一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，主要包括支架系統(tǒng)、動力裝置、流體機械模型以及連接動力裝置與流體機械模型的傳動機構(gòu)和密封系統(tǒng)。本實用新型通過定量精確地控制流體機械模型振蕩速度和角度，為流體機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供理論依據(jù)，為探索動態(tài)流動機理和流固耦合機理提供可靠的分析實驗數(shù)據(jù)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，節(jié)省空間，易于移動和拆卸，造價低，適于水洞實驗等小型實驗研究，且能有效解決傳動裝置的密封問題，避免因驅(qū)動系統(tǒng)零部件觸水而導(dǎo)致系統(tǒng)失效以及水洞實驗段滲水而導(dǎo)致水洞實驗性能降低。
【專利說明】一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型，涉及一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，屬于水利水電工程、海洋船舶工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空航天領(lǐng)域，為了避免動力失速、結(jié)構(gòu)上顫振和共振，振蕩翼型的動態(tài)特性受到越來越多的重視。在水力機械研究中，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加作用力以及動靜部件的擾動對湍流過程、邊界層的發(fā)展、流動結(jié)構(gòu)的時空分布有著重要的影響，非轉(zhuǎn)動/轉(zhuǎn)動部件的流場相互干擾的物理機制一直是研究的重點和難點。在螺旋槳、渦輪泵、水輪機啟停機、飛逸、增減負(fù)荷等瞬態(tài)過程中，暫態(tài)過程瞬變流動會使升力面的有效攻角發(fā)生改變，其內(nèi)部流動復(fù)雜多變，呈現(xiàn)出強烈的不穩(wěn)定性。因此，了解物體在動態(tài)變化下非穩(wěn)態(tài)水動力載荷和振動的變化，對了解水力機械瞬態(tài)過程非定常流動機理及動力特性，優(yōu)化水力機械的設(shè)計，提高水力性能有著重要的意義。
[0003]翼型是水力機械結(jié)構(gòu)的基本單元。目前，對繞水翼流動的研究工作大多是基于靜態(tài)物體下進(jìn)行，對振蕩水翼的流場結(jié)構(gòu)及動力特性的研究相對較少?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外已初步形成的動態(tài)實驗研究大多是在風(fēng)洞中進(jìn)行，由于風(fēng)洞與水洞實驗介質(zhì)的不同，風(fēng)洞中的動態(tài)實驗技術(shù)無法滿足水洞實驗對驅(qū)動系統(tǒng)、密封裝置等的使用要求，無法應(yīng)用于水洞實驗。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的驅(qū)動系統(tǒng)無法滿足水洞實驗的要求，提供一種可用于水洞實驗的振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)。可實現(xiàn)水翼定量精確振蕩旋轉(zhuǎn)運動，并可實現(xiàn)水翼的振蕩旋轉(zhuǎn)速度的改變。
[0005]本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，包括支架系統(tǒng)、動力裝置和傳動機構(gòu)；
[0007]所述支架系統(tǒng)由托板和支桿組成；
[0008]所述動力裝置包括步進(jìn)電機和減速器；
[0009]所述傳動機構(gòu)包括內(nèi)桿、套筒螺母、套筒、內(nèi)桿軸承以及內(nèi)桿薄片；
[0010]所述內(nèi)桿為圓柱形直桿，其圓柱直徑沿軸向分三級成階梯變化，依直徑從小到大的順序依次定義為內(nèi)桿第一級、內(nèi)桿第二級和內(nèi)桿第三級；內(nèi)桿第三級中心開有一孔，孔的形狀與減速器輸出軸形狀一致，從而實現(xiàn)動力傳遞效果；
[0011]在實際操作中，將內(nèi)桿第三級中心孔的形狀加工成與減速器輸出軸形狀難度較大，精確度也受到影響，因此先加工成圓柱形孔，然后在截面3/4圓處插入內(nèi)桿薄片，并在孔壁開有兩槽將內(nèi)桿薄片卡??；
[0012]所述內(nèi)桿薄片表面有條形紋路，以增大孔與減速器7輸出軸的摩擦系數(shù)；所述內(nèi)桿薄片采用鋼制材料制得；
