CN116183158B

CN116183158B - 一种低温环境用筒型转窗驱动机构

Info

Publication number: CN116183158B
Application number: CN202310484431.9A
Authority: CN
Inventors: 赵宽; 刘大伟; 鲍禄强; 马东平; 黄攀宇; 李多; 胡威; 杨晓峰; 胡洪学; 邹大军; 谢晨雨; 尹小华
Original assignee: High Speed Aerodynamics Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Current assignee: High Speed Aerodynamics Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Priority date: 2023-05-04
Filing date: 2023-05-04
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2043-05-04
Also published as: CN116183158A

Abstract

本发明属于风洞试验技术领域，公开了一种低温环境用筒型转窗驱动机构。低温环境用筒型转窗驱动机构包括同轴设置的支撑机构、驱动装置、传动装置、连接装置和保温装置；支撑机构安装在风洞试验段的上壁板框架上，驱动装置设置在支撑机构的上部；驱动装置和支撑装置通过螺钉和销钉等连接装置连接，并通过转盘、转接头等传动装置驱动模型实现绕中心轴线转动；保温装置实现筒型转窗驱动机构的常温工作环境。低温环境用筒型转窗驱动机构采用铅垂轴线布局、顶部支撑方式，解决了筒型转窗驱动机构自重引起的同轴度精度不高、操作不便、转动密封困难和低温工作保温等问题，能够在较大温度范围内、较大气动载荷条件下进行精确传动、定位和锁紧。

Description

一种低温环境用筒型转窗驱动机构

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种低温环境用筒型转窗驱动机构。

背景技术

转窗驱动机构安装在风洞试验段上壁板框架的支座上，用于连接模型和天平，驱动模型和天平完成绕转窗机构轴线的转动。

转窗驱动机构主要由驱动装置、传动装置、连接装置和保温装置组成。目前，转窗驱动机构多采用水平轴线布局、侧壁支撑方式。主要缺点：一是转动轴线受机构自重影响，同轴度精度不高；二是，由于转窗驱动机构内置于侧壁框架，不利于模型和天平的安装操作，以及转窗驱动机构本身的维护保养；三是，转轴与壁板之间无密封导致在机构内外产生气体流动，影响试验质量；四是，驱动装置和轴承等在低温下不能工作。

当前，亟需发展一种低温环境用筒型转窗驱动机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低温环境用筒型转窗驱动机构。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构，其特点是，所述的筒型转窗驱动机构包括支撑机构、驱动装置、传动装置、连接装置和保温装置；支撑机构为筒型转窗驱动机构的主体，驱动装置通过连接装置带动驱动对象绕筒型转窗驱动机构的中心轴线转动，保温装置为筒型转窗驱动机构保温；

支撑机构包括同轴设置的底部支架和筒型支座；驱动装置包括伺服电机、涡轮蜗杆副、转盘轴承和轴承；传动装置包括上转盘、同步转筒、键和下转盘；连接装置包括上接头、下接头和转接头；保温装置包括保温外壳、密封刷；驱动对象为天平、下转盘和模型；

底部支架通过风洞试验段的上壁板框架上设置的中心对称分布的若干个支座固定在上壁板框架上方，筒型支座通过法兰固定在底部支架的上方；筒型支座的内腔通过上部的转盘轴承和下部的轴承套装同步转筒，同步转筒的顶面固定上转盘，同步转筒的底面通过转接头穿过底部支架固定下转盘，下转盘位于风洞试验段内，贴近风洞试验段内壁；在同步转筒的内腔，上接头固定在上转盘的底面，上接头的下方依次固定天平和下接头，下接头穿过底部支架固定模型，模型位于风洞试验段内，贴近下转盘；保温外壳固定在底部支架上，密封包裹在筒型支座的外部；下转盘上安装有密封刷，密封刷从上至下设置有若干个平行的刷条，刷条与下接头柔性接触，避免风洞气流串入保温外壳；

