CN115979579A - 一种采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，包括：X机构；Y机构，其设置在X机构的内侧，Y机构与X机构在水平方向上为滑动连接；侧滑基座，其设置在Y机构的内侧，侧滑基座与Y机构在竖直方向上为滑动连接；迎角框架，其滑动设置在侧滑基座上，迎角框架的上端安装有立刀支架，立刀支架的上端安装有模型；迎角框架与立刀支架之间连接有斜拉杆，模型与迎角框架之间连接有前支柱；X机构与Y机构之间、Y机构与侧滑基座之间、侧滑基座与迎角框架之间均设置有动力机构。本发明利用四自由度机构的迎角框架连接立刀支架，具有支撑模型侧滑角、Y向和X向三个自由度的能力，有承载能力强，支撑点多、连接可靠的特点。

Description

一种采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构

技术领域

本发明属于高速空气动力试验设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构。

背景技术

模型支撑机构是高速风洞必备的核心设备，用以准确改变模型位置和姿态，承受模型承受的气动载荷。某高速射流风洞配备了包含迎角、侧滑角、Y和X方向四个自由度的模型支撑机构，常规条件下，采用迎角机构上的弯刀支架连接模型支架，模型可在四自由度机构运行范围内自由改变机构位置和姿态。但是受制于弯刀支架的承载能力不高，弯刀支架上的锥孔为单点支撑，难以可靠支撑大型模型，尤其是超长超大的薄弱模型，不能较好满足某高速射流风洞的支撑需求。在常规高速风洞中，核心模型支撑机构通常为单迎角机构，受连接部位空间、流场限制等因素，拓展连接模型支架方式的难度大，可拓展性差。某高速射流风洞配备四自由度机构后，其自由度多，试验舱空间大，具备很大的可拓展性，为了满足支撑需求，需要拓展连接模型支架的方式。在四自由度机构非弯刀支架上拓展连接模型支架方式，能增大允许支撑的模型尺寸载荷，会降低模型支撑运动自由度数量。根据实际需求，需要拓展一种在迎角框架上连接模型支架的结构，使其具备三自由度运行能力。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，

X机构；

Y机构，其设置在所述X机构的内侧，且所述Y机构与X机构在水平方向上为滑动连接；

侧滑基座，其设置在所述Y机构的内侧，且所述侧滑基座与Y机构在竖直方向上为滑动连接；

迎角框架，其滑动设置在所述侧滑基座上，所述迎角框架的上端安装有立刀支架，所述立刀支架的上端安装有模型；所述迎角框架与立刀支架之间连接有斜拉杆，所述模型与迎角框架之间连接有前支柱；

所述X机构与Y机构之间、Y机构与侧滑基座之间、侧滑基座与迎角框架之间均设置有动力机构。

优选的是，其中，所述斜拉杆的结构包括：

下斜拉杆，所述迎角框架上安装有斜拉杆底座，所述下斜拉杆与斜拉杆底座通过销轴转动连接；

上斜拉杆，其下端与所述下斜拉杆通过锁紧螺杆相接，所述上斜拉杆的上端与所述立刀支架转动连接；

所述迎角框架上还安装有前支柱底座，所述前支柱的下端设置有U型安装件，所述U型安装件与前支柱底座通过销轴转动连接，且所述下斜拉杆从U型安装件中穿过并与锁紧螺杆相接。

