CN116818174A - 适用于螺旋桨激振力测量的压电天平及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于螺旋桨激振力测量的压电天平及其测量方法，适用于螺旋桨激振力测量的压电天平包括多分力压电天平系统22、螺旋桨以及传动轴1，螺旋桨设置在传动轴1的上端；传动轴1上端内部设置有中空结构，多分力压电天平系统22设置在中空结构内部，所述多分力压电天平系统22的上端贴合螺旋桨且能够测量螺旋桨激振力。本发明方便了螺旋桨激振力的测量，使复杂环境下能通过多分力压电天平对螺旋桨非定常激振力进行估计，可以完全通过实际传感器测量的结果进行激振力的逆求解，可对多方向的动态激振力进行重构，多分力压电天平系统22设置在传动轴1内部能够避免极端环境带来的破坏，且提高了对高静态推力和扭矩的承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋桨测量技术领域，具体地，涉及一种适用于螺旋桨激振力测量的压电天平及其测量方法，尤其是一种适用于螺旋桨激振力测量的轴端嵌入式多分力压电天平及其测量方法。
背景技术
螺旋桨引起的振动噪声一直是船舶系统噪声的主要成分，如何准确测量旋转螺旋桨的非定常水动力对于振动噪声控制是十分有意义的，因此设计一款用于水下螺旋桨激励力测量的测力天平是必要的。
现有的用于船舶螺旋桨的测力动力仪体积大，结构复杂，不易安装。除此之外，其大多数直接测量得到静推力与扭矩，无法精确地对螺旋桨所受的非定常水动力进行测量，而完全运通过实验对其进行估计的装置几乎不存在，主要原因为螺旋桨非定常激力较为复杂，幅值远小于静推力，不易分辨，力的方向复杂，且动态范围宽，频谱成分丰富。
公开号为CN105021337A的专利文献公开了一种螺旋桨驱动旋转测力装置及测力方法。研制螺旋桨同步旋转测力装置有着重要的意义。一种螺旋桨同步旋转测力装置，其组成包括：驱动电机，所述的驱动电机采用变频交流电机，所述的变频交流电机的输出轴与扭矩传感器连接，所述的扭矩传感器的固定在安装平台上，所述的扭矩传感器经高速联轴器B与螺旋桨连接，所述的螺旋桨与滑环引电器连接，所述的滑环引电器的另一端与六分量旋转轴天平连接，所述的六分量旋转轴天平与螺旋桨桨毂连接。本发明应用于螺旋桨驱动旋转测力装置。但是该方案中传感器未紧挨螺旋桨，不具有较高的信噪比。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于螺旋桨激振力测量的压电天平及其测量方法。
根据本发明提供的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，包括多分力压电天平系统、螺旋桨以及传动轴，所述螺旋桨设置在传动轴的上端；
所述传动轴上端内部设置有中空结构，所述多分力压电天平系统设置在中空结构内部，所述多分力压电天平系统的上端贴合螺旋桨且能够测量螺旋桨激振力。
优选地，所述多分力压电天平系统包括上多分力测力盘、下多分力测力盘、压电式力传感器组以及丝杠滑块预紧机构；
所述上多分力测力盘的上端面连接紧挨螺旋桨，所述下多分力测力盘的下端面贴合所述中空结构的内端面，所述压电式力传感器组设置在上多分力测力盘与下多分力测力盘之间；
所述丝杠滑块预紧机构分别连接上多分力测力盘、下多分力测力盘以及压电式力传感器组且能够调整上多分力测力盘与下多分力测力盘之间的平行度，所述压电式力传感器组包括多个压电式力传感器。
优选地，所述螺旋桨包括空心桨毂、桨毂帽以及桨叶，所述传动轴上端面与空心桨毂下端面紧固连接，所述上多分力测力盘紧挨空心桨毂，所述下多分力测力盘与所述中空结构的内端面间隙配合。
优选地，所述压电式力传感器组包括多个轴对称安装的压电式力传感器。
