CN115752999A - 一种低速风洞天平检测加载头 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种低速风洞天平检测加载头，属于风洞天平校准领域。解决了现有加载头加载点少导致的组合方式较为单一以及连接加载头的耳片影响校准精度的问题。它包括加载梁和两个加载梁臂，所述两个加载梁臂对称设置在加载梁的两侧，所述加载梁臂远离加载梁的一端以及加载梁臂的前后两端均设水平设置有调心架，所述加载梁顶部与加载梁臂底部均竖直设置有调心架，所述调心架的顶端设置有连接耳片。它主要用于风洞天平校准。
Description
技术领域
本发明属于风洞天平校准领域，特别是涉及一种低速风洞天平检测加载头。
背景技术
风洞天平是在风洞试验中用于测量模型上的空气动力和力矩的设备，风洞天平的精度与校准系统的精度息息相关，天平校准分为复位系统、加载系统、测量系统三个部分。加载系统主要通过加载头对被校天平施加载荷，因此加载头是风洞天平加载系统中的关键设备。目前的加载头加载点一般为11个，组合方式较为单一。同时连接加载头的耳片也会在一定程度上影响校准精度。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种低速风洞天平检测加载头,以解决现有加载头加载点少导致的组合方式较为单一以及连接加载头的耳片影响校准精度的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种低速风洞天平检测加载头，它包括加载梁和两个加载梁臂，所述两个加载梁臂对称设置在加载梁的两侧，所述加载梁臂远离加载梁的一端以及加载梁臂的前后两端均设水平设置有调心架，所述加载梁顶部与加载梁臂底部均竖直设置有调心架，所述调心架的顶端设置有连接耳片。
更进一步的，所述连接耳片两侧沿对称轴对称设置有L型镂空。
更进一步的，所述调心架包括基座、顶尖座、顶尖、燕尾块座以及燕尾块，所述基座的顶部与底部分别竖直设置有上通孔与下通孔，所述基座的中间部分水平设置有中通孔，所述中通孔贯穿基座两侧设置，所述上通孔与下通孔通过中通孔连通并贯穿基座上、下两端设置，所述基座底部与加载梁或加载梁臂之间通过下通孔连接，所述顶尖设置在中通孔内并通过顶尖座与上通孔的底部相连，所述顶尖的底部与燕尾块座的底部相连，所述燕尾块座的顶端与燕尾块相连，所述燕尾块顶部与连接耳片相连。
更进一步的，所述加载梁的前端和后端分别连接有前接板和后接板。
更进一步的，所述加载梁内部的前端和后端分别设有前锥套和后锥套，所述前锥套设置在前接板内侧，所述后锥套贯穿后接板设置。
更进一步的，所述前锥套与后锥套的内壁均为锥面。
更进一步的，所述加载梁内设有天平，所述加载梁内壁的一侧上沿长度方向间隔设置有两个定位销，所述天平一侧通过定位销与加载梁内壁配合连接，另一侧与加载梁内壁间隙配合，所述天平的前端与前锥套的内锥面配合，后端与后锥套的内锥面配合。
更进一步的，所述加载梁的后端设置有支杆，所述支杆与后锥套相连。
更进一步的，所述支杆、加载梁、加载梁臂、天平、前锥套和后锥套的材料均为30CrMnSiA。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明设置有十七个包括X向、Y向以及Z向的加载点，各元可以进行更多组合的加载方式；
2、本发明对连接耳片进行了镂空设计，实现了连接耳片的消扰功能，提高了天平加载头的校准精度；
3、本发明装置刚度大、重量轻、变形小并且易于加工；
4、本发明通过定位销、前锥套以及后锥套安装天平，安装方式简便快捷，便于天平校心的调整；
5、本发明通过设置调心架确保了加载点在受力过程中位置不发生偏移，确保了施力点的准确位置。
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低速风洞天平检测加载头的剖面结构示意图；
图2为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头整体结构的三维示意图；
图3为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头上十七个加载点的位置以及各加载点的加载力源方向示意图；
图4为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头的调心架的结构三维示意图；