优选的是，其中，所述迎角框架的后端设置有后支柱底座，所述后支柱底座通过销轴转动连接有后支柱。

优选的是，其中，所述立刀支架上端的设置有用于安装模型的锥形连接孔或法兰。

优选的是，其中，所述X机构的结构包括：

X机构框架，其为顶部无横梁的矩形结构中空框架，所述X机构框架内部的左右两侧分别安装有两组水平直线导轨，同侧的两组水平直线导轨之间安装有X机构伺服油缸；

所述Y机构的左右两侧分别固定设置有两组连X机构滑块，每组连X机构滑块均对应滑动安装在所述水平直线导轨上；

所述Y机构的外侧固定设置有X机构油缸连接座，所述X机构伺服油缸的活塞杆与X机构油缸连接座相接。

优选的是，其中，所述Y机构的结构包括：

Y机构框架，其为顶部、后部无横梁的矩形结构中空框架，所述Y机构框架的左右两个内侧分别安装有两组竖直直线导轨，同侧的两组竖直直线导轨之间安装有Y机构伺服油缸；

所述侧滑基座的两侧分别固定有两组连Y机构滑块，每组连Y机构滑块均对应滑动安装在所述竖直直线导轨上；

所述侧滑基座的两侧分别固定设置有Y机构油缸连接座，所述Y机构伺服油缸的活塞杆与Y机构油缸连接座相接。

优选的是，其中，所述侧滑基座的结构包括：

侧滑基座框架，其为具有顶部平板结构的封闭式矩形结构，所述侧滑基座上表面设置有侧滑基座旋心孔和与侧滑基座旋心孔同心、共面的三个圆弧导轨；

所述圆弧导轨的外侧设置有伺服油缸，所述伺服油缸的端部通过侧滑油缸固定旋心与侧滑基座框架铰接；

所述迎角框架的底部固定设置有两组连侧滑基座滑块，所述连侧滑基座滑块与所述圆弧导轨滑动连接；所述迎角框架的底部还固定设置有与侧滑基座旋心孔转动连接的连侧滑基座旋心孔销轴；

所述迎角框架的外侧设置有侧滑油缸连接座，所述伺服油缸的活塞杆与侧滑油缸连接座铰接。

优选的是，其中，所述X机构的下端设置有X机构下横梁，X机构的前端和后端分别设置有X机构前横梁和X机构后横梁，所述X机构的下端还设置有多个下底座，所述X机构的上端设置有X机构连接面；所述Y机构的内侧的竖直方向上还设置有多个Y方向固定孔；

所述Y机构的下端设置有Y机构下横梁，所述Y机构的前端设置有Y机构前横梁，所述Y机构的上端设置有Y机构支撑连接面；

所述侧滑基座的上表面设置有侧滑基座支撑连接面，所述侧滑基座的内侧设置有与Y方向固定孔相适配的Y方向固定销轴；所述侧滑基座的上表面还开设有侧滑基座零位孔；

所述迎角框架的底部设置有与侧滑基座零位孔相适配的迎角机构零位销。

本发明至少包括以下有益效果：本发明利用四自由度机构的迎角框架连接立刀支架，具有支撑模型侧滑角、Y向和X向三个自由度的能力，有承载能力强，支撑点多、连接可靠的特点。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明提供的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构的侧面结构示意图；

图2为迎角框架、斜拉杆、前支柱和后支柱的侧面结构示意图；

图3为斜拉杆、前支柱和后支柱的结构示意图；

图4为未安装立刀支架的四自由度机构的结构示意图；

图5为X机构的轴测图；

图6为Y机构的前轴测图；

图7为Y机构的后轴测图；

图8为侧滑基座的轴测图；

图9为迎角框架的轴侧图；

图10为Y方向固定销轴与电动缸的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-10所示：本发明的一种采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，包括：

X机构1；

Y机构2，其设置在所述X机构1的内侧，且所述Y机构2与X机构1在水平方向上为滑动连接；

侧滑基座3，其设置在所述Y机构2的内侧，且所述侧滑基座3与Y机构2在竖直方向上为滑动连接；

迎角框架4，其滑动设置在所述侧滑基座3上，所述迎角框架4的上端安装有立刀支架5，所述立刀支架5的上端安装有模型8；所述迎角框架4与立刀支架5之间连接有斜拉杆6，所述模型与迎角框架4之间连接有前支柱7；

所述X机构1与Y机构2之间、Y机构2与侧滑基座3之间、侧滑基座3与迎角框架4之间均设置有动力机构。

工作原理：本发明提供的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，通过将原四自由度机构弯刀支架的中部支架拆除，保留下部支架，并将下部支架运行至最大迎角位置，使下部支架全部藏入迎角框架4内；然后在迎角框架4的上端安装立刀支架5，在立刀支架5的上端采用锥配合或法兰安装模型8，通过斜拉杆6将立刀支架5与迎角框架4斜拉连接，并在模型8的下端和迎角框架4之间连接前支柱7；在风洞试验时，立刀支架5与斜拉杆6组合，承受全部沿水平方向轴向力和部分重力方向载荷，使立刀支架5承受的大部分水平载荷转化为斜拉杆6承受的拉力或者压力，大大增强整个结构承受水平轴向力的能力。同时，本发明基于的四自由度机构采用X机构1、Y机构2、侧滑基座3、迎角框架4的串联连接模式，串联顺序为X机构1→Y机构2→侧滑基座3→迎角框架4，使得立刀支架5上的模型具备X方向、Y方向、侧滑角(β)三个自由度，三个自由度的运动通过各自动力机构进行动力驱动，且各方向的运动相互独立，互不影响，各子机构运动时对其他子机构无耦合干扰。