优选地，所述丝杠滑块预紧机构与压电式力传感器一一对应设置；
所述丝杠滑块预紧机构包括蜗轮、蜗杆、楔形滑块、松紧螺旋丝杆、调节基座、阶梯轴、基座以及基座托板，所述基座托板连接调节基座且纵向设置在楔形滑块的一侧，所述调节基座下端面与压电式力传感器紧固连接，所述压电式力传感器的下端面连接下多分力测力盘；
所述楔形滑块的上端面与上多分力测力盘的下端面贴合，楔形滑块的下端面与调节基座的上端面贴合，所述调节基座的上端面为楔形面；
所述楔形滑块上沿横向设置螺纹孔，所述松紧螺旋丝杆穿过螺纹孔设置，松紧螺旋丝杆的一端连接基座托板，松紧螺旋丝杆的另一端固连蜗轮，蜗轮与纵向设置的蜗杆啮合，蜗杆与阶梯轴固连，阶梯轴的一端与基座可旋转连接，基座固定安装在下多分力测力盘上；
当所述丝杠滑块预紧机构调节平行度时，阶梯轴的另一端连接外接杆，在打开桨毂帽后，所述外接杆能够穿过空心桨毂通过阶梯轴带动蜗杆旋转，从而依次通过蜗轮与松紧螺旋丝杆带动楔形滑块在楔形面上滑动。
优选地，所述上多分力测力盘上在与阶梯轴对应的位置设置孔，所述孔的尺寸大于外接杆的直径；
当所述丝杠滑块预紧机构完成平行度调节时，拆卸外接杆，所述孔内部设置有密封塞。
优选地，所述松紧螺旋丝杆的一端通过接合装置连接基座托板；
所述基座托板上设置通孔，接合装置穿过通孔且与通孔之间间隙配合，接合装置的一端直径大于所述通孔，接合装置的另一端连接松紧螺旋丝杆；
当所述丝杠滑块预紧机构完成平行度调节时，所述基座托板上设置有定位停止销，所述定位停止销能够限制楔形滑块的纵向位置，从而防止楔形滑块在楔形面上滑动。
优选地，所述阶梯轴与基座之间设置有滚动轴承。
优选地，所述下多分力测力盘与传动轴上均沿轴向设置通孔，通孔内部设置线路。
根据本发明提供的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平的测量方法，采用所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，包括如下步骤：
步骤1：调节平行度，控制外接杆带动楔形滑块在楔形面上滑动，从而调节上多分力测力盘与下多分力测力盘之间的平行度；
步骤2：计算多分力压电天平系统与传动轴上中空结构管壁的综合作用的等效纵向刚度、等效横向刚度、等效扭转刚度以及等效弯曲刚度并作为参数保留；
步骤3：拆卸外接杆，控制螺旋桨开始工作，螺旋桨受到动态激振力；
步骤4：通过压电式力传感器组将受到的动态激振力转化为响应信号，所述响应信号通过LMS数据采集系统输入PC机；
步骤5：所述PC机根据步骤2中得到的参数，通过解耦等效力公式与力矩求逆公式对输入的信号进行处理，从而实现对于动态激振力的重构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构简单，操作方便，方便了螺旋桨激振力的测量，使复杂环境下能通过多分力压电天平对螺旋桨非定常激振力进行估计，可以完全通过多分力压电天平系统测量的结果进行激振力的逆求解，可对多方向的动态激振力进行重构。
2、本发明采用多分力压电天平系统设置在传动轴内部的技术手段，避免了极端环境带来的破坏，通过与传动轴空心管壁并联，提高了对高静态推力和扭矩的承载能力。
3、本发明采用多分力压电天平系统中设置丝杠滑块预紧机构的技术手段，通过微调以保证上下贴合平面的平行度，使压电式力传感器组受力基本均匀以便于力的估计。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1中A-A方向的剖视示意图；
图3为本发明中丝杠滑块预紧机构的主视结构示意图；
图4为本发明中丝杠滑块预紧机构的侧视结构示意图；
图5为本发明中适用于螺旋桨激振力测量的压电天平的测量方法步骤2的计算原理图；
图6为本发明中适用于螺旋桨激振力测量的压电天平的测量方法的步骤流程图；
