CN116296230A - 一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，主要由Y轴减速转盘组件、转盘连接件、Z轴直线导轨组件、直角固定块、直角固定块螺栓、旋台连接螺栓、X轴旋台组件、探针固定套、固定套螺栓、顶丝、转盘螺栓组成。Y轴减速转盘组件位于校准机构的下部，与风洞出口平台固定连接。Y轴减速转盘组件与Z轴直线导轨组件固定连接，Z轴直线导轨组件与X轴旋台组件固定连接，探针穿过探针固定套，顶丝与探针固定套匹配，固定所述探针。本发明校准机构可以快速准确调整九孔探针的不同风压梯度的位置以及不同偏转角、俯仰角。
Description
技术领域
本发明属于压力测试辅助装置技术领域，具体是一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构。
背景技术
九孔探针是测试非均匀、大攻角复杂三维流场气体方向、速度、总压和静压的气动测量装置，因其测量精度高、成本低。九孔探针使用前必须进行校准，所谓校准就是将九孔探针放置在已知风速和方向的非均匀流场中，测量九孔探针在不同风速、不同风压梯度、不同偏转角和仰俯角时的9个测压孔的压力，绘制出角度特性曲线、动压特性曲线、总压特征曲线、静压特性曲线等校准曲线。在复杂三维风场测试时，便可通过不转动法测试九个测压孔的压力，再查询校准曲线得到三维风场风速标量与矢量。由于现有的探针校准机构大都是用于三孔、五孔、七孔探针校准，只能在校准风洞出风口固定位置测量探针的不同偏转角和仰俯角的测压孔压力，不能实现不同风压梯度位置下的校准，并不适用于三维复杂流场九孔探针的校准。
发明内容
为了克服现有校准机构存在的无法在不同风压梯度位置下进行探针校准的不足，本发明提出了一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，主要由Y轴减速转盘组件、转盘连接件、Z轴直线导轨组件、直角固定块、直角固定块螺栓、旋台连接螺栓、X轴旋台组件、探针固定套、固定套螺栓、顶丝、转盘螺栓组成。
所述Y轴减速转盘组件位于校准机构的下部，水平放置，与风洞出口平台固定连接。所述Y轴减速转盘组件与所述Z轴直线导轨组件通过所述转盘连接件固定连接，所述Z轴直线导轨组件与所述X轴旋台组件通过所述直角固定块固定连接，所述探针固定套与所述X轴旋台组件固定连接，探针穿过所述探针固定套，所述顶丝与所述探针固定套匹配，用于固定所述探针。
所述探针为九孔探针，即校准件，校准件安装在校准机构上，通过调整校准机构的所述Y轴减速转盘组件、所述Z轴直线导轨组件、所述X轴旋台组件，使九孔探针探测风洞出口三维复杂流场的风压性能参数。
所述Y轴减速转盘组件包括步进电机、联轴器、转盘机构。所述转盘机构包括底盘、转盘、转盘轴、传动轴、传动齿轮组。所述Y轴减速转盘组件的步进电机、所述转盘轴、所述传动齿轮组均与所述底盘相连接，所述转盘与转盘轴固定连接，所述转盘在所述底盘上侧，可以绕所述转盘轴旋转，所述Y轴减速转盘组件的步进电机通过所述Y轴减速转盘组件的联轴器与所述Y轴减速转盘组件的传动轴连接，所述传动轴与所述传动齿轮组连接，所述传动齿轮组与所述转盘轴连接，所述转盘轴与所述转盘固定连接。Y轴减速转盘组件的步进电机的旋转依次驱动Y轴减速转盘组件的联轴器、传动轴、传动齿轮组、转盘轴、转盘，使所述转盘在Y轴减速转盘组件的步进电机的旋转驱动下绕所述转盘轴旋转。所述转盘连接件与所述转盘通过所述转盘螺栓固定连接，Y轴减速转盘组件的底盘与风洞出口平台固定连接，底盘保持水平。
所述Z轴直线导轨组件包括步进电机、联轴器、支架、螺杆、滑块。Z轴直线导轨组件的步进电机与所述支架固定连接，Z轴直线导轨组件的步进电机与Z轴直线导轨组件的联轴器固定连接，Z轴直线导轨组件的联轴器与所述螺杆固定连接。Z轴直线导轨组件的步进电机通过Z轴直线导轨组件的联轴器驱动所述螺杆旋转，所述螺杆与所述支架、所述滑块连接，所述螺杆的旋转可带动所述滑块沿所述支架向上移动或者向下移动。所述转盘连接件与所述支架固定连接，所述直角固定块与所述滑块通过所述直角固定块螺栓固定连接。
