CN208458906U - 一种机载螺旋桨动态拉力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，属于测力技术领域，包括电动机，拉力传感器，螺旋桨，底板。螺旋桨设置有桨轴，桨轴上依次安装有两定位轴承，中间固定有长轴齿轮。电动机的转动依次通过短轴齿轮，传动齿轮，长轴齿轮传递给桨轴。拉力传感器通过其上的拉力传感器输出轴，与轴承的内圈紧密配合。轴承的外圈，和弹簧的一端连接在一起，且相互之间不可滑动，弹簧的另一端，和桨轴相连，桨轴的旋转运动带动弹簧旋转。本实用新型提供的螺旋桨动态拉力测量装置减少了螺旋桨反扭，旋转震动及电动机重量对拉力测量结果的影响，结构简单，成本较低，测量精度高，安装与维护方便。

Description

一种机载螺旋桨动态拉力测量装置

技术领域

本实用新型涉及测力技术领域，具体而言，涉及一种机载螺旋桨动态拉力测量装置。

背景技术

不同状态下螺旋桨的拉力，是飞行器研究及设计过程中，一个重要的数据，螺旋桨的地面测试，需要对螺旋桨的拉力进行测量，而在一类机载动力测试飞行平台上，也需要对螺旋桨的拉力进行实时的测量，同时，对测量装置提出了更高的要求，如轻量化，高可靠性，高精确性。

过去，对螺旋桨的拉力测试，多为地面的静拉力测试，测量装置结构比较复杂，不容易转移到机载的测试平台上，而且，由于螺旋桨旋转会带来比较大的震动及反扭力，力传感器与待测对象硬性连接的方式，容易造成力传感器数据测量不准。

在中国公开专利[CN201710997476-一种无人机用螺旋桨动态拉力监测装置]中，采用的方案是，通过直线运动机构的设置，使机头推进系统能够沿着机身的轴向前后移动，而不会发生周向转动，能够实现在真实飞行条件下，螺旋桨的动态拉力的检测，但是，该方案中，拉力传感器布置在电动机的后部，实际测量的使整个推进系统的拉力而不是单独螺旋桨的拉力，且由于电动机质量大，推进系统的整体震动比较大。对拉力传感器的数据采集造成了比较大的影响，影响了测量的精度，导致测量的精度较低。

而且，由于实际飞行过程中，飞行器的姿态时刻在发生着改变，上述公开的专利没能考虑到飞行器姿态改变对拉力测量数值的影响，这进一步导致其采用的方案，测量的精度偏低。

发明内容

本实用新型提供了一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，旨在改善现有的无人机螺旋桨动态拉力测试装置，由于电动机等推进系统部件自身重量大，工作过程中震动大以及飞行器姿态改变对测量结果的影响，导致测量精度较低的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种机载螺旋桨拉力测试装置，包括电动机，拉力传感器，螺旋桨，底板；

所述的螺旋桨设置有桨轴，所述的桨轴靠近螺旋桨部分，设置有第一定位轴承，远离螺旋的部分，设置有第二定位轴承，而在第一定位轴承和第二定位轴承中间，固定有长轴齿轮。

所述的第一定位轴承安装在第一安装隔板上，所述的第二定位轴承安装在第二安装隔板上。两定位轴承的设置，限制了桨轴的方向，但不影响其旋转运动及在轴向上的运动。

所述的传动齿轮和电动机，也安装在第一安装隔板和第二安装隔板之间。传动齿轮的设置，可以将电动机的原始转速增速或减速后传递到桨轴上，以更高效地利用电动机。

所述的电动机的电机轴上安装有短轴齿轮，短轴齿轮与中间的传动齿轮啮合传递扭矩，传动齿轮最终与桨轴上的长轴齿轮啮合，带动桨轴旋转。所述的长轴齿轮，工作过程中，始终与传动齿轮保持接触，保证力传递的连续性。

所述底板上，还设置有第三安装隔板，所述的第三安装隔板上，设置有拉力传感器，所述的拉力传感器一端安装有拉力传感器输出轴，所述的拉力传感器输出轴，与轴承的内圈紧密配合。所述的轴承的外圈，和弹簧的一端连接在一起，且相互之间不可滑动;