图中示出：
传动轴1 蜗杆10
空心桨毂2 楔形滑块11
桨毂帽3 松紧螺旋丝杆12
桨叶4 接合装置13
多分力测力盘5 调节基座14
上多分力测力盘51 阶梯轴15
下多分力测力盘52 滚动轴承16
压电式力传感器组6 基座17
第一压电式力传感器61 基座托板18
第二压电式力传感器62 定位停止梢19
第三压电式力传感器63 楔形面20
第四压电式力传感器64 外接杆21
密封塞7 多分力压电天平系统22
丝杠滑块预紧机构8 孔23
蜗轮9
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
鉴于现有技术中的缺陷，本发明提出了一种适用于螺旋桨激振力测量的压电天平及其测量方法，压电天平位于轴端，紧挨螺旋桨，使得测得的信号具有高的信噪比；同时该测力压电天平主要由多个轴对称压电式力传感器组成，可准确稳定的测得系统的动态力响应，通过测量结果的解耦等效力、力矩的逆计算，对输入力进行重构；丝杠滑块预紧机构用于方便对多个压电式力传感器的受力均匀性进行调节。
根据本发明提供的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，如图1所示，包括多分力压电天平系统22、螺旋桨以及传动轴1，所述螺旋桨由空心桨毂2、桨毂帽3与桨叶4组成，设置在传动轴1的上端；所述传动轴1上端内部设置有中空结构，所述传动轴1上端面与空心桨毂2下端面通过多个螺栓相连接。所述多分力压电天平系统22设置在中空结构内部，多分力压电天平系统22的上端贴合螺旋桨且能够测量螺旋桨激振力。
如图3、图4所示，所述多分力压电天平系统22包括上多分力测力盘51、下多分力测力盘52、压电式力传感器组6以及丝杠滑块预紧机构8；所述上多分力测力盘51的上端面紧挨空心桨毂2，所述下多分力测力盘52的下端面贴合所述中空结构的内端面，所述压电式力传感器组6设置在上多分力测力盘51与下多分力测力盘52之间；所述丝杠滑块预紧机构8分别连接上多分力测力盘51、下多分力测力盘52以及压电式力传感器组6且能够调整上多分力测力盘51与下多分力测力盘52之间的平行度，所述压电式力传感器组6包括多个压电式力传感器。所述上多分力测力盘51紧挨空心桨毂2，所述下多分力测力盘52与所述中空结构的内端面间隙配合。所述压电式力传感器组6包括多个轴对称安装的压电式力传感器，该分布形式便于数据的解耦。所述下多分力测力盘52与传动轴1上均沿轴向设置通孔，通孔内部设置线路。
如图3、图4所示，所述丝杠滑块预紧机构8与压电式力传感器一一对应设置；所述丝杠滑块预紧机构8包括蜗轮9、蜗杆10、楔形滑块11、松紧螺旋丝杆12、接合装置13、调节基座14、阶梯轴15、滚动轴承16、基座17、基座托板18以及定位停止梢19，所述基座托板18连接调节基座14且纵向设置在楔形滑块11的一侧，所述调节基座14下端面与压电式力传感器通过螺栓相连接，压电式力传感器的下端面连接下多分力测力盘52。所述楔形滑块11的上端面与上多分力测力盘51的下端面贴合，楔形滑块11的下端面与调节基座14的上端面贴合，所述调节基座14的上端面为楔形面20；所述楔形滑块11上沿横向设置螺纹孔，所述松紧螺旋丝杆12穿过螺纹孔设置，松紧螺旋丝杆12的一端连接基座托板18，松紧螺旋丝杆12的另一端固连蜗轮9，蜗轮9与纵向设置的蜗杆10啮合，蜗杆10与阶梯轴15固连，阶梯轴15的一端与基座17可旋转连接，基座17固定安装在下多分力测力盘52上；当所述丝杠滑块预紧机构8调节平行度时，阶梯轴15的另一端连接外接杆21，在打开桨毂帽3后，所述外接杆21能够穿过空心桨毂2通过阶梯轴15带动蜗杆10旋转，从而依次通过蜗轮9与松紧螺旋丝杆12带动楔形滑块11在楔形面20上滑动。调节基座14与压电式力传感器组6通过螺栓固定。