所述X轴旋台组件为涡轮蜗杆旋台，包括壳体、旋台、涡轮、蜗杆、步进电机。所述旋台、所述涡轮、所述蜗杆位于所述壳体一测，所述涡轮与所述旋台固定连接，所述旋台可以在所述壳体内旋转。X轴旋台组件的步进电机与所述壳体固定连接，X轴旋台组件的步进电机的输出轴与所述蜗杆固定连接，X轴旋台组件的步进电机的旋转驱动所述蜗杆旋转，所述蜗杆旋转驱动所述涡轮，所述涡轮与所述旋台一同在所述壳体内旋转。所述壳体与所述直角固定块通过所述旋台连接螺栓固定连接，所述探针固定套与所述旋台通过固定套螺栓固定连接，且可以随所述旋台的旋转而旋转。
上述的三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，所述Y轴减速转盘组件的转盘台面直径为100mm，转盘侧面设置刻度，用于定位旋转角度，减速转盘减速比为90:1，减速转盘减速比即Y轴减速转盘组件的步进电机转速与转盘转速比。
所述转盘通过Y轴减速转盘组件的步进电机驱动，配合Y轴减速转盘组件的步进电机的驱动器、可编程运动控制器实现转盘的任意角度旋转控制，Y轴减速转盘组件的步进电机的步距角为1.8°，Y轴减速转盘组件的转盘分辨率为0.02°，即可以准确控制探针的水平偏转角度。
上述的三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，所述Z轴直线导轨组件的丝杆为4mm导程滚珠丝杆，Z轴直线导轨组件的联轴器为弹性联轴器。
在Z轴直线导轨组件步进电机的驱动器、可编程动控制器作用下，实现所述滑块的上下移动，移动位移定位精度为0.03mm，即可以准确控制探针的上下位移量。
上述的三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，所述X轴旋台组件的蜗杆与旋台传动比为45:1，即X轴旋台组件的步进电机与所述旋台传动比为45:1，在X轴旋台组件的步进电机的驱动器、可编程运动控制器的作用下，所述旋台旋转的分辨率为0.01°，即可以准确控制探针俯仰偏转角度。
本发明的有益效果是：
一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，可以快速准确调整九孔探针在校准时候的不同风压梯度的位置以及不同偏转角、俯仰角。当梯度流动或者斜流流过探针杆的头部时，可以精确保持九孔探针在校准风场中的位置以测量迎风面和背风面的压力差，进而提高九孔探针的测量精度和效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明机构主视图；
图2为本发明机构右视图；
图3为本发明机构俯视图；
图4a为转盘连接件主视图；
图4b为转盘连接件俯视图；
图5a为直角固定块主视图；
图5b为直角固定块俯视图；
图6a为探针固定套主视图；
图6b为探针固定套俯视图；
图7a为直线导轨主视图；
图7b为直线导轨右视图。
图中：1.步进电机；2.联轴器；3.Y轴减速转盘组件；4.转盘连接件；5.Z轴直线导轨组件；6.直角固定块；7.直角固定块螺栓；8.转台连接螺栓；9.X轴旋台组件；10.探针固定套；11.固定套螺栓；12.顶丝；13转盘螺栓；14.探针。
具体实施方式
实施例1
一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，主要由Y轴减速转盘组件3、转盘连接件4、Z轴直线导轨组件5、直角固定块6、直角固定块螺栓7、旋台连接螺栓8、X轴旋台组件9、探针固定套10、固定套螺栓11、顶丝12、转盘螺栓13组成，如图1所示。