所述的弹簧的另一端，和桨轴相连，桨轴的旋转运动带动弹簧旋转。由于轴承内圈和外圈可以比较自由地转动，故桨轴的旋转运动虽然带动了弹簧的旋转，但是该旋转运动不会传递给拉力传感器，从而避免了扭转对拉力传感器的影响，这里，拉力传感器只测量拉力。

进一步地，所述的拉力传感器输出轴，与桨轴同轴线布置。同轴布置，测力更加精确，同时避免由于不同轴造成的结构震动。

进一步地，所述的拉力传感器输出轴与轴承内圈的配合方式，可以是过盈配合，可以是在内圈上开孔拧螺丝，可以是拉力传感器输出轴和轴承内圈加工处匹配的螺纹，拉力传感器输出轴旋转安装于轴承内圈，并加螺丝胶。由于螺旋桨旋转产生拉力，带动桨轴向前运动，弹簧拉伸，所以拉力传感器输出轴与轴承内圈的配合，需保证一定的连接强度，旋转过程中不发生脱落。

进一步地，所述的桨轴，多个相同齿数，相同模数的齿轮同方向紧凑地固定在桨轴上，因为定制长轴齿轮成本较高，所以在这里优选地，多个相同齿数，相同模数的齿轮同方向紧凑地固定在桨轴上，可以使用普通齿轮，达到特殊的长轴齿轮的技术效果，进一步减少了成本。

进一步地，所述的第一安装隔板和第二安装隔板，其相隔距离为螺旋桨直径的5%-30%，申请人发现，当两安装隔板的相隔距离处于上述范围内时，能够较好地保持桨轴的方向，利用合理的结构设计来减少螺旋桨不完全平衡引起桨轴的震动。

进一步地，所述的传动齿轮，数量小于10个，以减少中间级的功率损失。

进一步地，所述的拉力传感器，附有姿态传感器，通过对飞行器当前姿态的读取，拉力传感器的实测拉力数据进行校正，得到更为精确的拉力值。

进一步地，所述的弹簧的劲度系数范围为0.2N/mm –5N/mm，申请人经过实践发现，当弹簧的劲度系数属于上述范围内时，减震效果较好，拉力检测得到的数值比较精确。

本实用新型提供了一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，在这种机载螺旋桨拉力测试装置上有电动机，拉力传感器，螺旋桨，底板。螺旋桨设置有桨轴，桨轴上依次安装有两定位轴承，中间固定有长轴齿轮。电动机的转动依次通过短轴齿轮，传动齿轮，长轴齿轮传递给桨轴。拉力传感器通过其上的拉力传感器输出轴，与轴承的内圈紧密配合。轴承的外圈，和弹簧的一端连接在一起，且相互之间不可滑动，弹簧的另一端，和桨轴相连，桨轴的旋转运动带动弹簧旋转。

工作过程是这样的：

启动电动机，电动机的旋转运动依次通过电机短轴齿轮，传动齿轮，长轴齿轮传递给桨轴，桨轴旋转，带动螺旋桨转动，桨轴在两个定位轴承的限位作用下，沿着轴向向前运动，使弹簧拉伸，同时，也带动弹簧旋转。由于弹簧固定于轴承的外圈上，所以弹簧的拉力能够传递给轴承的内圈，而扭力不传递，这样，拉力传感器便可测得实际的拉力值，而排除了扭力的干扰，同时，弹簧受力拉伸，具有缓冲减震的效果，可以减少桨轴震动对测力的干扰。姿态传感器读取飞行器当前的姿态，通过补偿由于飞行器姿态角对拉力测量的误差，使输出的拉力值更加接近实际值。

本实用新型提供的机载螺旋桨动态拉力测量装置，能够消除扭力及桨轴震动的干扰，更加精确地测量螺旋桨的拉力，同时，由于拉力传感器直接测量的是桨轴的拉力，降低了推进系统等部件自身重量，震动对测量结果精度的影响。而姿态传感器的引入，补偿了由于飞行器姿态角造成的拉力测量误差，使测量结果更加精确。本实用新型提供的机载螺旋桨动态拉力测量装置，结构简单，成本较低，测量精度高，安装与维护方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案， 下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，应当理解， 以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例， 因此不应被看作是对 范围的限定， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1：机载螺旋桨动态拉力测量装置总体的结构图；