如图1所示，所述上多分力测力盘51上在与阶梯轴15对应的位置设置孔23，所述孔23的尺寸大于外接杆21的直径；当所述丝杠滑块预紧机构8完成平行度调节时，拆卸外接杆21，所述孔23内部设置有密封塞7。所述的外接杆21轴向较长，可通过上多分力测力盘51中的孔23，螺旋桨延伸到外部，方便进行装置的调节，在调节之后，通过密封塞7进行密封，防止极端环境造成的测量系统失效。
如图4所示，所述松紧螺旋丝杆12的一端通过接合装置13连接基座托板18；所述基座托板18上设置通孔，接合装置13穿过通孔且与通孔之间间隙配合，接合装置13的一端直径大于所述通孔，接合装置13的另一端连接松紧螺旋丝杆12；当所述丝杠滑块预紧机构8完成平行度调节时，所述基座托板18上设置有定位停止销19，所述定位停止销19能够限制楔形滑块11的纵向位置，从而防止楔形滑块11在楔形面20上滑动。所述阶梯轴15与基座17之间设置有滚动轴承16。
实施例1：
本实施例提供了一种用于螺旋桨激振力测量的轴端嵌入式多分力压电天平，包括嵌入式的多分力压电天平系统22，空心桨毂2，桨叶4，桨毂帽3及传动轴1，多分力压电天平系统22安装在螺旋桨传动轴1内部，用于对螺旋桨所受到的非定常水动力或非定常气动力的重构，为了不受到极端环境的破坏，所述嵌入式多分力压电天平系统22位于传动轴1内部，一端紧挨螺旋桨的空心桨毂2，桨毂帽3与桨叶4，具有很高的信噪比；另一端与轴端带有中空结构的传动轴1相贴合；
所述的螺旋桨桨叶4安装在空心桨毂2上，通过桨毂帽3固定，所述的嵌入式多分力压电天平系统22安装在空心桨毂2与轴端带有中空结构的传动轴1之间，通过与传动轴1中空结构的管壁并联，提高对高静态推力和扭矩的承载能力；
所述的嵌入式多分力压电天平系统22由多分力测力盘5，压电式力传感器组6及丝杠滑块预紧机构8组成，压电式力传感器组6耐腐蚀，测量数据稳定，可对动态力响应进行测量，其包含第一压电式力传感器61、第二压电式力传感器62、第三压电式力传感器63以及第四压电式力传感器64，呈“口”字形分布，沿着轴对称安装，该分布形式便于数据的解耦，传动轴1与多分力测力盘5为间隙配合，传动轴1的上端面与空心桨毂2的端面接触部分通过多个螺栓相连接；
多分力测力盘5用于压电式力传感器组6与丝杠滑块预紧机构8的固定安装，压电式力传感器组6不与传动轴1接触，均匀的分布在上多分力测力盘51与下多分力测力盘52之间，下多分力测力盘52的下表面与传动轴1的内端面相贴合，并中间留有空心方便实验连接线的进出，上多分力测力盘51上表面与空心桨毂2的下端面相贴合，由于压电式力传感器组6灵敏度高，所以即使所述多分力测力盘5的贴合面在尽量保证较高的加工精度下，也很难确保压电式力传感器组6中每一个传感器受力均匀，为解决这一问题，设计了丝杠滑块预紧机构8，其位于压电式力传感器组6与上多分力测力盘51之间，通过微调以保证贴合平面的平行度使得压电式力传感器组6中四个压电式力传感器受力基本均匀以便于力的估计；
所述丝杠滑块预紧机构8通过上表面为水平面的楔形滑块11调节，楔形滑块11上表面紧挨上多分力测力盘51，下表面与调节基座14贴合，中间设有螺纹孔，用来安装松紧螺旋丝杆12；所述的松紧螺旋丝杆12在靠近基座托板18处与接合装置13相连，另一端与蜗轮9相固连。蜗轮9与蜗杆10相啮合。蜗杆10固连在阶梯轴15上，阶梯轴15通过滚动轴承16与基座17连接，基座17通过螺钉与下多分力测力盘52固定安装；所述的接合装置13穿过基座托板18在轴系配合时留有一定的空隙，一端与松紧螺旋丝杆12配合，另一端用于限制轴系的轴向位置，基座托板18上设有定位停止销19，用来限制楔形滑块11的位置，防止在楔形面20上滑动；
