CN207991790U - 一种喷管测力装置的天平 - Google Patents

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谢斌
李建强
李耀华
张威权
何成军
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Abstract

本实用新型公开了一种喷管测力装置的天平,包括自由连接端(701)、固定连接端(702)、支撑片(704)和横“门”梁(703);自由连接端(701)和固定连接端(702)相对,支撑片(704)和横“门”梁(703)位于自由连接端(701)和固定连接端(702)之间。本天平中测量元件柱梁前置,最大程度缩短天平校准中心距离喷管出口之间的距离,降低俯仰力矩和偏航力矩分量的载荷值,有利于天平各分量载荷大小的匹配协调,更有利于天平整体性能的提升;最大程度增加等值过渡段的长度,以减小附加力矩对轴向力分量的干扰。

Description

一种喷管测力装置的天平
技术领域
本实用新型涉及天平领域,特别是一种用于测力装置的天平。
背景技术
风洞试验过程中高压气流具有温度高、动压大的特点,天平用于测量高压气流作用下喷管的受力,天平的功能及测量精度直接决定了测力试验的准确性。已有的天平测量装置要么结构复杂,不具备通用性,要么测量精度低,不能满足试验要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种喷管测力装置的天平,解决天平测量装置结构复杂、不具备通用性和测量精度低的问题。
为实现上述目的,本实用新型公开了一种喷管测力装置的天平,包括自由连接端、固定连接端、支撑片和横“门”梁;
自由连接端和固定连接端相对,支撑片和横“门”梁位于第二测量段上。支撑片起支撑的作用,不用于轴向力测量;横“门”梁受力时可变形,用于测定轴向力。
进一步地,自由连接端包含一个外圆锥段和一个等直段,此处的外圆锥锥度为1:5。等直段与四个柱梁的一端相连。四个柱梁的另外一端与第二测量单元相连,第二测量单元的另外一端与固定连接端相连。固定连接端为一个外圆锥段,该外圆锥段的锥度为1:10。进一步地,四个柱梁分别为:第一柱梁、第二柱梁、第三柱梁和第四柱梁;
第一柱梁和第二柱梁用于测量法向力和俯仰力矩;第三柱梁和第四柱梁用于测量侧向力、偏航力矩和滚转力矩。
测量元件柱梁前置,最大程度缩短天平校准中心距离喷管出口之间的距离,降低俯仰力矩和偏航力矩分量的载荷值,有利于天平各分量载荷大小的匹配协调,更有利于天平整体性能的提升。
进一步地,自由连接端的圆锥段的轴线位置处开设一个天平信号线孔,用于引出天平信号线;
圆锥段上开设有键槽和螺纹中心孔。
天平信号线由轴线位置处引出,不占用其它空间,同时使得结构简单,接线稳定。
进一步地,自由连接端的圆锥段上开设有键槽和螺纹中心孔,键槽内安装键,用于将天平和前空气桥相连,螺纹中心孔用于安装M10螺母。
进一步地,固定连接端的圆锥段上有键槽和楔子孔,用于将天平与通气支杆固定连接。
固定连接端与通气支杆固定连接,不能有任何位移,键槽用于周向定位,楔子孔用于将天平与通气支杆锁紧。
进一步地,横“门”梁和四个柱梁上预先贴有电阻应变计。
测量元件的变形引起电阻应变计阻值变化,从而使应变计组成的惠斯顿电桥失去平衡产生电信号输出,将该信号的数值带入天平公式计算获得所测量的力和力矩大小。
进一步地,自由连接端的圆锥段的大端直径为28mm,长度为43mm,锥度为1:5。
进一步地,固定连接端的大端直径为26mm,长度为43mm,锥度为1:10的圆锥。
圆锥的结构使得安装时易于对准,使得安装方便。
进一步地,支撑片为四组,每组数量为六片,每片支撑片的高度是10mm,其横截面积是一个6mmX1.8mm的矩形。
支撑片起支撑作用,结构简单,易于加工。
本实用新型的有益效果为:
(1)测量元件柱梁前置,最大程度缩短天平校准中心距离喷管出口之间的距离,降低俯仰力矩和偏航力矩分量的载荷值,有利于天平各分量载荷大小的匹配协调,更有利于天平整体性能的提升;