图5为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头的调心架的剖面结构三维示意图；
图6为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头的连接耳片结构示意图；
图7为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头的有限元分析模型；
图8为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头的变形云图；
图9为本发明所述的一种低速风洞天平检测加载头的应力云图；
1-前接板，2-前锥套，3-天平，4-调心架，5-连接耳片，6-加载梁，7-后锥套，8-支杆，9-定位销，10-后接板，11-加载梁臂，12-燕尾块，13-燕尾块座，14-顶尖座，15-顶尖，16-基座。
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1-9说明本实施方式，一种低速风洞天平检测加载头，它包括加载梁6和两个加载梁臂11，所述两个加载梁臂11对称设置在加载梁6的两侧，所述加载梁臂11远离加载梁6的一端以及加载梁臂11的前后两端均设水平设置有调心架4，所述加载梁6顶部与加载梁臂11底部均竖直设置有调心架4，所述调心架4的顶端设置有连接耳片5，所述加载梁6的前端和后端分别连接有前接板1和后接板10。
本实施例所述的低速风洞天平检测加载头通过加载梁和加载梁臂的设计以及在加载梁和加载梁臂上设置多个调心架4的结构，使得该加载头共有十七个包括力源加载方向为X向、Y向以及Z向的加载点，具体各加载点的位置及各加载点力源加载方向方向如图3所示，相较于现有加载头十一个加载点，本实施例的十七个加载点之间可以进行更多组合的加载方式。
本实施例中所述的加载点连接加载系统的力源部件。
本实施例中所述连接耳片5两侧沿对称轴对称设置有L型镂空，连接耳片5的镂空设计，实现了连接耳片的消扰功能，提高了天平加载头的校准精度。
本实施例中所述调心架4包括基座16、顶尖座14、顶尖15、燕尾块座13以及燕尾块12，所述基座16的顶部与底部分别竖直设置有上通孔与下通孔，所述基座16的中间部分水平设置有中通孔，所述中通孔贯穿基座16两侧设置，所述上通孔与下通孔通过中通孔连通并贯穿基座16上、下两端设置，所述基座16底部与加载梁6或加载梁臂11之间通过下通孔连接，所述顶尖15设置在中通孔内并通过顶尖座14与上通孔的底部相连，所述顶尖15的底部与燕尾块座13的底部相连，所述燕尾块座13的顶端与燕尾块12相连，所述燕尾块12顶部与连接耳片5相连，因为平面接触加载受力时会出现加载点偏移的情况，因此本实施例中调心架通过设置顶尖和顶尖座对准配合连接，顶尖就会保证加载受力点在持在尖点上保持不变，由此可以保证加载受力时加载点不会发生偏移，并且加载点通过调心架与力源连接，避免了附加力矩的产生。
本实施例所述加载梁6内部的前端和后端分别设有前锥套2和后锥套7，所述前锥套2设置在前接板1内侧，所述后锥套7贯穿后接板10设置，所述加载梁6内设有天平3，所述加载梁6内壁的一侧上沿长度方向间隔设置有两个定位销9，所述天平3一侧通过定位销9与加载梁6内壁配合连接，另一侧与加载梁6内壁间隙配合，所述天平3的前端与前锥套2的内锥面配合，后端与后锥套7的内锥面配合，本实施例中通过定位销9、前锥套2以及后锥套7安装天平，定位销9将天平3限位在加载梁6内，前锥套2以及后锥套7分别对天平3两端进行固定，安装方式简便快捷，便于天平校心的调整。
本实施例所述所述前锥套2与后锥套7的内壁均为锥面，内锥面的设计为了配合固定天平3的两端。
本实施例所述加载梁6的后端设置有支杆8，所述支杆8与后锥套7相连。
本实施例所述支杆8、加载梁6、加载梁臂11、天平3、前锥套2和后锥套7的材料均为30CrMnSiA，该材料刚度大、重量轻、变形小并且易于加工。
本实施例首先将前锥套2与加载梁6连接，将天平3置入进加载梁6内并将加载梁6内壁的定位销9置于天平3的凹槽处实现天平3侧壁与加载梁6之间的固定，并将天平3的前端与前锥套2装配连接，待天平3与前锥套2连接完成后，将后锥套7与天平3后端装配连接，再将支杆8与后锥套7连接，完成天平3与加载头之间的装配。
