CN112595484B - 一种自行车风洞实验台装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自行车风洞实验台装置，双层实验台装置分为上下两层，下层结构装有控制电机，而控制电机通过连接装置将其旋转运动转换为摆动架的上下运动，并通过上层结构的运动传递作用实现最上层台面上下摆动。自行车固定装置在固定架和车轮之间安装有轴承，风速测量装置在水平方向导轨和垂直方向导轨内置丝杠、外置旋钮。本发明不仅可实现自行车上下坡或各侧面承受风力的模拟，而且还能保持自行车车轮的旋转运动，以达到更好模拟自行车在行进过程的真实状态。此外，该装置可用于各种类型的自行车风洞实验研究，也可用于自行车某一部分与空气阻力的关系研究。

Description

一种自行车风洞实验台装置
技术领域
本发明涉及一种自行车风洞实验台装置，尤其是涉及一种可升降旋转式风洞实验台，属于自行车测试实验技术领域。
背景技术
自行车是我们生活中最常见的代步工具，特别是随着共享单车的普及，自行车更是频繁的出现在大众的视野中，但对于自行车来说，自行车在行驶过程中所受到的空气阻力往往制约着骑行者的行进速度和省力程度。近年以来，如何获得自行车结构与空气阻力的关系，设计出低风阻自行车引起了广泛的关注。而风洞实验因其具有准确控制实验条件，实验结果精确度较高的优点，被广泛应用于研究实际物体或物体模型与气体流动之间的相互作用，了解物体的空气动力学特性。
发明内容
为了解决风洞实验的大风扇不能移动及转动以适应自行车上下坡或各侧面承受风力的实际情况，并研究自行车各部件及各种形态组合与空气阻力的关系，为设计者设计低风阻自行车提供参考，本发明提出了一种自行车风洞实验台装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种自行车风洞实验台装置，包括双层实验台装置、自行车固定装置和风速测量装置。
双层实验台装置分为上下两层，下层结构装有控制电机，而控制电机通过连接装置将其旋转运动转换为摆动架的上下运动，并通过上层结构的运动传递作用实现最上层台面上下摆动，从而精确调整自行车位姿实现模拟自行车上下坡时的行进状态，上层结构可通过上层控制电机实现最上层台面绕中心旋转，实现对自行车实际生活中各面受风的真实状况模拟，两层结构实现功能不同且互不干扰。
自行车固定装置在固定架和车轮之间安装有轴承，轴承直接与两轮胎中心轴连接，且车轮底部与工作台面有一定距离，该支持装置除了支撑自行车不倒之外还保证了两个车轮良好的绕中心旋转自由度，突破了车轮只能在静止状态下进行风洞实验的限制，能更好模拟自行车在行进过程的真实状态。
风速测量装置在水平方向导轨和垂直方向导轨内置丝杠、外置旋钮，可直接扭转两个方向的旋钮实现自行车所有部件的全方位测量，该装置采用的激光测速仪无人为误差，测量结果准确。当操作者通过外部设备控制风洞的调节电机得到设定的风速，排除其他非必要干扰因素（温度、时间等）用以模拟各种风速下自行车所受风阻情况时，风速测量装置的传感器与电脑终端相连，操作者可直接从显示器上得到与风速相对应的各种数据。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果 ：
本发明所述的自行车风洞实验台装置，结构简单，操作方便且实用性强。不仅可实现自行车上下坡或各侧面承受风力的模拟，而且还能保持自行车车轮的旋转运动，以达到更好模拟自行车在行进过程的真实状态。此外，该装置可用于各种类型的自行车风洞实验研究，也可用于自行车某一部分与空气阻力的关系研究。
附图说明
图1 自行车风洞实验台整体结构图。
图2 双层实验台装置图。
图3 自行车固定装置图。
图4 风速测量装置图。
图5为摆动架动力系统图。
图中标注为：1实验台面，2回转减速器，3回转伺服电机，4稳定架，5摆臂，6摆动架，7摆动架动力系统，8摆动架托板，10自行车，11车架轴承，12车轮架，13垂直导轨，14水平导轨，15传感器支架，16激光测速仪，17测速仪支架。
具体实施方式
参照附图，双层实验台装置主要包括三层实验台面1、一个回转减速器2、一个回转伺服电机3、三个稳定架4、两个摆臂5、两个摆动架6、一个摆动架动力系统7、两个摆动架托板8和一个防尘罩。自行车固定装置主要包括四个车架轴承11，四个车轮架12。风速测量装置主要包括一个垂直导轨13、一个水平导轨14、两个传感器支架15、一个激光测速仪16和一个测速仪支架17。
三层实验台面1平行布置，第一层实验台面1上通过自行车固定装置安装固定自行车10；第二层实验台面1和第三层实验台面1布置在第一层实验台面1的下面，第二层实验台面1用以支撑第一层实验台面1以及放置回转伺服电机3。
第三层实验台面1用于实现自行车10的上下摆动及转动调节。
第一层实验台面1与第二层实验台面1之间通过三个沿周向分布的稳定架4；稳定架4与第一层实验台面1之间为滑动摩擦连接，第一层实验台面1的底部设有黄铜垫，减小稳定架4与第一层实验台面1之间的摩擦。
第二层实验台面1和第三层实验台面1之间通过两个摆臂5以及两个摆动架托板8连接，两个摆臂5布置在第三层实验台面1一侧，两个摆动架托板8布置在第三层实验台面1的另一侧，两个摆臂5和两个摆动架托板8对称布置。摆动架6安装在摆动架托板8上。
第三层实验台面1上安装有控制电机和摆动架动力系统7，摆动架动力系统7采用联轴器和键的方式连接控制电机和摆动架6，摆动架动力系统7包括左右两个横向轴和左右两个竖向轴。横向轴上的锥齿轮与控制电机主轴的锥齿轮啮合，将控制电机转动转化为与其垂直方向的两个横向轴的同步转动，横向轴两端各设一个联轴器，联轴器与摆动架轴用花键连接，摆动架轴另一端的锥齿轮与摆动架内部的竖向轴锥齿轮啮合，将横向轴转动传递给竖向轴，竖向轴另一端的丝杠带动摆动架6上下同步移动；控制电机提供动力使两个摆动架6上下同步移动；两个摆臂5采用铰链连接结构与第二层实验台面1的底部连接对第二层实验台面1起支撑作用。
第二层实验台面1安装的回转减速器2对回转伺服电机3起减速作用，且回转减速器2与最上层实验台面1固定连接，从而带动第一层实验台面1旋转。三个稳定架4均匀分布在整个圆周方向上，除了对上层结构有支撑作用外，还能把下层结构产生的摆动传递给最上层台面。
同时还在三层实验台面1外设有防尘罩，不仅可以有效保护机器设备不受大风力环境的损坏，还能避免粉尘、水雾等进入机器中，降低其使用时间。
第一层实验台面1上设有两个车轮架12，两个车轮架12分别固定自行车10的前后两个车轮，且在车轮架12和车轮的中心处安装有车架轴承11；车轮底部与工作台面有一定距离，该支持装置保证了两个车轮只有旋转自由度，突破了车轮只能在静止状态下进行风洞试验的限制，能更好模拟车在行进过程的真实状态。
风速测量装置通过两个传感器支架15安装在第一层实验台面1上且正对自行车10，两根垂直导轨13分别竖直平行安装在两个传感器支架15上，水平导轨14沿水平安装在垂直导轨13上；水平导轨14上安装有测速仪支架17，激光测速仪16安装在测速仪支架17上。
垂直导轨13和水平导轨14内部均安装有丝杠，通过其与丝杠连接的旋钮可调节激光测速仪16的位置，从而可获得自行车任何部位与风速相对应的各种数据，传感器支架15用于两个导轨在最上层实验台面的固定，测速仪支架17用于安装固定激光测速仪于水平导轨上。将风洞实验台放置于风洞管道内，风洞大风扇位于自行车模型正前方。由于风洞大风扇中心轴线与自行车坐垫大致位于同一平面内，保证了自行车行驶过程正面受风的实际情况，同时还可通过实验台的转动实现自行车侧面受风。