在上述技术方案中，所述斜拉杆6的结构包括：

下斜拉杆601，所述迎角框架4上安装有斜拉杆底座9，所述下斜拉杆601与斜拉杆底座9通过销轴转动连接；

上斜拉杆602，其下端与所述下斜拉杆601通过锁紧螺杆603相接，所述上斜拉杆602的上端与所述立刀支架5转动连接；

所述迎角框架4上还安装有前支柱底座10，所述前支柱7的下端设置有U型安装件701，所述U型安装件701与前支柱底座10通过销轴转动连接，且所述下斜拉杆601从U型安装件701中穿过并与锁紧螺杆603相接。上斜拉杆602、下斜拉杆601分别加工左旋螺孔和右旋螺孔，锁紧螺杆603两端也分别加工左旋螺纹和右旋螺纹，通过调节锁紧螺杆603，张紧斜拉杆6，使立刀支架5承受的大部分水平载荷转化为斜拉杆6承受的拉力或者压力，大大增强整个结构承受水平轴向力的能力。前支柱7通过销轴与前支柱底座10转动连接，因而前支柱7可沿销孔转动，这种设计方式能消除弯曲载荷，使前支柱7仅承受拉压方向(即沿前支柱轴线方向的拉伸、下压方向)载荷。

在上述技术方案中，所述迎角框架4的后端设置有后支柱底座11，所述后支柱底座11通过销轴转动连接有后支柱12，当模型很大很长时，加入后支柱12，进一步增强对模型8支撑的刚度和可靠性；同前支柱7一样，后支柱12通过销轴与后支柱底座11转动连接，因而后支柱12可沿销轴孔转动，这种设计方式能消除弯曲载荷，使后支柱12仅承受拉压方向载荷。

在上述技术方案中，所述立刀支架上端的设置有用于安装模型的锥形连接孔或法兰。

在上述技术方案中，所述X机构1的结构包括：

X机构框架101，其为顶部无横梁的矩形结构中空框架，所述X机构框架101内部的左右两侧分别安装有两组水平直线导轨102，同侧的两组水平直线导轨102之间安装有X机构伺服油缸103；四组水平直线导轨102和两个X机构伺服油缸103的轴线均与风洞轴线平行，水平直线导轨102顶部平面平行于风洞轴线且与水平面垂直；

所述Y机构2的左右两侧分别固定设置有两组连X机构滑块203，每组连X机构滑块203均对应滑动安装在所述水平直线导轨102上；根据载荷大小，每根水平直线导轨102对应在Y机构2的外侧至少安装2个连X机构滑块203，图5和图6中所示每根水平直线导轨102对应的连X机构滑块203数量为4个；

所述Y机构2的两个外侧对称固定设置有X机构油缸连接座204，所述X机构伺服油缸103的活塞杆与X机构油缸连接座204相接，即通过两个X机构伺服油缸103驱动Y机构2沿风洞轴线方向做X方向的水平运动，以此实现Y机构2、侧滑基座3、迎角框架4、立刀支架5和模型的X方向(水平方向)自由度变化。

在上述技术方案中，所述Y机构的结构包括：

Y机构框架201，其为顶部、后部无横梁的矩形结构中空框架，所述Y机构框架201的左右两个内侧分别安装有两组竖直直线导轨202，同侧的两组竖直直线导轨202之间安装有Y机构伺服油缸207；四组竖直直线导轨202和两个Y机构伺服油缸207的轴线均位于铅垂面且与水平面垂直；

所述侧滑基座3的两侧分别固定有两组连Y机构滑块310，每组连Y机构滑块310均对应滑动安装在所述竖直直线导轨202上；每组竖直直线导轨202对应滑动设置有至少两个连Y机构滑块310，图8所示即为设置有两个连Y机构滑块310的侧滑基座3结构示意图；