应用有限元分析软件Ansys对本实施例所述的低速风洞天平检测加载头模型进行分析，有限元分析主要对支杆8、加载梁6、加载梁臂11、天平3、前锥套2和后锥套7的装配体进行分析，校核系统的刚强度，有限元分析边界条件分别为固定端、载荷和单元，其中固定端为支杆末端锥面，载荷为模型共有十二种工况，具体工况如表1表格中所示，单元为十个节点四面体单元。
首先对本实施例所述的低速风洞天平检测加载头模型进行简化，简化后的有限元分析模型如图7所示，并对简化后的有限元分析模型进行有限元分析，分别得到天平变形云图(如图8所示)以及天平应力云图(如图9所示)，并对模型十二种工况分析结果，并将结果制表，如表1所示：
表1：有限元分析结果列表
其中支杆8、加载梁6、加载梁臂11、天平3、前锥套2和后锥套7的材料均为30CrMnSiA，该材料的屈服应力835MPa，安全系数s＝2，许用应力[σ]＝417.5。
故根据有限元分析结果，本实施例所述的低速风洞天平检测加载头设计方案满足使用要求。
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 (9)
1.一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：它包括加载梁(6)和两个加载梁臂(11)，所述两个加载梁臂(11)对称设置在加载梁(6)的两侧，所述加载梁臂(11)远离加载梁(6)的一端以及加载梁臂(11)的前后两端均设水平设置有调心架(4)，所述加载梁(6)顶部与加载梁臂(11)底部均竖直设置有调心架(4)，所述调心架(4)的顶端设置有连接耳片(5)。
2.根据权利要求1所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述连接耳片(5)两侧沿对称轴对称设置有L型镂空。
3.根据权利要求1所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述调心架(4)包括基座(16)、顶尖座(14)、顶尖(15)、燕尾块座(13)以及燕尾块(12)，所述基座(16)的顶部与底部分别竖直设置有上通孔与下通孔，所述基座(16)的中间部分水平设置有中通孔，所述中通孔贯穿基座(16)两侧设置，所述上通孔与下通孔通过中通孔连通并贯穿基座(16)上、下两端设置，所述基座(16)底部与加载梁(6)或加载梁臂(11)之间通过下通孔连接，所述顶尖(15)设置在中通孔内并通过顶尖座(14)与上通孔的底部相连，所述顶尖(15)的底部与燕尾块座(13)的底部相连，所述燕尾块座(13)的顶端与燕尾块(12)相连，所述燕尾块(12)顶部与连接耳片(5)相连。
4.根据权利要求1所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述加载梁(6)的前端和后端分别连接有前接板(1)和后接板(10)。
5.根据权利要求4所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述加载梁(6)内部的前端和后端分别设有前锥套(2)和后锥套(7)，所述前锥套(2)设置在前接板(1)内侧，所述后锥套(7)贯穿后接板(10)设置。
6.根据权利要求5所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述前锥套(2)与后锥套(7)的内壁均为锥面。
7.根据权利要求6所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述加载梁(6)内设有天平(3)，所述加载梁(6)内壁的一侧上沿长度方向间隔设置有两个定位销(9)，所述天平(3)一侧通过定位销(9)与加载梁(6)内壁配合连接，另一侧与加载梁(6)内壁间隙配合，所述天平(3)的前端与前锥套(2)的内锥面配合，后端与后锥套(7)的内锥面配合。
8.根据权利要求7所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述加载梁(6)的后端设置有支杆(8)，所述支杆(8)与后锥套(7)相连。
9.根据权利要求8所述的一种低速风洞天平检测加载头，其特征在于：所述支杆(8)、加载梁(6)、加载梁臂(11)、天平(3)、前锥套(2)和后锥套(7)的材料均为30CrMnSiA。
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