CN115493803A - 一种可维持气密的旋转测力装置及测力方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可维持气密的旋转测力装置及测力方法，属于水动力学实验技术领域。解决了现有的水动力学实验过程中被测量物体攻角不易改变的问题。它包括旋转机构和密封结构，所述密封结构设置在旋转机构的外侧，所述旋转机构包括依次相连的转动杆、第二外连接板、测力传感器、第二内连接板、第一内连接板和实验水翼，所述实验水翼位于实验侧板的下方，所述密封结构包括第一外连接板和密封外壳，所述第一外连接板通过螺栓系统连接在密封外壳上方，所述转动杆贯穿密封结构上方，所述密封外壳、第一外连接板和转动杆之间密封相连，所述密封外壳下方与实验侧板密封相连。它主要用于水动力学实验。

Description

一种可维持气密的旋转测力装置及测力方法

技术领域

本发明属于水动力学实验技术领域，特别是涉及一种可维持气密的旋转测力装置及测力方法。

背景技术

在水动力学实验技术领域，常遇到需要调整被测量物体与来流方向夹角的情况，特别是在循环水槽中开展水翼绕流、空化等实验时。传统的固定式测力传感器无法直接调整角度，需要在实验过程中不断拆卸实验装置，一方面使实验步骤变得冗杂，耽误了实验进程；另一方面也会对实验装置造成疲劳破坏，影响结构强度及系统气密性。因此为提高实验效率、减小实验误差和外部因素影响，亟需一种可以旋转、保持气密且适用于多数水动力学实验装置的新型测力装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可维持气密的旋转测力装置及测力方法，以解决现有的水动力学实验过程中被测量物体攻角不易改变的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可维持气密的旋转测力装置，它包括旋转机构和密封结构，所述密封结构设置在旋转机构的外侧，所述旋转机构包括依次相连的转动杆、第二外连接板、测力传感器、第二内连接板、第一内连接板和实验水翼，所述实验水翼位于实验侧板的下方，所述密封结构包括第一外连接板和密封外壳，所述第一外连接板通过螺栓系统连接在密封外壳上方，所述转动杆贯穿密封结构上方，所述密封外壳、第一外连接板和转动杆之间密封相连，所述密封外壳下方与实验侧板密封相连。

更进一步的，所述密封外壳、第一外连接板和转动杆之间设置有O型密封圈。

更进一步的，所述密封外壳下方与实验侧板通过密封胶相连。

更进一步的，所述转动杆与第二外连接板通过螺纹连接，所述第二外连接板与测力传感器通过螺栓系统相连，所述测力传感器与第二内连接板通过粘接相连，所述第二内连接板与第一内连接板通过螺栓系统相连，所述实验水翼与第一内连接板插接相连。

更进一步的，所述螺栓系统包括螺栓、固定螺母、挡板和密封垫，所述螺栓贯穿两个连接结构，所述固定螺母与螺栓相连，所述挡板位于固定螺母外侧，所述密封垫位于固定螺母端部。

更进一步的，所述第一外连接板、密封外壳、第二外连接板、第二内连接板、第一内连接板和挡板均为有机玻璃材质。

更进一步的，所述密封垫的厚度大于固定螺母与相邻结构表面的距离。

更进一步的，所述测力传感器和第二内连接板的连接端形状相同。

更进一步的，所述实验水翼后端嵌入第一内连接板中，前端上表面与实验侧板贴合。

本发明还提供了一种可维持气密的旋转测力装置的测力方法，它包括以下步骤：

步骤1：对测力传感器进行标定，得到测力传感器的灵敏度系数后将测力传感器与第二外连接板和转动杆相连接，再将连接后的结构与第二内连接板和第一内连接板相连接，形成旋转机构；

步骤2：将第一外连接板和密封外壳相连接，加入O型密封圈后套在旋转机构外，并将水动力技术实验装置的实验侧板与密封外壳3使用密封胶进行连接，最后将实验水翼插入到第一内连接板中，组成旋转测力装置；