图2：轴承-弹簧-桨轴的连接示意图；

图3：传动轴，长轴齿轮啮合示意图。

附图标记汇总

电动机1、传动齿轮11、短轴齿轮12、拉力传感器2、拉力传感器输出轴21、姿态传感器22，螺旋桨3、底板4、第一安装隔板41、第二安装隔板42、第三安装隔板43、第一定位轴承411、第二定位轴承421桨轴5、长轴齿轮51、轴承6、弹簧7 。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本实用新型实施例 中的附图， 对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然，所描述的实施例是 本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的机载螺旋桨动态拉力测量装置总体的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的轴承-弹簧-桨轴的连接示意图;

图3为本实用新型实施例提供的传动轴，长轴齿轮啮合示意图;

参照图1，本实用新型实施例一种机载螺旋桨拉力测试装置，包括电动机1，拉力传感器2，螺旋桨3，底板4；

所述的螺旋桨3设置有桨轴5，所述的桨轴5靠近螺旋桨3部分，设置有第一定位轴承411，远离螺旋的部分，设置有第二定位轴承421，而在第一定位轴承411和第二定位轴承421中间，固定有长轴齿轮51。

所述的第一定位轴承411安装在第一安装隔板41上，所述的第二定位轴承421安装在第二安装隔板42上。两定位轴承的设置，限制了桨轴5的方向，但不影响其旋转运动及在轴向上的运动。

所述的传动齿轮11和电动机1，也安装在第一安装隔板41和第二安装隔板42之间。传动齿轮11的设置，可以将电动机1的原始转速增速或减速后传递到桨轴5上，以更高效地利用电动机1。

所述的电动机1的电机轴上安装有短轴齿轮12，短轴齿轮12与中间的传动齿轮11啮合传递扭矩，传动齿轮11最终与桨轴5上的长轴齿轮51啮合，带动桨轴5旋转。所述的长轴齿轮51，工作过程中，始终与传动齿轮11保持接触，保证力传递的连续性。

所述底板4上，还设置有第三安装隔板43，所述的第三安装隔板43上，设置有拉力传感器2，所述的拉力传感器2一端安装有拉力传感器输出轴21，所述的拉力传感器输出轴21，与轴承6的内圈紧密配合。所述的轴承6的外圈，和弹簧7的一端连接在一起，且相互之间不可滑动，所述的弹簧7的另一端，和桨轴5相连，桨轴5的旋转运动带动弹簧7旋转。由于轴承6内圈和外圈可以比较自由地转动，故桨轴5的旋转运动虽然带动了弹簧7的旋转，但是该旋转运动不会传递给拉力传感器2，从而避免了扭转对拉力传感器2的影响，这里，拉力传感器2只测量拉力。

进一步地，所述的拉力传感器输出轴21，与桨轴5同轴线布置。同轴布置，测力更加精确，同时避免由于不同轴造成的结构震动。

进一步地，所述的拉力传感器输出轴21与轴承6内圈的配合方式，可以是过盈配合，可以是在内圈上开孔拧螺丝，可以是拉力传感器输出轴21和轴承6内圈加工处匹配的螺纹，拉力传感器输出轴21旋转安装于轴承6内圈，并加螺丝胶。由于螺旋桨3旋转产生拉力，带动桨轴5向前运动，弹簧7拉伸，所以拉力传感器输出轴21与轴承6内圈的配合，需保证一定的连接强度，旋转过程中不发生脱落。

进一步地，所述的桨轴5，多个相同齿数，相同模数的齿轮同方向紧凑地固定在桨轴5上，因为定制长轴齿轮51成本较高，所以在这里优选地，多个相同齿数，相同模数的齿轮同方向紧凑地固定在桨轴5上，可以使用普通齿轮，达到特殊的长轴齿轮51的技术效果，进一步减少了成本。

