侧板32围成两端无底的框架结构；框架结构的大开口端与中心套4连接，框架结构的小开口端与U型框2连接，

多个横筋33；多个横筋33设置在框架结构之间，且横筋33还与框架结构内壁连接；

第一纵筋34；第一纵筋34设置在第一上板31和第一底板36之间，第一纵筋34还与多个横筋33相交连接；

第一筋板35；第一筋板35横向安装在第一侧板32的内壁，第一筋板35与横筋33相交连接。

横筋33、第一纵筋34和第一筋板35组成加强结构，提高臂架3强度与刚度。横筋33上开有方形孔，用于线缆及管路布置。

在一些实施例中，横筋33为3个，第一筋板35为两个；

如图5所示，U型框2包括：

外圈板22；外圈板22包括形成为U型的内板和外板；

两个第二侧板23；两个第二侧板23均形成为U型；外圈板22与两个第二侧板23连接形成框架结构；

第二纵筋21；第二纵筋21形成为U型，第二纵筋21置于两个第二侧板23之间；

多个第二筋板24；多个第二筋板24均匀布设于框架结构之间，且第二筋板24还与框架结构内壁连接。

U型框2用于增大转臂端部尺寸，使试件具有足够的安装空间，同时缩小转臂截面尺寸，降低转臂转动惯量。

在一些实施例中，U型框2采用对称结构，并以臂架3的水平中心横线对称；

框架结构内焊接第二纵筋21与多块第二筋板24组成封闭箱盒式结构，改善结构受力。

在一些实施例中，内板和外板均形成为三段折叠的板状结构；

如图4所示，侧耳1包括：

第二上板11；

第三侧板12；

第二底板13；第二上板11、第三侧板12、第二底板13连接形成框架结构；

形成为阶梯轴结构的轴孔座15；轴孔座15安装在框架结构内部，轴孔座15上设置有安装孔位用于与试件连接；

多个侧筋14；多个侧筋14布设在框架结构内，侧筋14分别与第二上板11、第三侧板12和第二底板13连接；多个侧筋14置于靠近U型框2的位置；

多个底筋16；多个底筋16布设在框架结构内，底筋16分别与轴孔座15、第三侧板12和第二底板13连接；多个侧筋14、多个底筋16的设置进一步的构成了封闭加强结构，进一步增强侧耳1的整体结构强度与刚度；多个底筋16置于远离U型框2的位置；

多个第三筋板17；多个第三筋板17均匀安装在轴孔座15上。第三筋板17加强轴孔座15的强度与刚度，并设有安装孔位与试件工装连接。

上、下两件侧耳1均为试件提供安装接口。

在一些实施例中，各部件之间的连接方式采用焊接。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (5)

1.一种适用于高动态离心试验的转臂，其特征在于，包括：

中心套；中心套位于转臂的旋转中心处，且固定套装在离心机旋转主轴上；转臂的旋转中心两侧为非对称结构；

臂架；臂架的一端与中心套的一端连接；

U型框；U型框横向布设，U型框的底端与臂架的另一端连接；

两个侧耳；U型框的两个顶端分别连接两个侧耳；试件设置在两个侧耳之间，并可做偏航试验；

配重；配重与中心套的另一端连接，转臂的质心处于旋转中心处。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高动态离心试验的转臂，其特征在于，中心套包括：

两个盖板；

四个箱体板；四个箱体板安装在四个侧面，两个盖板安装在两个底面构成框架结构；

隔板；隔板横向设置在两个盖板之间；

多个连接筋；多个连接筋均匀地布设于箱体板与轴环外壁之间；

在中心处设置的轴环；轴环内设置有竖向的轴孔；

加强套；加强套安装在轴环内壁，加强套固定套装在离心机旋转主轴上。

3.根据权利要求1所述的一种适用于高动态离心试验的转臂，其特征在于，臂架包括：

第一上板；

第一底板；第一上板和第一底板均为由中心套端至U型框端，由宽变窄；

两个第一侧板；第一上板、第一底板、两个第一侧板围成两端无底的框架结构；框架结构的大开口端与中心套连接，框架结构的小开口端与U型框连接，

多个横筋；多个横筋设置在框架结构之间，且横筋还与框架结构内壁连接；

第一纵筋；第一纵筋设置在第一上板和第一底板之间，第一纵筋还与多个横筋相交连接；

第一筋板；第一筋板横向安装在第一侧板的内壁，第一筋板与横筋相交连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高动态离心试验的转臂，其特征在于，U型框包括：

外圈板；外圈板包括形成为U型的内板和外板；

两个第二侧板；两个第二侧板均形成为U型；外圈板与两个第二侧板连接形成框架结构；

第二纵筋；第二纵筋形成为U型，第二纵筋置于两个第二侧板之间；

多个第二筋板；多个第二筋板均匀布设于框架结构之间，且第二筋板还与框架结构内壁连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于高动态离心试验的转臂，其特征在于，侧耳包括：

第二上板；

第三侧板；

第二底板；第二上板、第三侧板、第二底板连接形成框架结构；

形成为阶梯轴结构的轴孔座；轴孔座安装在框架结构内部，轴孔座上设置有安装孔位用于与试件连接；

多个侧筋；多个侧筋布设在框架结构内，侧筋分别与第二上板、第三侧板和第二底板连接；

多个底筋；多个底筋布设在框架结构内，底筋分别与轴孔座、第三侧板和第二底板连接；

多个第三筋板；多个第三筋板均匀安装在轴孔座上。