步骤3：进行某一攻角下的水动力学实验，启动实验装置中的流速控制器，调整改变水的流速至某一所需值，对实验水翼受力进行测量记录；

步骤4：完成某一攻角下的水动力学实验后，直接通过转动杆改变实验水翼的攻角，进行下一组实验；

步骤5：完成所有攻角下的实验后，将实验水翼取下后从实验侧板中取出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过内外各两块连接板分别与转动杆和实验水翼相连接，并嵌套入密封外壳内部，在前端使用密封胶进行封闭，后端使用O型密封圈进行固定，实现了在旋转的同时维持实验装置内气密性的稳定，在需要频繁改变攻角的水动力学实验过程中可避免多次对实验装置进行拆卸，既可以减小实验的复杂度，大大减少实验时间，又可以增加实验仪器的使用次数，避免其在多次拆卸过程中疲劳损坏。

本发明简单可行，加工方便，不影响实验数据准确度的同时提高了实验效率，主要用于需要多次调整攻角的水动力学实验装置之中，借助于外部转动杆至测力传感器至实验水翼的旋转机构提高实验效率，并借助于外侧的密封机构保证在旋转之后实验装置内的气密性，可以在诸如基于变压循环水槽的水翼空化和绕流实验中的受力数据收集中使用。在基于变压循环水槽的空化及绕流实验中具有优良的适用性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种可维持气密的旋转测力装置爆炸结构示意图；

图2为本发明所述的一种可维持气密的旋转测力装置剖面结构示意图。

1-转动杆，2-第一外连接板，3-密封外壳，4-第二外连接板，5-测力传感器，6-第二内连接板，7-实验侧板，8-第一内连接板，9-实验水翼，10-O型密封圈，11-挡板，12-固定螺母，13-密封垫。

具体实施方式

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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1-2说明本实施方式，一种可维持气密的旋转测力装置，它包括旋转机构和密封结构，所述密封结构设置在旋转机构的外侧，所述旋转机构包括依次相连的转动杆1、第二外连接板4、测力传感器5、第二内连接板6、第一内连接板8和实验水翼9，所述实验水翼9位于实验侧板7的下方，所述密封结构包括第一外连接板2和密封外壳3，所述第一外连接板2通过螺栓系统连接在密封外壳3上方，所述转动杆1贯穿密封结构上方，所述密封外壳3、第一外连接板2和转动杆1之间密封相连，所述密封外壳3下方与实验侧板7密封相连。

旋转机构位于内部，密封机构位于外部，旋转机构中的各部件在连接的过程中进行密封，以实现在水动力学实验装置外改变实验水翼攻角的功能，转动杆1带动实验水翼9进行旋转，通过密封机构与水动力技术实验装置的实验侧板7共同包裹住旋转机构，在通过旋转机构改变攻角的同时维持实验装置内的气密性。可应用于多种需要改变攻角的水动力学技术实验之中。

所述密封外壳3、第一外连接板2和转动杆1之间设置有O型密封圈10。O型密封圈10位于密封外壳3、第一外连接板2和转动杆1之间维持后端气密性。所述密封外壳3下方与实验侧板7通过密封胶相连，以维持前端气密性，进而实现在转动的过程中维持实验装置内部的气密性。所述O型密封圈10应略大于密封外壳3、第一外连接板2和转动杆1共同组成的间隙，表面光滑，在转动杆1旋转过程中摩擦阻力较小且不产生褶皱。

所述转动杆1与第二外连接板4通过螺纹连接，所述第二外连接板4与测力传感器5通过螺栓系统相连，所述测力传感器5与第二内连接板6通过粘接相连，所述第二内连接板6与第一内连接板8通过螺栓系统相连，所述实验水翼9与第一内连接板8插接相连。从而实现通过转动杆1带动实验水翼9进行旋转的功能。所述的第二内连接板6与第一内连接板8之间以及密封外壳3与水动力技术实验装置侧板7之间应保证一个较小的间隙，减小测量数据时的误差。

所述第一外连接板2与密封外壳3、第二外连接板4与测力传感器5以及第二内连接板6与第一内连接板8均采用螺栓系统进行连接。所述螺栓系统包括螺栓、固定螺母12、挡板11和密封垫13，所述螺栓贯穿两个连接结构，所述固定螺母12与螺栓相连，所述挡板11位于固定螺母12外侧，所述密封垫13位于固定螺母12端部。所述挡板11置于固定螺母12与结构的间隙用于维持结构稳定，密封垫13位于定螺母12与结构之间增强装置的气密性。采用M4或M6的固定螺母12，并使用挡板11和密封垫13进行填充，以增强密封性。所述挡板11及固定螺母12的尺寸根据实际情况选择，所述密封垫13的厚度略大于固定螺母12与相邻结构表面的距离，以增强气密性。