所述的阶梯轴15的上端有空心六角孔，外接杆21穿过上多分力测力盘51用于楔形滑块11位置的调节；外接杆21轴向较长，可通过上多分力测力盘51中的孔23，空心桨毂2延伸到外部，方便进行装置的调节。在调节之后，通过密封塞7对测量系统进行密封，防止极端环境造成的测量系统失效；丝杠滑块预紧机构8分别配合于第一压电式力传感器61、第二压电式力传感器62、第三压电式力传感器63以及第四压电式力传感器64，通过人工分别进行微调施加预紧力以保证配合面的平行度，使各个压电式力传感器受力基本均匀。
根据本发明提供的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平的测量方法，采用所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，包括如下步骤：
步骤1：调节平行度，控制外接杆21带动楔形滑块11在楔形面20上滑动，从而调节上多分力测力盘51与下多分力测力盘52之间的平行度；
步骤2：计算多分力压电天平系统22与传动轴1上中空结构管壁的综合作用的等效纵向刚度、等效横向刚度、等效扭转刚度以及等效弯曲刚度并作为参数保留；
步骤3：拆卸外接杆21，控制螺旋桨开始工作，螺旋桨受到动态激振力；
步骤4：通过压电式力传感器组6将受到的动态激振力转化为响应信号，所述响应信号通过LMS数据采集系统输入PC机；优选地，响应信号通过电荷放大器进入LMS数据采集系统；
步骤5：所述PC机根据步骤2中得到的参数，通过解耦等效力公式与力矩求逆公式对输入的信号进行处理，从而实现对于动态激振力的重构。
实施例2：
本实施例提供了所述适用于螺旋桨激振力测量的压电天平的测量方法的步骤2与步骤5的计算过程。
以压电式力传感器组6包括第一压电式力传感器61、第二压电式力传感器62、第三压电式力传感器63以及第四压电式力传感器64，四者呈“口”字形分布且轴对称安装方案为例：
步骤2中，多分力压电天平系统22与传动轴1中空结构的管壁并联，计算嵌入式多分力压电天平系统22与传动轴1管壁综合作用的等效纵向刚度，其相当于传动轴1空心轴薄壁刚度与压电式力传感器组6的纵向刚度并联，传动轴1空心轴薄壁的纵向等效刚度为：
其中，Et为传动轴1的弹性模量，At为传动轴1的空心轴横截面积，lt为传动轴1中空心部分的长度。
压电式力传感器组6的总纵向等效刚度为：
kz1＝4ks1
其中ks1为一个压电式力传感器的纵向刚度，kz1为并联压电式力传感器组6的纵向刚度。
故嵌入式可调节动力仪系统22与管壁的总等效纵向刚度为：
而kz1与ks1数量级相当，因此传动轴1的空心部分将有助于传感器受力的分担。
所述的嵌入式多分力压电天平系统22与传动轴1的空心管壁并联，计算嵌入式多分力压电天平系统22与传动轴1管壁综合作用的等效横向刚度，其计算较为复杂，首先，4个压电式力传感器之间既存在并联又存在串联，其等效刚度为：
其中ks2为一个压电式力传感器的横向刚度，kz2为并联压电式力传感器组6的横向刚度。
与此同时又与传动轴1管壁相互并联。故嵌入式多分力压电天平系统22与管壁的总横向刚度为
其中kt2为传动轴1空心轴薄壁的等效横向刚度。
同理计算嵌入式多分力压电天平系统22与传动轴1管壁综合作用的等效弯曲刚度及等效扭转刚度分别用k3与k4分别表示，压电式力传感器组6的等效弯曲刚度及等效扭转刚度为kz3、kz4。
步骤5中，响应信号通过LMS数据采集系统输入PC机的MATLAB程序内，通过解耦等效力公式与力矩求逆公式对输入的信号进行处理，所述的解耦等效力、力矩求逆公式分别为：
纵向力：
横向力(以y方向为例)：
弯矩(以绕y方向为例)：
扭矩：