天平为杆式天平，通过分别位于杆式天平上部和下部的键定位；

底部支架、筒型支座、同步转筒和天平同中心轴线；

伺服电机固定在筒型支座的上侧壁，通过涡轮蜗杆副驱动同步转筒转动，同步转筒带动天平、下转盘和模型转动。

进一步地，所述的驱动装置通过螺钉和销钉连接传动装置，连接装置通过螺钉和销钉连接驱动对象。

进一步地，所述的驱动对象绕中心轴线转动的转角范围为-180°~+180°。

进一步地，所述的天平为五分量杆式天平，用于测量模型的法向力、侧向力、俯仰力矩、滚转力矩和偏航力矩；天平具有中心空腔，用于穿过天平的传感器信号线缆。

进一步地，所述的保温外壳为方形封闭壳体，分为三段，从下至上依次叠加下段壳体、中段壳体和上段壳体，每段壳体从外内至内依次为外防护板、加热片和内支撑框架，还设置有气体进出管路和呼吸阀。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构中的底部支架安装在风洞试验段上壁板的框架支座上，采用铅垂轴线布局，避免了自重对轴线同轴度的影响，降低了筒型转窗驱动机构的操作和维护保养难度。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构中的底部支架采用敞开式的四点支撑结构，降低了安装难度，提高了装配定位精度。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构中的筒型支座提高了筒型转窗驱动机构的刚性；筒型支座与底部支架通过法兰连接，提高了装配强度和抗倾覆能力。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构采用轴承与筒型支座配合，提高了同步转筒的承载能力和传动精度，使得传送更平滑、精度更高。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构中的密封刷，能够有效阻隔筒型转窗驱动机构内外气体流动和换热，提高试验数据质量。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构中的保温装置分层设置，使得筒型转窗驱动机构在低温气候条件下正常动作的同时，便于机构维护保养。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构包括同轴设置的支撑机构、驱动装置、传动装置、连接装置和保温装置；支撑机构安装在风洞试验段的上壁板框架上，驱动装置设置在支撑机构的上部；驱动装置和支撑装置通过螺钉和销钉等连接装置连接，并通过转盘、转接头等传动装置驱动模型实现绕中心轴线转动；保温装置实现筒型转窗驱动机构的常温工作环境。

本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构采用铅垂轴线布局、顶部支撑方式，解决了筒型转窗驱动机构自重引起的同轴度精度不高、操作不便、转动密封困难和低温工作保温等问题，能够在较大温度范围内、较大气动载荷条件下进行精确传动、定位和锁紧。

附图说明

图1为本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构的结构示意图（主视图）；

图2为本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构的结构示意图（A-A剖面俯视图）；

图3为本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构中的密封刷局部放大图。

图中，1.上转盘；2.伺服电机；3.上接头；4.键；5.保温外壳；6.天平；7.同步转筒；8.筒型支座；9.轴承；10.底部支架；11.下转盘；12.转接头；13.密封刷；14.模型；15.下接头；16.上壁板框架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

如图1、图2所示，本发明的低温环境用筒型转窗驱动机构包括支撑机构、驱动装置、传动装置、连接装置和保温装置；支撑机构为筒型转窗驱动机构的主体，驱动装置通过连接装置带动驱动对象绕筒型转窗驱动机构的中心轴线转动，保温装置为筒型转窗驱动机构保温；

支撑机构包括同轴设置的底部支架10和筒型支座8；驱动装置包括伺服电机2、涡轮蜗杆副、转盘轴承和轴承9；传动装置包括上转盘1、同步转筒7、键4和下转盘11；连接装置包括上接头3、下接头15和转接头12；保温装置包括保温外壳5、密封刷13；驱动对象为天平6、下转盘11和模型14；

底部支架10通过风洞试验段的上壁板框架16上设置的中心对称分布的若干个支座固定在上壁板框架16上方，筒型支座8通过法兰固定在底部支架10的上方；筒型支座8的内腔通过上部的转盘轴承和下部的轴承9套装同步转筒7，同步转筒7的顶面固定上转盘1，同步转筒7的底面通过转接头12穿过底部支架10固定下转盘11，下转盘11位于风洞试验段内，贴近风洞试验段内壁；在同步转筒7的内腔，上接头3固定在上转盘1的底面，上接头3的下方依次固定天平6和下接头15，下接头15穿过底部支架10固定模型14，模型14位于风洞试验段内，贴近下转盘11；保温外壳5固定在底部支架10上，密封包裹在筒型支座8的外部；如图3所示，下转盘11上安装有密封刷13，密封刷13从上至下设置有若干个平行的刷条，刷条与下接头15柔性接触，避免风洞气流串入保温外壳5；

天平6为杆式天平，通过分别位于杆式天平上部和下部的键4定位；

底部支架10、筒型支座8、同步转筒7和天平6同中心轴线；

伺服电机2固定在筒型支座8的上侧壁，通过涡轮蜗杆副驱动同步转筒7转动，同步转筒7带动天平6、下转盘11和模型14转动。

进一步地，所述的天平6为五分量杆式天平，用于测量模型14的法向力、侧向力、俯仰力矩、滚转力矩和偏航力矩；天平6具有中心空腔，用于穿过天平6的传感器信号线缆。

进一步地，所述的保温外壳5为方形封闭壳体，分为三段，从下至上依次叠加下段壳体、中段壳体和上段壳体，每段壳体从外内至内依次为外防护板、加热片和内支撑框架，还设置有气体进出管路和呼吸阀。

