CN111609992A

CN111609992A - 强迫艏摇运动及测量装置

Info

Publication number: CN111609992A
Application number: CN201910140704.1A
Authority: CN
Inventors: 张佐天; 李元弟; 赵大刚; 林健峰; 林洪志; 钟祥海; 汪瑜玮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-09-01

Abstract

本发明的目的在于为水动力实验强迫艏摇运动及测量装置。包括闭环步进电机、机架、斜曲柄摇杆、向心轴承、可调曲柄座、调心滚子轴承、调心球轴承、角接触轴承、石墨直线轴承、输出轴、船模连接、测量装置。在做水翼或船模艏摇水动力实验时，通过电机转动带动斜曲柄摇杆绕电机中轴线转动，其所产生的运动形成一个圆锥面，通过映射原理向侧面投影就可以得到斜曲柄摇杆绕输出轴中心线左右摆动，经输出轴输出角速度正弦摆动。通过轴承降低机构旋转带来的摩擦，提高该装置的传递效率，该装置具有结构简单，安装简便，对过去装置进行了简化，能够完成较大载荷，并且具有高度自锁功能，确保了实验的安全准确。

Description

强迫艏摇运动及测量装置

技术领域

本发明涉及船模水池流体力学实验技术领域，具体涉及水翼或船模艏摇水动力试验角速度正弦摆动及测量装置。

背景技术

船舶在波浪中航行，在波浪的作用下，产生艏摇等非定常运动。剧烈的摇荡会降低航速，造成货损，损坏船体和机器，使旅客晕船，影响船员生活和工作等。因此，我们会进行船舶艏摇、升沉水动力试验；对于水翼或船模艏摇水动力试验，以往用到的测试核心机构是回转动力仪，该设备具有一定角度范围内角度连续可调的功能，角度调整的最大范围为90度，中间角度位置可任意确定，但是该装置的缺点是体积大操作复杂，实验时所需的空间比较大，在小摆角运动时背隙过大，无法调整摆动输出方向等。本发明在解决以上问题的同时，针对水面舰船水动力测量中驱动扭矩远大于协动趋势力时无配套二维扭矩传感器的问题，设计了二维扭矩拆分机构。

发明内容

本发明的目的在于为水动力试验提供一种运动准、频幅宽、高负载、刚性大的角速度正弦摆动的装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明水动力试验中强迫艏摇运动及测量装置，其特征是：包括闭环步进电机、机架、斜曲柄摇杆、向心轴承、可调曲柄座、调心滚子轴承、调心球轴承、角接触轴承、石墨直线轴承、输出轴、船模连接、测量装置。对于水翼或船模艏摇水动力试验，通过电机转动带动斜曲柄摇杆绕电机中轴线转动，其所产生的运动轨迹形成一个圆锥面，通过映射原理向侧面投影就可以得到斜曲柄摇杆绕输出轴中心线左右摆动，然后通过输出轴输出角速度正弦摆动。测量装置采用二维扭矩拆分机构，利用两个扭矩天平来测量两个大小相差很大的扭矩，一个是利用较大量程单分量扭矩天平测量艏摇转动的较大的扭矩；另一个是通过艏摇转动杆经联轴器连接扭矩天平，用来测量较小的扭矩，保证了测量数据的精度。解决了水面舰船水动力测量中驱动扭矩远大于协动趋势力时无配套二维扭矩传感器的问题。

本发明还包括：

1.船模连接装置，其特征是：包括艏摇转动铰支底板、艏摇天平连接盘和艏摇转动杆，通过艏摇天平连接盘与艏摇转动杆的连接,使输出轴的中心在船模的中纵剖面上。

2.各个轴承，其特征是：根据各个轴所受力和转矩的不同所选用合适轴承，保障了该装置既能达到实验目的，提高装置的传动效率，同时也保障了该装置的经济性及刚度需求。

3.可调曲柄座，其特征是：通过改变可调曲柄座距电机中心的位置，来调整装置摆动的角度大小。

本发明的优势在于：本发明结构简单，易于安装，能够产生精确的正弦摆动，该装置能够满足不同程度的摆动，通过改变可调曲柄座距电机中心的位置，来调整装置摆动的角度大小,增加了空间利用率，实验结果更加精确。