(2)在模型空间尺寸允许的情况下,最大程度增加自由连接端等直段的长度以及第二测量单元过渡段的长度,以减小附加力矩对轴向力分量的干扰。
(3)该天平测量装置结构简单,具备很强的通用性,可应用于不同温度、压力的高压气流测力;
(4)该天平包含两个测力单元,各分量载荷采用不同的元件测量,保证每个分量测量的准确性,提高测量精度。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的从说明书中变得显而易见,或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本实用新型的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1是本实用新型的天平的整体结构示意图;
图2是本实用新型的天平的俯视图;
图3是本实用新型的天平A向局部示意图;
图4是本实用新型的天平B向局部示意图;
图5是本实用新型的天平的第二测量单元示意图;
图6是本实用新型的天平安装使用示意图。
图中标号:1-喷管、2-过渡段、3-密封头、4-M10螺栓、5-前空气桥、6-壳体、7-天平、8-通气支杆、9-后空气桥、10-定位环、11-支撑装置;
701-自由连接端、702-固定连接端、703-横“门”梁、704-支撑片、705-第一柱梁、706-第二柱梁、707-第三柱梁、708-第四柱梁、709-天平校准中心、710-第二测量单元(轴向力测量单元)中心。
711-第二测量单元;712-第二测量单元上部;713-第二测量单元下部;714-横“门”梁的上测量梁,715-横“门”梁的下测量梁;716-横“门”梁上、下测量梁连接部分;717-第二测量单元过渡段I;718-第二测量单元过渡段II。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。
本实用新型公开了一种喷管测力装置的天平,如图1和2所示,天平7是一个整体钢件结构,总长为228mm,直径为32mm,包括自由连接端701、固定连接端702、支撑片704和横“门”梁703。
自由连接端701和固定连接端702相对,支撑片704和横“门”梁703位于第二测量单元712上。
具体的,自由连接端701包含一个外圆锥段和一个等直段,此处的外圆锥锥度为1:5。等直段与四个主梁的一端相连。四个主梁的另外一端与第二测量单元711相连,第二测量单元的另外一端与固定连接端702相连。四个柱梁构成第一测量单元,四个柱梁为均匀布置。
自由连接端701的圆锥段的大端直径为28mm,长度为43mm,锥度为1:5,其轴线位置处开设一个直径为6mm的天平信号线孔,用于引出天平信号线,天平信号线用于与电阻应变计连接;自由连接端701的圆锥段上开设有键槽和螺纹中心孔,键槽内安装键,用于将天平7和前空气桥5相连,螺纹中心孔用于安装M10螺母4,由M10螺母4对自由连接端15进行固定。
本申请中,如图3所示,四个柱梁为:第一柱梁705、第二柱梁706、第三柱梁707和第四柱梁708。
与自由连接端701的结构相对应,固定连接端702为圆锥段,其大端直径为26mm,长度为43mm,锥度为1:10;固定连接端702上有键槽和楔子孔,用于将天平7与通气支杆8固定连接;固定连接端与通气支杆8之间没有相对移动。
本申请的优选实施例中,该天平第二测量单元包括分别位于左、右两侧的各一个个横“门”梁703和两组支撑片704,支撑片704在天平中起支撑作用,横“门”梁703用来测量试验过程中喷管承受的轴向力载荷。第二测量单元711首先利用线切割和电脉冲的加工方式将一整体棒料切割分为上第二测量单元上部712和第二测量单元下部713(金属材料被线切割或电脉冲加工处理后形成了第二测量单元上、下部之间的间隙),再利用电脉冲的加工方式分别在上部712和下部713上加工支撑片704和横“门”梁(即将各个支撑片之间的金属材料;横“门”梁的上、下测量梁之间的金属材料;支撑片、横“门”梁与第二测量单元单元上、下部分之间的金属材料利用电脉冲的方式“打”掉。