实施例1：

本实施例的底部支架10的长、宽均为1600mm；底部支架10安装在上壁板框架16上，驱动装置2安装在筒型支座8上侧壁；伺服电机2通过上转盘1、同步转筒7等传动装置驱动天平6、下转盘11和模型14在-180°~+180°范围内绕中心轴线转动。

驱动装置为一体型结构，通过下述相关零部件连接，可实现所需的高精度、大扭矩传递，具体为：

底部支架10通过四点支撑方式固定在上壁板框架16上。筒形支座8以法兰连接方式固定在底部支架10上。伺服电机2的外圈以法兰方式固定在筒形支座8上。上转盘1以法兰方式固定在伺服电机2的内圈上。同步转筒7和上接头3上端以法兰连接方式固定在上转盘1上，下端依次与天平6和转接头12固定。天平6以螺钉和键4分别与上接头3、下接头15固定并传递扭矩。转接头12以法兰连接方式与下转盘11固定。下接头15以法兰连接方式与模型14固定。密封刷13与下转盘11固定，并于模型14通过刷条软接触。

本实施例的低温环境用筒型转窗驱动机构，能够实现以下参数控制：

下转盘11和模型14的滚转角范围为：-180°~+180°；

工作温度范围为：110K~300K；

滚转角定位精度达到0.02°；

额定输出扭矩达到3000Nm；

结构应力达到400Mpa。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种低温环境用筒型转窗驱动机构，其特征在于，所述的筒型转窗驱动机构包括支撑机构、驱动装置、传动装置、连接装置和保温装置；支撑机构为筒型转窗驱动机构的主体，驱动装置通过连接装置带动驱动对象绕筒型转窗驱动机构的中心轴线转动，保温装置为筒型转窗驱动机构保温；

支撑机构包括同轴设置的底部支架（10）和筒型支座（8）；驱动装置包括伺服电机（2）、涡轮蜗杆副、转盘轴承和轴承（9）；传动装置包括上转盘（1）、同步转筒（7）、键（4）和下转盘（11）；连接装置包括上接头（3）、下接头（15）和转接头（12）；保温装置包括保温外壳（5）、密封刷（13）；驱动对象为天平（6）、下转盘（11）和模型（14）；

底部支架（10）通过风洞试验段的上壁板框架（16）上设置的中心对称分布的若干个支座固定在上壁板框架（16）上方，筒型支座（8）通过法兰固定在底部支架（10）的上方；筒型支座（8）的内腔通过上部的转盘轴承和下部的轴承（9）套装同步转筒（7），同步转筒（7）的顶面固定上转盘（1），同步转筒（7）的底面通过转接头（12）穿过底部支架（10）固定下转盘（11），下转盘（11）位于风洞试验段内，贴近风洞试验段内壁；在同步转筒（7）的内腔，上接头（3）固定在上转盘（1）的底面，上接头（3）的下方依次固定天平（6）和下接头（15），下接头（15）穿过底部支架（10）固定模型（14），模型（14）位于风洞试验段内，贴近下转盘（11）；保温外壳（5）固定在底部支架（10）上，密封包裹在筒型支座（8）的外部；下转盘（11）上安装有密封刷（13），密封刷（13）从上至下设置有若干个平行的刷条，刷条与下接头（15）柔性接触，避免风洞气流串入保温外壳（5）；

天平（6）为杆式天平，通过分别位于杆式天平上部和下部的键（4）定位；

底部支架（10）、筒型支座（8）、同步转筒（7）和天平（6）同中心轴线；

伺服电机（2）固定在筒型支座（8）的上侧壁，通过涡轮蜗杆副驱动同步转筒（7）转动，同步转筒（7）带动天平（6）、下转盘（11）和模型（14）转动。

2.根据权利要求1所述的低温环境用筒型转窗驱动机构，其特征在于，所述的驱动装置通过螺钉和销钉连接传动装置，连接装置通过螺钉和销钉连接驱动对象。

3.根据权利要求1所述的低温环境用筒型转窗驱动机构，其特征在于，所述的驱动对象绕中心轴线转动的转角范围为-180°~+180°。

4.根据权利要求1所述的低温环境用筒型转窗驱动机构，其特征在于，所述的天平（6）为五分量杆式天平，用于测量模型（14）的法向力、侧向力、俯仰力矩、滚转力矩和偏航力矩；天平（6）具有中心空腔，用于穿过天平（6）的传感器信号线缆。

5.根据权利要求1所述的低温环境用筒型转窗驱动机构，其特征在于，所述的保温外壳（5）为方形封闭壳体，分为三段，从下至上依次叠加下段壳体、中段壳体和上段壳体，每段壳体从外内至内依次为外防护板、加热片和内支撑框架，还设置有气体进出管路和呼吸阀。