其中，fx1，fx2，fx3，fx4，fy1，fy2，fy3，fy4，fz1，fz2，fz3，fz4分别为压电式力传感器组6中第一压电式力传感器61、第二压电式力传感器62、第三压电式力传感器63以及第四压电式力传感器64的测量结果，a为第一压电式力传感器61、第二压电式力传感器62、第三压电式力传感器63以及第四压电式力传感器64到圆心的x，y方向的距离；x轴与z轴方向的横向力与弯矩的求解同理。
本发明对于动态激振力的重构方法同样适用于不同安装方案的压电式力传感器组6，当同种或相似的原理被使用在不同安装方案的压电式力传感器组6时应同样受到保护。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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申请和简化描述，而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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，包括多分力压电天平系统(22)、螺旋桨以及传动轴(1)，所述螺旋桨设置在传动轴(1)的上端；
所述传动轴(1)上端内部设置有中空结构，所述多分力压电天平系统(22)设置在中空结构内部，所述多分力压电天平系统(22)的上端贴合螺旋桨且能够测量螺旋桨激振力。
2.根据权利要求1所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述多分力压电天平系统(22)包括上多分力测力盘(51)、下多分力测力盘(52)、压电式力传感器组(6)以及丝杠滑块预紧机构(8)；
所述上多分力测力盘(51)的上端面连接紧挨螺旋桨，所述下多分力测力盘(52)的下端面贴合所述中空结构的内端面，所述压电式力传感器组(6)设置在上多分力测力盘(51)与下多分力测力盘(52)之间；
所述丝杠滑块预紧机构(8)分别连接上多分力测力盘(51)、下多分力测力盘(52)以及压电式力传感器组(6)且能够调整上多分力测力盘(51)与下多分力测力盘(52)之间的平行度，所述压电式力传感器组(6)包括多个压电式力传感器。
3.根据权利要求2所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述螺旋桨包括空心桨毂(2)、桨毂帽(3)以及桨叶(4)，所述传动轴(1)上端面与空心桨毂(2)下端面紧固连接，所述上多分力测力盘(51)紧挨空心桨毂(2)，所述下多分力测力盘(52)与所述中空结构的内端面间隙配合。
4.根据权利要求2所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述压电式力传感器组(6)包括多个轴对称安装的压电式力传感器。
5.根据权利要求3所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述丝杠滑块预紧机构(8)与压电式力传感器一一对应设置；
所述丝杠滑块预紧机构(8)包括蜗轮(9)、蜗杆(10)、楔形滑块(11)、松紧螺旋丝杆(12)、调节基座(14)、阶梯轴(15)、基座(17)以及基座托板(18)，所述基座托板(18)连接调节基座(14)且纵向设置在楔形滑块(11)的一侧，所述调节基座(14)下端面与压电式力传感器紧固连接，所述压电式力传感器的下端面连接下多分力测力盘(52)；
所述楔形滑块(11)的上端面与上多分力测力盘(51)的下端面贴合，楔形滑块(11)的下端面与调节基座(14)的上端面贴合，所述调节基座(14)的上端面为楔形面(20)；
所述楔形滑块(11)上沿横向设置螺纹孔，所述松紧螺旋丝杆(12)穿过螺纹孔设置，松紧螺旋丝杆(12)的一端连接基座托板(18)，松紧螺旋丝杆(12)的另一端固连蜗轮(9)，蜗轮(9)与纵向设置的蜗杆(10)啮合，蜗杆(10)与阶梯轴(15)固连，阶梯轴(15)的一端与基座(17)可旋转连接，基座(17)固定安装在下多分力测力盘(52)上；