所述侧滑基座3的两侧分别固定设置有Y机构油缸连接座308，所述Y机构伺服油缸207的活塞杆与Y机构油缸连接座308相接，即通过Y机构伺服油缸207驱动侧滑基座3沿垂直于风洞轴线的竖直方向做Y方向运动，以此实现侧滑基座3、迎角框架4、立刀支架5和模型Y方向(竖直方向)自由度的变化，同时这种对称设置竖直直线导轨310和Y机构伺服油缸207实现了从两侧同步驱动侧滑基座3的效果，侧滑基座3的上下运动更为稳定；

Y机构框架201后部无横梁，通过前横梁205、下横梁209及Y机构框架201与X机构框架101连接后的连X机构滑块203，提高了支撑Y机构框架201的刚性，结构紧凑，满足侧滑基座3、迎角框架4、立刀支架5以及模型的Y方向升降需要。

在上述技术方案中，所述侧滑基座的结构包括：

侧滑基座框架301，其为具有顶部平板结构的封闭式矩形结构，所述侧滑基座3上表面设置有侧滑基座旋心孔302和与侧滑基座旋心孔302同心、共面的三个圆弧导轨303；

所述圆弧导轨303的外侧设置有伺服油缸305，所述伺服油缸305的端部通过侧滑油缸固定旋心307与侧滑基座框架301铰接；伺服油缸305扫过的区域高度低于圆弧导轨303和侧滑基座旋心孔302的平面，留出空间满足伺服油缸305的运行；

所述迎角框架4的底部固定设置有两组连侧滑基座滑块407，所述连侧滑基座滑块407与所述圆弧导轨303滑动连接；所述迎角框架4的底部还固定设置有与侧滑基座旋心孔302转动连接的连侧滑基座旋心孔销轴(未示出)；每组圆弧导轨303对应在迎角框架4下端安装2组及2组以上的连侧滑基座滑块407；

所述迎角框架4的外侧设置有侧滑油缸连接座408，所述伺服油缸305的活塞杆与侧滑油缸连接座408铰接。圆弧导轨303与连侧滑基座滑块407安装后，在伺服油缸305驱动下，迎角框架4做以侧滑基座旋心孔302为圆心且沿圆弧导轨303滑动的圆周运动，即称为侧滑方向运动。

在上述技术方案中，所述X机构1的下端设置有X机构下横梁106，X机构的前端和后端分别设置有X机构前横梁108和X机构后横梁105，所述X机构1的下端还设置有六个下底座107，所述X机构1的上端设置有X机构连接面104；

所述Y机构2的下端设置有Y机构下横梁209，所述Y机构2的前端设置有Y机构前横梁205，所述Y机构2的上端设置有Y机构支撑连接面208，所述Y机构2的内侧的竖直方向上还设置有多个Y方向固定孔206；

所述侧滑基座3的上表面设置有侧滑基座支撑连接面306，侧滑基座3的基座支撑连接面306设置在侧滑基座3四个角落，且焊接厚钢板加强，通过四个支撑可设计跨越迎角框架4的模型支撑装置，避免在安装支撑时拆卸迎角框架，所述侧滑基座3的内侧设置有与Y方向固定孔206相适配的Y方向固定销轴309，当Y机构油缸207不能工作或者需要进行检修时，将Y方向固定销轴309穿入至Y方向固定孔206中，以实现对侧滑基座3的Y方向的支撑定位，如图10所示，其中Y方向固定销轴309与电动缸的伸缩杆转动连接，且Y方向固定销轴309滑动穿设在固定座上，通过电动缸的驱动实现将Y方向固定销轴309穿入或脱离Y方向固定孔；所述侧滑基座3的上表面还开设有侧滑基座零位孔304；

所述迎角框架4的底部设置有与侧滑基座零位孔304相适配的迎角机构零位销404，将迎角机构零位销404固定穿设在侧滑基座零位孔304中，用于实现对侧滑基座的机械零位固定。

采用迎角框架4的中部支架连接模型时(即在迎角框架4中安装弯刀支架，利用弯刀支架的中部支架支撑模型)，模型的载荷和长度会受到较大限制，以某2米量级风洞的四自由度机构中部支架为例，承受的向上升力(垂直于模型轴线方向的力)和轴向力(平行于模型轴线方向的力)或者其两者合力均不超过50000牛，支撑的模型长度不宜超过4米。

采用本发明提供的四自由度机构框架连接模型支架，最大轴向力达到93000牛。这个载荷是无法采用中部支架支撑的。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，包括：