上述材料“打”掉后,形成各个支撑片之间的间隙;横“门”梁上、下测量梁之间的间隙;各支撑片、横“门”梁与第二测量单元上、下部之间的间隙)。支撑片、横“门”梁加工完毕后,靠近四个柱梁端左、右两组支撑片的上端与第二测量单元上下部相连,下端与第二测量单元下部相连;靠近固定连接端702的两组支撑片的上端与第二测量单元上部相连,下端与第二测量单元下部相连。从图4和5来讲,中心线下方横“门”梁的上测量梁714一端与第二测量单元的上部相连;另一端与横“门”梁中的连接部分716相连,横“门”梁的下测量梁715一端与第二测量单元的下部相连,另一端与横“门”梁中的连接部分716相连。横“门”梁上、下测量梁的长度(沿中心线方向的长度)为13mm,上、下测量梁间的间隙为2mm,上、下测量梁的厚度均为2,3mm。中心线上方横“门”梁结构、尺寸与中心线下方横“门”梁的一致,只是上横“门”梁的中的连接部分是靠近固定连接端702,而下横“门”梁中的连接部分是靠近四个柱梁端。总之,第二测量单元上部712和第二测量单元下部分713两者是彼此独立的,不直接相连,他们之间的联系仅仅是通过4组支撑片和2个横“门”梁结构来实现。
当天平7承受轴向力载荷时,载荷通过自由连接端701、四个柱梁传递到第二测量单元下部,使其沿中心线往靠近固定连接端702的方向移动,从而带动与之相连的支撑片按相同方向移动,进而带动第二测量单元上部按相同方向移动。由于第二测量单元上、下部分的移动,使中心线上、下方横“门”梁上、下测量梁均发生弯曲变形(假如:中心线下方横“门”梁上、下测量梁均发生向下的弯曲变形,那么中心线上方横“门”梁上、下测量梁则均发生向上的弯曲变形),从而使预先粘贴在两个(中心线上、下方个一个)横“门”梁的上、下测量梁上的应变计阻值发生改变,使其惠斯通电桥产生电信号输出,通过该电信号数值计算得到天平所受的轴向力。在本申请的一个实施例中,支撑片704为数量相同的四组,较为优选的,每组支撑片704数量为六片,每个支撑片704之间为独立的,更为具体的,每片支撑片的高度是10mm,其横截面积是一个6mm×1.8mm的矩形。
为了使用时测力的需求,横“门”梁703和四个柱梁上预先贴有电阻应变计。
天平7的测量元件由两部分组成,一部分用作天平的法向力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩、滚转力矩测量的第一测量单元,另一部分用作天平的轴向力测量的第二测量单元。
天平7的第一测量单元为四个柱梁。天平校准中心709在沿天平7轴线方向上四个柱梁的中心点位置处,天平校准中心709属于行业内的称谓,是一个不存在的理论点。其中,第一柱梁705和第二柱梁706用作法向力和俯仰力矩的测量;第三柱梁707和第四柱梁708用作侧向力、偏航力矩和滚转力矩的测量,测量单元的变形通过电阻应变计的阻值变化来反映,采用四个柱梁结构可有效提升天平滚转力矩分量的灵敏度。与传统测力天平中力和力矩(滚转力矩除外)均采用测量梁弯曲变形原理不同,该天平7的法向力、侧向力分量的测量原理是:测量柱梁“S”变形。偏航力矩、俯仰力矩分量的测量原理是:测量柱梁的弯曲变形。采用这种结构的好处是:测量元件前置,最大程度缩短天平校准中心709距离喷管1出口之间的距离,降低俯仰力矩和偏航力矩分量的载荷值,有利于天平各分量载荷大小的匹配协调,更有利于天平整体性能的提升。
天平7的第二测量单元711包含支撑片704和横“门”梁703,支撑片704与横“门”梁703相结合,用于测量天平7的轴向力,支撑片704用于支撑、连接第二测量单元上部712和第二测量单元下部713,横“门”梁703用来测量轴向力。如图2所示,轴向力测量单元中心710是指结构的几何中心位置,轴向力测量单元中心710与天平校准中心709存在一定距离,法向力或者侧向力作用时,将对轴向力测量单元产生一定的附加力矩,为减小附加力矩对轴向力分量的干扰,在模型空间尺寸允许的情况下,最大程度增加第二测量单元过渡段I717的长度。四个柱梁(705、706、707、708)、支撑片704、横“门”梁703机械结构的详细尺寸是通过有限元优化设计获得。