所述第一外连接板2、密封外壳3、第二外连接板4、第二内连接板6、第一内连接板8和挡板11均为有机玻璃材质。所述测力传感器5和第二内连接板6的连接端形状相同。所述实验水翼9后端嵌入第一内连接板8中，前端上表面与实验侧板7贴合，以保证实验水翼9在实验过程中保持稳定。

上述所有的连接部位应多使用硅胶或橡胶密封垫，并利用硅胶或橡胶块对旋转机构和密封机构之间的间隙进行填充，以进一步增强密封性。

通过内外各两块连接板分别与转动杆1和实验水翼9相连接，并嵌套入密封外壳3内部，在前端使用密封胶进行封闭，后端使用O型密封圈10进行固定，实现了在旋转的同时维持实验装置内气密性的稳定，在需要频繁改变攻角的水动力学实验过程中可避免多次对实验装置进行拆卸，既可以减小实验的复杂度，大大减少实验时间，又可以增加实验仪器的使用次数，避免其在多次拆卸过程中疲劳损坏。

本实施例为一种可维持气密的旋转测力装置的测力方法，它包括以下步骤：

步骤1：对测力传感器5进行标定，得到测力传感器5的灵敏度系数后将测力传感器5与第二外连接板4和转动杆1相连接，再将连接后的结构与第二内连接板6和第一内连接板8相连接，形成旋转机构；

步骤2：将第一外连接板2和密封外壳3相连接，加入O型密封圈10后套在旋转机构外，并将水动力技术实验装置的实验侧板7与密封外壳3使用密封胶进行连接，最后将实验水翼9插入到第一内连接板8中，组成旋转测力装置；

步骤3：进行某一攻角下的水动力学实验，启动实验装置中的流速控制器，调整改变水的流速至某一所需值，对实验水翼9受力进行测量记录；

步骤4：完成某一攻角下的水动力学实验后，直接通过转动杆1改变实验水翼9的攻角，进行下一组实验；

步骤5：完成所有攻角下的实验后，将实验水翼9取下后从实验侧板7中取出。

在进行步骤3的水动力学实验之前需要检查测力传感器5中的编码器和电机能否正常工作，角度传感器是否示数准确，确认无误后启动数据采集系统，完成实验的所有前期准备工作。

在步骤5中完成所有攻角下的实验后，需要关闭电机、数据采集系统等，无需对测力传感器5进行拆卸，将实验水翼9取下后从水动力技术实验装置的实验侧板7中取出即可。

一种可维持气密的旋转测力装置在使用前需要进行多项加工工序：

首先，利用数控机床对转动杆1、第一外连接板2、密封外壳3，第二外连接板4、第二内连接板6和第一内连接板8进行加工。

之后，对旋转机构进行依次连接，将测力传感器5和第二外连接板4通过螺栓系统进行连接，在测力传感器5和第二外连接板4之间夹一层硅胶或橡胶垫，将转动杆1旋转入第二外连接板4内，将测力传感器5另一侧与第二内连接板6进行粘结连接，将第二内连接板6与第一内连接板8通过螺栓系统进行连接，在第二内连接板6与第一内连接板8之间夹一层硅胶或橡胶垫，同时对安装后的固定螺母12、挡板11和密封垫13进行粘结固定。

之后，对密封机构进行依次连接，将密封外壳3与第一外连接板2通过螺栓系统进行连接，密封外壳3与第一外连接板2之间夹一层硅胶或橡胶垫，将O型密封圈10插入后再套在旋转机构外，然后将密封外壳3与水动力技术实验装置的实验侧板7通过密封胶进行连接。

最后，将实验水翼9插入到第一内连接板8内，完成可维持气密的旋转测力装置的组装后基于变压循环水槽等水动力学实验装置即可开展水翼空化、绕流等实验过程中的受力数据测量。