Y轴减速转盘组件3包括步进电机1、联轴器2、转盘机构。转盘机构包括底盘、转盘台面、箱体、蜗杆、传动齿轮组。
Z轴直线导轨组件5包括步进电机1、联轴器2、支架、丝杆、滚珠螺母、滑块。
X轴旋台组件9包括壳体、旋台、涡轮、蜗杆、步进电机1。
如图1所示，Y轴减速转盘组件通过转盘连接件、转盘螺栓、与Z轴直线导轨组件相连接，Z轴直线导轨垂直与Y轴转速转盘台面。Z轴直线导轨组件通过直角固定块、直角固定块螺栓与X轴旋台组件相连接，X轴旋台组件中心轴垂直与Z轴直线导轨。探针固定套通过固定套螺栓与X轴旋台组件旋台连接，探针固定套与X轴旋台组件保持同一中心轴。探针位于探针固定套内通过顶丝与探针固定套连接。
Y轴减速转盘组件步进电机为两相42步进电机，转盘组件台面尺寸为100mm，台面侧边有刻度圈，方便定位角度度数，减速转盘内部通过蜗杆，传动齿轮组组成减速机构，减速比为90:1；转台通过步进电机驱动，配合步进电机驱动器、可编程运动控制器实现转台面的任意角度旋转控制，步进电机步距角为1.8°，通过减速后Y轴减速转盘分辨率可达0.02°，可以控制探针校准时精准的角度俯仰。
Z轴直线导轨组件步进电机为两相42步进电机，丝杆为4mm导程滚珠丝杆，滚珠螺母尺寸为φ12mm，滑块固定于滚珠螺母上，滚珠螺母与丝杆配合，丝杆与支架配合，Z轴直线导轨组件行程为100mm，由步进电机驱动配合步进电机运驱动器、可编程动控制器可以实现滑块上下位移，定位精度0.03mm，可以控制探针校准时精准的上下位移。
X轴方向由涡轮蜗杆旋台，步进电机，探针固定套组成，蜗轮蜗杆旋台传动比为45:1，由直角固定块连接与直线导轨滑块上，步进电机与蜗杆轴相连，探针固定套与旋台面固定，九孔探针通过顶丝与探针固定套连接。该组件配合步进电机驱动器、可编程运动控制器可以实现旋台旋转在分辨率0.01°，可以精准的控制探针校准时偏转。
Claims (4)
1.一种三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，其特征在于，主要由Y轴减速转盘组件(3)、转盘连接件(4)、Z轴直线导轨组件(5)、直角固定块(6)、直角固定块螺栓(7)、旋台连接螺栓(8)、X轴旋台组件(9)、探针固定套(10)、固定套螺栓(11)、顶丝(12)、转盘螺栓(13)组成；
所述Y轴减速转盘组件(3)位于校准机构的下部，水平放置，与风洞出口平台固定连接；所述Y轴减速转盘组件(3)与所述Z轴直线导轨组件(5)通过所述转盘连接件(4)固定连接，所述Z轴直线导轨组件(5)通过所述直角固定块(6)与所述X轴旋台组件(9)固定连接，所述探针固定套(10)通过固定套螺栓(11)与所述X轴旋台组件(9)固定连接，探针(14)穿过所述探针固定套(10)，所述顶丝(12)与所述探针固定套(10)匹配，用于固定所述探针(14)；
所述探针(14)为九孔探针，即校准件，校准件安装在校准机构上，通过调整校准机构的所述Y轴减速转盘组件(3)、所述Z轴直线导轨组件(5)、所述X轴旋台组件(9)，使九孔探针探测风洞出口三维复杂流场的风压性能参数；
所述Y轴减速转盘组件(3)包括步进电机(1)、联轴器(2)、转盘机构；所述转盘机构包括底盘、转盘、转盘轴、传动轴、传动齿轮组；所述Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)、所述转盘轴、所述传动齿轮组均与所述底盘相连接，所述转盘与转盘轴固定连接，所述转盘在所述底盘上侧，可以绕所述转盘轴旋转，所述Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)通过所述Y轴减速转盘组件(3)的联轴器(2)与所述Y轴减速转盘组件(3)的传动轴连接，所述传动轴与所述传动齿轮组连接，所述传动齿轮组与所述转盘轴连接，所述转盘轴与所述转盘固定连接；Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)的旋转依次驱动Y轴减速转盘组件(3)的联轴器(2)、传动轴、传动齿轮组、转盘轴、转盘，使所述转盘在Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)的旋转驱动下绕所述转盘轴旋转；所述转盘连接件(4)与所述转盘通过所述转盘螺栓(13)固定连接，Y轴减速转盘组件(3)的底盘与风洞出口平台固定连接，底盘保持水平；