使用时,天平位于整个喷管测力装置的内部,如图6所示,通气支杆8的进气端通过定位环10和螺母与支撑装置11相连,通气支杆8的出气端与前空气桥5可拆卸的连接,前空气桥5和通气支杆8上均有天平安装锥孔,天平7两端分别位于前空气桥5和通气支杆8的天平安装锥孔内,M10螺栓4与天平7螺纹连接,并且位于前空气桥5的外侧,前空气桥5与密封头3相连,将天平7密封于密封头3、前空气桥5和通气支杆8所形成的密闭空间内,壳体6位于前空气桥5和通气支杆8出气端的外侧,且壳体6一端与前空气桥5可拆卸连接,壳体6另一端通过后空气桥9与通气支杆8相连,过渡段II718与前空气桥5相连,使得密封头3位于过渡段II内部。过渡段II用于与喷管1相连。
综上所述,本实用新型提供了一种喷管测力装置的天平,测量元件柱梁前置,最大程度缩短天平校准中心距离喷管出口之间的距离,降低俯仰力矩和偏航力矩分量的载荷值,有利于天平各分量载荷大小的匹配协调,更有利于天平整体性能的提升;在模型空间尺寸允许的情况下,最大程度增加自由连接端等直段的长度以及第二测量单元过渡段I717和第二测量单元过渡段II718的长度,以减小附加力矩对轴向力分量的干扰;该天平测量装置结构简单,具备很强的通用性,可应用于不同温度、压力的高压气流测力;该天平包含两个测力单元,各分量力采用不同的原件测量,保证每个分量测量的准确性,提高测量精度。
以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式,但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷管测力装置的天平,其特征在于,包括自由连接端(701)、固定连接端(702)、支撑片(704)和横“门”梁(703);
自由连接端(701)和固定连接端(702)相对,支撑片(704)和横“门”梁(703)位于自由连接端(701)和固定连接端(702)之间。
2.根据权利要求1所述的天平,其特征在于,所述自由连接端(701)包含一个外圆锥段和一个等直段,所述外圆锥段的锥度为1:5;等直段与四个柱梁的一端相连;四个柱梁的另外一端与第二测量段(711)相连,第二测量段的另外一端与固定连接端(702)相连;所述固定连接端(702)为一个外圆锥段,所述外圆锥段的锥度为1:10。
3.根据权利要求2所述的天平,其特征在于,所述四个柱梁分别为:第一柱梁(705)、第二柱梁(706)、第三柱梁(707)和第四柱梁(708);
所述第一柱梁(705)和第二柱梁(706)用于测量法向力和俯仰力矩;所述第三柱梁(707)和第四柱梁(708)用于测量侧向力、偏航力矩和滚转力矩。
4.根据权利要求2或3所述的天平,其特征在于,所述自由连接端(701)的圆锥段的轴线位置处开设一个天平信号线孔,用于引出天平信号线;
所述圆锥段上开设有键槽和螺纹中心孔。
5.根据权利要求4所述的天平,其特征在于,所述自由连接端(701)的圆锥段上开设有键槽和螺纹中心孔,键槽内安装键,用于将天平(7)和前空气桥(5)相连,螺纹中心孔用于安装M10螺母(4)。
6.根据权利要求5所述的天平,其特征在于,所述固定连接端(702)的圆锥段上有键槽和楔子孔,用于将天平(7)与通气支杆(8)固定连接。
7.根据权利要求5或6所述的天平,其特征在于,所述横“门”梁(703)和四个柱梁上预先贴有电阻应变计。
8.根据权利要求7所述的天平,其特征在于,所述自由连接端(701)的圆锥段的大端直径为28mm,长度为43mm,锥度为1:5。
9.根据权利要求8所述的天平,其特征在于,所述固定连接端(702)的大端直径为26mm,长度为43mm,锥度为1:10。
10.根据权利要求8或9所述的天平,其特征在于,所述支撑片(704)为四组,每组数量为六片,每片支撑片的高度是10mm,横截面是一个6mm×1.8mm的矩形。
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