X机构；

Y机构，其设置在所述X机构的内侧，且所述Y机构与X机构在水平方向上为滑动连接；

侧滑基座，其设置在所述Y机构的内侧，且所述侧滑基座与Y机构在竖直方向上为滑动连接；

迎角框架，其滑动设置在所述侧滑基座上，所述迎角框架的上端安装有立刀支架，所述立刀支架的上端安装有模型；所述迎角框架与立刀支架之间连接有斜拉杆，所述模型与迎角框架之间连接有前支柱；

所述X机构与Y机构之间、Y机构与侧滑基座之间、侧滑基座与迎角框架之间均设置有动力机构。

2.根据权利要求1所述的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，所述斜拉杆的结构包括：

下斜拉杆，所述迎角框架上安装有斜拉杆底座，所述下斜拉杆与斜拉杆底座通过销轴转动连接；

上斜拉杆，其下端与所述下斜拉杆通过锁紧螺杆相接，所述上斜拉杆的上端与所述立刀支架转动连接；

所述迎角框架上还安装有前支柱底座，所述前支柱的下端设置有U型安装件，所述U型安装件与前支柱底座通过销轴转动连接，且所述下斜拉杆从U型安装件中穿过并与锁紧螺杆相接。

3.根据权利要求1所述的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，所述迎角框架的后端设置有后支柱底座，所述后支柱底座通过销轴转动连接有后支柱。

4.根据权利要求1所述的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，所述立刀支架上端的设置有用于安装模型的锥形连接孔或法兰。

5.根据权利要求1所述的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，所述X机构的结构包括：

X机构框架，其为顶部无横梁的矩形结构中空框架，所述X机构框架内部的左右两侧分别安装有两组水平直线导轨，同侧的两组水平直线导轨之间安装有X机构伺服油缸；

所述Y机构的左右两侧分别固定设置有两组连X机构滑块，每组连X机构滑块均对应滑动安装在所述水平直线导轨上；

所述Y机构的外侧固定设置有X机构油缸连接座，所述X机构伺服油缸的活塞杆与X机构油缸连接座相接。

6.根据权利要求1所述的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，所述Y机构的结构包括：

Y机构框架，其为顶部、后部无横梁的矩形结构中空框架，所述Y机构框架的左右两个内侧分别安装有两组竖直直线导轨，同侧的两组竖直直线导轨之间安装有Y机构伺服油缸；

所述侧滑基座的两侧分别固定有两组连Y机构滑块，每组连Y机构滑块均对应滑动安装在所述竖直直线导轨上；

所述侧滑基座的两侧分别固定设置有Y机构油缸连接座，所述Y机构伺服油缸的活塞杆与Y机构油缸连接座相接。

7.根据权利要求1所述的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，所述侧滑基座的结构包括：

侧滑基座框架，其为具有顶部平板结构的封闭式矩形结构，所述侧滑基座上表面设置有侧滑基座旋心孔和与侧滑基座旋心孔同心、共面的三个圆弧导轨；

所述圆弧导轨的外侧设置有伺服油缸，所述伺服油缸的端部通过侧滑油缸固定旋心与侧滑基座框架铰接；

所述迎角框架的底部固定设置有两组连侧滑基座滑块，所述连侧滑基座滑块与所述圆弧导轨滑动连接；所述迎角框架的底部还固定设置有与侧滑基座旋心孔转动连接的连侧滑基座旋心孔销轴；

所述迎角框架的外侧设置有侧滑油缸连接座，所述伺服油缸的活塞杆与侧滑油缸连接座铰接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的采用四自由度机构迎角框架连接模型支架的结构，其特征在于，所述X机构的下端设置有X机构下横梁，X机构的前端和后端分别设置有X机构前横梁和X机构后横梁，所述X机构的下端还设置有多个下底座，所述X机构的上端设置有X机构连接面；所述Y机构的内侧的竖直方向上还设置有多个Y方向固定孔；

所述Y机构的下端设置有Y机构下横梁，所述Y机构的前端设置有Y机构前横梁，所述Y机构的上端设置有Y机构支撑连接面；

所述侧滑基座的上表面设置有侧滑基座支撑连接面，所述侧滑基座的内侧设置有与Y方向固定孔相适配的Y方向固定销轴；所述侧滑基座的上表面还开设有侧滑基座零位孔；

所述迎角框架的底部设置有与侧滑基座零位孔相适配的迎角机构零位销。

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