进一步地，所述的第一安装隔板41和第二安装隔板42，其相隔距离为螺旋桨3直径的5%-30%，申请人发现，当两安装隔板的相隔距离处于上述范围内时，能够较好地保持桨轴5的方向，利用合理的结构设计来减少螺旋桨3不完全平衡引起桨轴5的震动。

进一步地，所述的传动齿轮11，数量小于10个，以减少中间级的功率损失。

进一步地，所述的拉力传感器2，附有姿态传感器22，通过对飞行器当前姿态的读取，可对拉力传感器2的实测拉力数据进行校正，得到更为精确的拉力值

进一步地，所述的弹簧7的劲度系数范围为0.2N/mm –5N/mm，申请人经过实践发现，当弹簧7的劲度系数属于上述范围内时，减震效果较好，拉力检测得到的数值比较精确。

在本具体实施例中，将机身的壳状结构作为底板，用以固定各安装隔板，属于广义上的底板的概念，也应认为是在本使用新型的保护范围内。

在本具体实施例中，采用的弹簧7的劲度系数为1N/mm，而静止状态下，机头推进系统的重量为0.4kg，相应的计算及测试结果表明，该状态下，弹簧的固有频率约为7.8Hz，当螺旋桨的转速大于2000 r/min时，系统的隔振率保持在95%以上，而当转速大于1600r/min时，系统的隔振率在90%以上。

经过大量试验证明，本实用新型提供的机载动态拉力测量装置在标准螺旋桨的静拉力实验中使用，与风洞中应变天平测量数据对比，平均相对误差在5％以内，说明本实用新型的设计合理，隔振效果好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，包括电动机，拉力传感器，螺旋桨，底板；

其特征在于：

所述的螺旋桨设置有桨轴，所述的桨轴靠近螺旋桨部分，设置有第一定位轴承，远离螺旋的部分，设置有第二定位轴承，而在第一定位轴承和第二定位轴承中间，固定有长轴齿轮;

所述的第一定位轴承安装在第一安装隔板上，所述的第二定位轴承安装在第二安装隔板上;

所述的电动机的电机轴上安装有短轴齿轮，短轴齿轮与中间的传动齿轮啮合传递扭矩，传动齿轮最终与桨轴上的长轴齿轮啮合，带动桨轴旋转，所述的长轴齿轮，工作过程中，始终与传动齿轮保持接触;

所述的传动齿轮和电动机，也安装在第一安装隔板和第二安装隔板之间;

所述底板上，还设置有第三安装隔板，所述的第三安装隔板上，设置有拉力传感器，所述的拉力传感器一端安装有拉力传感器输出轴，所述的拉力传感器输出轴，与轴承的内圈紧密配合;

所述的轴承的外圈，和弹簧的一端连接在一起，且相互之间不可滑动;

所述的弹簧的另一端，和桨轴相连，桨轴的旋转运动带动弹簧旋转。

2.如权利要求1所述的一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，其特征在于，所述的拉力传感器输出轴，与桨轴同轴线布置。

3.如权利要求1所述的一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，其特征在于，所述的拉力传感器输出轴与轴承内圈的配合方式，可以是过盈配合，可以是在内圈上开孔拧螺丝，可以是拉力传感器输出轴和轴承内圈加工处匹配的螺纹，拉力传感器输出轴旋转安装于轴承内圈，并加螺丝胶。

4.如权利要求1所述的一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，其特征在于，所述的桨轴，多个相同齿数，相同模数的齿轮同方向紧凑地固定在桨轴上。

5.如权利要求1所述的一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，其特征在于，所述的第一安装隔板和第二安装隔板，其相隔距离为螺旋桨直径的5%-30%。

6.如权利要求1所述的一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，其特征在于，所述的传动齿轮，数量小于10个。

7.如权利要求1所述的一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，其特征在于，所述的拉力传感器，附有姿态传感器。

8.如权利要求1所述的一种机载螺旋桨动态拉力测量装置，其特征在于，所述的弹簧劲度系数范围为0.2N/mm –5N/mm。