附图说明

图1为船模实验角速度正弦摆动机构

图2为斜曲柄摇杆中转副

图3为船模内的连接总布置图

图4为艏摇天平连接盘

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1和图2，船模水动力试验角速度正弦摆动装置由一个闭环步进电机(1)、斜曲柄摇杆(2)、输出轴(7)、机架(4)、向心轴承(10)、可调曲柄座(9)、调心滚子轴承(8)、调心球轴承(5)、角接触轴承(6)、石墨直线轴承(3)和斜曲柄摇杆中转副(图2)组成。当装置工作时，闭环步进电机做匀速转动，带动斜曲柄摇杆运动，斜曲柄摇杆一端连接可调曲柄座，另一端固定在与电机同轴心且有一定距离的石墨直线轴承处，当斜曲柄摇杆运动时，其转动轨迹是圆锥表面。通过映射原理依靠匀速转动斜曲柄摇杆投影，捕捉斜曲柄摇杆的投影向运动得到正弦摆动。即闭环步进电机的转动通过向心轴承带动输入轴，而向心轴承用以减少输入轴的摩擦，输入轴的转动带动可调曲柄座进行匀速圆周运动，由于斜曲柄摇杆与可调曲柄座连接，所以带动曲柄摇杆转动，而曲柄摇杆的另一端有石墨直线轴承，该轴承即有润滑也起到了固定作用，防止曲柄摇杆的滑移，然后通过斜曲柄摇杆中转副经输出轴形成连续可调的正弦角速度摆动，输出轴安装的轴承用以支撑、减少摩擦和提高传递效率，根据各轴段不同处的受力和扭转情况，选用不同的轴承。最后通过改变可调曲柄座距电机中心的位置，来调整装置摆动的角度大小。

结合图3，船模内连接和测试装置总布置图，包括：船内连接板(1)、艏摇转动铰支底板(8)、艏摇转动杆(6)、固定支架(2)和圆柱型扭转天平(3)、联轴器(4)和带座滚动轴承(5和7)，在做船模水动力实验时，除了主要产生艏摇运动还会产生横摇趋势，通过艏摇天平连接盘带动艏摇转动杆转动，经滚动轴承传动到联轴器，联轴器再带动圆柱型扭矩天平转动，由于圆柱型扭转天平的另一端是经固定支架固定的，所以艏摇转动杆只有扭转趋势，没有实际转动，然后经圆柱型扭转天平测量出横摇趋势力。

在进行船模艏摇水动力实验时，对仪器进行安装，在角速度正弦摆动装置与船模艏部连接时，需要用减速器，因为闭环步进电机的转速较高而所能承受的转矩较低，容易对装置造成破坏，经过减速器就会输出低速，而且能够承受较大转矩满足试验要求的运动，然后在减速器的下方安装一个单分量的扭矩天平，用艏摇天平连接盘(图4)连接艏摇转动杆(图3)，由于天平连接盘和艏摇转动杆的特殊结构，使输出装置的中心在船模的中纵剖面上，进而减少实验误差，利用该装置产生正弦的角速度迫使船模做艏摇摆动的运动。由于船模艏摇时所受的扭转力和船模横摇趋势力相差很大，如果同时利用一个扭转天平会导致测量的不精确，故选用单分量扭转天平和圆柱型扭转天平的二维扭矩拆分机构，根据单分量扭转天平测量船模艏摇时所受的较大转矩，通过圆柱型扭转天平测量船模较小横摇趋势力，从而保证了测量数据的精确可靠。

Claims

1.基于水动力试验强迫艏摇运动及测量装置，包括闭环步进电机、机架、斜曲柄摇杆、向心轴承、可调曲柄座、调心滚子轴承、调心球轴承、角接触轴承、石墨直线轴承、输出轴、船模连接、测量装置。其特征是：通过电机转动带动斜曲柄摇杆绕电机中轴线转动，其所产生的运动形成一个圆锥面，通过映射原理向侧面投影就可以得到斜曲柄摇杆绕输出轴中心线左右摆动，经输出轴输出角速度正弦摆动。测量装置采用二维扭矩拆分机构，利用两个扭矩天平来测量两个大小相差很大的扭矩，一个是利用较大量程单分量扭矩天平测量艏摇转动较大的扭矩；另一个是通过艏摇转动杆经联轴器连接扭矩天平，用来测量较小的扭矩，保证了测量数据的精度。

2.根据权利要求1所述的船模连接装置，其特征是：包括艏摇转动铰支底板、艏摇天平连接盘和艏摇转动杆，通过艏摇天平连接盘与艏摇转动杆的连接，使输出轴的中心在船模的中纵剖面上。

3.根据权利要求1所述的各个轴承，其特征是：通过各个轴所受力和转矩不同所选用不同轴承，保障了该装置既能达到实验目的，提高装置的传动效率，同时也保障了该装置的经济性及刚度需求。

4.根据权利要求1所述的可调曲柄座，其特征是：通过改变可调曲柄座距电机中心的位置，来调整装置摆动的角度大小。