所述Z轴直线导轨组件(5)包括步进电机(1)、联轴器(2)、支架、螺杆、滑块；Z轴直线导轨组件(5)的步进电机(1)与所述支架固定连接，Z轴直线导轨组件(5)的步进电机(1)与Z轴直线导轨组件(5)的联轴器(2)固定连接，Z轴直线导轨组件(5)的联轴器(2)与所述螺杆固定连接；Z轴直线导轨组件(5)的步进电机(1)通过Z轴直线导轨组件(5)的联轴器(2)驱动所述螺杆旋转，所述螺杆与所述支架、所述滑块连接，所述螺杆的旋转可带动所述滑块沿所述支架向上移动或者向下移动；所述转盘连接件(4)与所述支架固定连接，所述直角固定块(6)与所述滑块通过所述直角固定块螺栓(7)固定连接；
所述X轴旋台组件(9)为涡轮蜗杆旋台，包括壳体、旋台、涡轮、蜗杆、步进电机(1)；所述旋台、所述涡轮、所述蜗杆位于所述壳体一测，所述涡轮与所述旋台固定连接，所述旋台可以在所述壳体内旋转；X轴旋台组件(9)的步进电机(1)与所述壳体固定连接，X轴旋台组件(9)的步进电机(1)的输出轴与所述蜗杆固定连接，X轴旋台组件(9)的步进电机(1)的旋转驱动所述蜗杆旋转，
所述蜗杆旋转驱动所述涡轮，所述涡轮与所述旋台一同在所述壳体内旋转；所述壳体与所述直角固定块(6)通过所述旋台连接螺栓(8)固定连接，所述探针固定套(10)与所述旋台通过固定套螺栓(11)固定连接，且可以随所述旋台的旋转而旋转。
2.根据权利要求1所述的三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，其特征在于，所述Y轴减速转盘组件(3)的转盘台面直径为100mm，转盘侧面设置刻度，用于定位旋转角度，减速转盘减速比为90:1，减速转盘减速比即Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)转速与转盘转速比；
所述转盘通过Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)驱动，配合Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)的驱动器、可编程运动控制器实现转盘的任意角度旋转控制，Y轴减速转盘组件(3)的步进电机(1)的步距角为1.8°，Y轴减速转盘组件(3)的转盘分辨率为0.02°，即可以准确控制探针(14)的水平偏转角度。
3.根据权利要求1所述的三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，其特征在于，所述Z轴直线导轨组件(5)的丝杆为4mm导程滚珠丝杆，Z轴直线导轨组件(5)的联轴器(2)为弹性联轴器；
在Z轴直线导轨组件(5)步进电机(1)的驱动器、可编程动控制器作用下，实现所述滑块的上下移动，移动位移定位精度为0.03mm，即可以准确控制探针(14)的上下位移量。
4.根据权利要求1所述的三维复杂流场九孔探针的高精度校准机构，其特征在于，所述X轴旋台组件(9)的蜗杆与旋台传动比为45:1，即X轴旋台组件(9)的步进电机(1)与所述旋台传动比为45:1，在X轴旋台组件(9)的步进电机(1)的驱动器、可编程运动控制器的作用下，所述旋台旋转的分辨率为0.01°，即可以准确控制探针(14)俯仰偏转角度。
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