当所述丝杠滑块预紧机构(8)调节平行度时，阶梯轴(15)的另一端连接外接杆(21)，在打开桨毂帽(3)后，所述外接杆(21)能够穿过空心桨毂(2)通过阶梯轴(15)带动蜗杆(10)旋转，从而依次通过蜗轮(9)与松紧螺旋丝杆(12)带动楔形滑块(11)在楔形面(20)上滑动。
6.根据权利要求5所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述上多分力测力盘(51)上在与阶梯轴(15)对应的位置设置孔(23)，所述孔(23)的尺寸大于外接杆(21)的直径；
当所述丝杠滑块预紧机构(8)完成平行度调节时，拆卸外接杆(21)，所述孔(23)内部设置有密封塞(7)。
7.根据权利要求5所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述松紧螺旋丝杆(12)的一端通过接合装置(13)连接基座托板(18)；
所述基座托板(18)上设置通孔，接合装置(13)穿过通孔且与通孔之间间隙配合，接合装置(13)的一端直径大于所述通孔，接合装置(13)的另一端连接松紧螺旋丝杆(12)；
当所述丝杠滑块预紧机构(8)完成平行度调节时，所述基座托板(18)上设置有定位停止销(19)，所述定位停止销(19)能够限制楔形滑块(11)的纵向位置，从而防止楔形滑块(11)在楔形面(20)上滑动。
8.根据权利要求5所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述阶梯轴(15)与基座(17)之间设置有滚动轴承(16)。
9.根据权利要求2所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，其特征在于，所述下多分力测力盘(52)与传动轴(1)上均沿轴向设置通孔，通孔内部设置线路。
10.一种适用于螺旋桨激振力测量的压电天平的测量方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的适用于螺旋桨激振力测量的压电天平，包括如下步骤：
步骤1：调节平行度，控制外接杆(21)带动楔形滑块(11)在楔形面(20)上滑动，从而调节上多分力测力盘(51)与下多分力测力盘(52)之间的平行度；
步骤2：计算多分力压电天平系统(22)与传动轴(1)上中空结构管壁的综合作用的等效纵向刚度、等效横向刚度、等效扭转刚度以及等效弯曲刚度并作为参数保留；
步骤3：拆卸外接杆(21)，控制螺旋桨开始工作，螺旋桨受到动态激振力；
步骤4：通过压电式力传感器组(6)将受到的动态激振力转化为响应信号，所述响应信号通过LMS数据采集系统输入PC机；
步骤5：所述PC机根据步骤2中得到的参数，通过解耦等效力公式与力矩求逆公式对输入的信号进行处理，从而实现对于动态激振力的重构。
Priority Applications (1)
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| CN202210962454.1A CN116818174A (zh) | 2022-08-11 | 2022-08-11 | 适用于螺旋桨激振力测量的压电天平及其测量方法 |
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| CN116818174A true CN116818174A (zh) | 2023-09-29 |
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