本实施例中可维持气密的旋转测力装置如图1-2所示，包括位于内部负责调整攻角的旋转机构以及和位于外部负责维持气密的密封机构。所述的旋转机构包括转动杆1，转动杆1一端用于旋转，另一端设置有外螺纹用于与第二外连接板4相连，第二外连接板4与测力传感器5、第二内连接板6与第一内连接板8通过若干螺栓、固定螺母12、挡板11和密封垫13进行连接的同时维持并增强密闭性，测力传感器5和第二内连接板6进行粘结连接，实现了由转动杆1至实验水翼9的旋转；所述的密封机构主体是密封外壳3，通过螺栓系统与之固定的第一外连接板2负责协作固定O型密封圈10以维持装置的气密性，同时密封外壳3与水动力技术实验装置的实验侧板7通过密封胶进行连接，实现了在旋转过程中维持实验装置内的气密性的功能。同时旋转机构与密封外壳3和水动力技术实验装置的实验侧板7之间存在一定的间隙来保证所测实验水翼9受力数据的准确性。所述的四个内外连接板和挡板11的材质均可选用有机玻璃。

本实施例主要用于需要多次调整攻角的水动力学实验装置之中，借助于外部转动杆1至测力传感器5至实验水翼9的旋转机构提高实验效率，并借助于外侧的密封机构保证在旋转之后实验装置内的气密性，可以在诸如基于变压循环水槽的水翼空化和绕流实验中的受力数据收集中使用。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (10)

1.一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：它包括旋转机构和密封结构，所述密封结构设置在旋转机构的外侧，所述旋转机构包括依次相连的转动杆(1)、第二外连接板(4)、测力传感器(5)、第二内连接板(6)、第一内连接板(8)和实验水翼(9)，所述实验水翼(9)位于实验侧板(7)的下方，所述密封结构包括第一外连接板(2)和密封外壳(3)，所述第一外连接板(2)通过螺栓系统连接在密封外壳(3)上方，所述转动杆(1)贯穿密封结构上方，所述密封外壳(3)、第一外连接板(2)和转动杆(1)之间密封相连，所述密封外壳(3)下方与实验侧板(7)密封相连。

2.根据权利要求1所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述密封外壳(3)、第一外连接板(2)和转动杆(1)之间设置有O型密封圈(10)。

3.根据权利要求1或2所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述密封外壳(3)下方与实验侧板(7)通过密封胶相连。

4.根据权利要求1所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述转动杆(1)与第二外连接板(4)通过螺纹连接，所述第二外连接板(4)与测力传感器(5)通过螺栓系统相连，所述测力传感器(5)与第二内连接板(6)通过粘接相连，所述第二内连接板(6)与第一内连接板(8)通过螺栓系统相连，所述实验水翼(9)与第一内连接板(8)插接相连。

5.根据权利要求1或4所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述螺栓系统包括螺栓、固定螺母(12)、挡板(11)和密封垫(13)，所述螺栓贯穿两个连接结构，所述固定螺母(12)与螺栓相连，所述挡板(11)位于固定螺母(12)外侧，所述密封垫(13)位于固定螺母(12)端部。

6.根据权利要求5所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述第一外连接板(2)、密封外壳(3)、第二外连接板(4)、第二内连接板(6)、第一内连接板(8)和挡板(11)均为有机玻璃材质。

7.根据权利要求5所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述密封垫(13)的厚度大于固定螺母(12)与相邻结构表面的距离。

8.根据权利要求1所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述测力传感器(5)和第二内连接板(6)的连接端形状相同。

9.根据权利要求1所述的一种可维持气密的旋转测力装置，其特征在于：所述实验水翼(9)后端嵌入第一内连接板(8)中，前端上表面与实验侧板(7)贴合。

10.一种如权利要求1所述的可维持气密的旋转测力装置的测力方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1：对测力传感器(5)进行标定，得到测力传感器(5)的灵敏度系数后将测力传感器(5)与第二外连接板(4)和转动杆(1)相连接，再将连接后的结构与第二内连接板(6)和第一内连接板(8)相连接，形成旋转机构；

步骤2：将第一外连接板(2)和密封外壳(3)相连接，加入O型密封圈(10)后套在旋转机构外，并将水动力技术实验装置的实验侧板(7)与密封外壳3使用密封胶进行连接，最后将实验水翼(9)插入到第一内连接板(8)中，组成旋转测力装置；

步骤3：进行某一攻角下的水动力学实验，启动实验装置中的流速控制器，调整改变水的流速至某一所需值，对实验水翼(9)受力进行测量记录；

步骤4：完成某一攻角下的水动力学实验后，直接通过转动杆(1)改变实验水翼(9)的攻角，进行下一组实验；

步骤5：完成所有攻角下的实验后，将实验水翼(9)取下后从实验侧板(7)中取出。

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