Claims (5)

1.一种自行车风洞实验台装置，其特征在于：包括双层实验台装置、自行车固定装置和风速测量装置；双层实验台装置的三层实验台面平行布置，第一层实验台面上通过自行车固定装置安装固定自行车；第二层实验台面和第三层实验台面布置在第一层实验台面的下面，第二层实验台面用以支撑第一层实验台面以及放置回转伺服电机；
第三层实验台面用于实现自行车的上下摆动及转动调节；
第一层实验台面与第二层实验台面之间通过三个沿周向分布的稳定架；
第二层实验台面和第三层实验台面之间通过两个摆臂以及两个摆动架托板连接，两个摆臂布置在第三层实验台面一侧，两个摆动架托板布置在第三层实验台面的另一侧，两个摆臂和两个摆动架托板对称布置；摆动架安装在摆动架托板上；
第三层实验台面上安装有控制电机和摆动架动力系统，摆动架动力系统采用联轴器和键的方式连接控制电机和摆动架，控制电机提供动力使两个摆动架上下同步移动；两个摆臂采用铰链连接结构与第二层实验台面的底部连接对第二层实验台面起支撑作用；
第二层实验台面安装的回转减速器对回转伺服电机起减速作用，且回转减速器与最上层实验台面固定连接，从而带动第一层实验台面旋转；
第一层实验台面上设有两个车轮架，两个车轮架分别固定自行车的前后两个车轮，且在车轮架和车轮的中心处安装有车架轴承；风速测量装置通过两个传感器支架安装在第一层实验台面上且正对自行车，两根垂直导轨分别竖直平行安装在两个传感器支架上，水平导轨沿水平安装在垂直导轨上；水平导轨上安装有测速仪支架，激光测速仪安装在测速仪支架上。
2.根据权利要求1所述的一种自行车风洞实验台装置，其特征在于：稳定架与第一层实验台面之间为滑动摩擦连接，第一层实验台面的底部设有黄铜垫。
3.根据权利要求1所述的一种自行车风洞实验台装置，其特征在于：摆动架动力系统包括左右两个横向轴和左右两个竖向轴；横向轴上的锥齿轮与控制电机主轴的锥齿轮啮合，将控制电机转动转化为与其垂直方向的两个横向轴的同步转动，横向轴两端各设一个联轴器，联轴器与摆动架轴用花键连接，摆动架轴另一端的锥齿轮与摆动架内部的竖向轴锥齿轮啮合，将横向轴转动传递给竖向轴，竖向轴另一端的丝杠带动摆动架上下同步移动。
4.根据权利要求1所述的一种自行车风洞实验台装置，其特征在于：三层实验台面外设有防尘罩。
5.根据权利要求1所述的一种自行车风洞实验台装置，其特征在于：将风洞实验台放置于风洞管道内，风洞大风扇位于自行车模型正前方；由于风洞大风扇中心轴线与自行车坐垫大致位于同一平面内，保证自行车行驶过程正面受风的实际情况，同时通过实验台的转动实现自行车侧面受风。
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