[0013]所述套筒為中截面“凸”字形的圓環(huán)柱體；[0014]所述套筒螺母在水洞實驗段內(nèi)側(cè)與套筒伸出部分連接；
[0015]連接關(guān)系:電機與減速器固定連接；減速器固定在托板一側(cè)，減速器輸出軸穿過托板伸入內(nèi)桿第三級中心孔；內(nèi)桿伸入套筒中，內(nèi)桿第一級從套筒小端伸出在外，與實驗對象連接；內(nèi)桿第二級、內(nèi)桿第三級在套筒內(nèi)部，內(nèi)桿第二級與套筒接觸的位置通過密封圈密封，內(nèi)桿第三級通過內(nèi)桿軸承與套筒內(nèi)壁相連，內(nèi)桿軸承在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的作用；套筒大端固定在托板另一側(cè)，小端穿過水洞實驗段后面板伸至水洞實驗段內(nèi)部；支桿從托板固定套筒一側(cè)穿過托板并與之固定相連，同時支桿另一端固定在水洞實驗段后面板外側(cè)，實現(xiàn)整套驅(qū)動系統(tǒng)的支撐和固定；套筒螺母在水洞實驗段后面板內(nèi)側(cè)與套筒小端連接；套筒肩部與水洞實驗段后面板外側(cè)通過密封圈密封。
[0016]工作過程:接通電源后，根據(jù)電機與減速機轉(zhuǎn)速比對實驗所需振蕩角度、振蕩頻率、振蕩時間、啟停機振蕩加速度等參數(shù)進(jìn)行換算，基于換算后的參數(shù)通過控制器對電機工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，確認(rèn)無誤后啟動電機。此時，實驗流體機械模型將根據(jù)設(shè)置好的工況進(jìn)行振蕩運動，待水洞實驗段內(nèi)流動穩(wěn)定后即可開始實驗觀測和數(shù)據(jù)測量等工作。
[0017]有益效果
[0018]1、本實用新型的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于拆卸和移動，保證高效、快捷地完成實驗并獲取實驗數(shù)據(jù)；同時通過密封圈的合理應(yīng)用和布置，能有效解決傳動裝置的密封問題，避免因驅(qū)動系統(tǒng)零部件觸水而導(dǎo)致系統(tǒng)失效以及水洞實驗段滲水而導(dǎo)致水洞實驗性能降低，因此滿足水洞實驗要求；
[0019]2、本實用新型的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，節(jié)省空間，造價低廉，節(jié)約能源，適于水洞實驗等小型實驗研究；
[0020]3、本實用新型的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，通過步進(jìn)電機驅(qū)動流體機械結(jié)構(gòu)振蕩運動，從而可以定量精確地控制水翼的轉(zhuǎn)速和振蕩角度；
[0021]4、本實用新型的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，可以靈活更換不同流體機械模型，該實驗裝置能夠為流體機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供理論依據(jù)，為深入研究動態(tài)流動特性和流固耦合機理提供可靠的分析實驗數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)組裝立體示意圖；
[0023]圖2是本實用新型傳動機構(gòu)裝配圖；
[0024]圖3是本實用新型支架系統(tǒng)托板正視圖與左視圖；
[0025]圖4是本實用新型傳動機構(gòu)內(nèi)桿右視圖；
[0026]圖5是本實用新型傳動機構(gòu)套筒螺母左視圖。
[0027]其中，I—內(nèi)桿，2—套筒螺母,3一水洞實驗段后面板，4一套筒,5一托板,6一支桿，7一減速器，8—電機,9—內(nèi)桿軸承，10—內(nèi)桿薄片。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，具體說明本實用新型的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]實施例1
[0030]一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，包括支架系統(tǒng)、動力裝置和傳動機構(gòu)，如圖1所示；
[0031]所述支架系統(tǒng)由托板5和支桿6組成；
[0032]所述動力裝置包括步進(jìn)電機8和減速器7 ；
[0033]所述傳動機構(gòu)包括內(nèi)桿1、套筒螺母2、套筒4、內(nèi)桿軸承9以及薄片10，如圖2所示；
[0034]所述內(nèi)桿I為圓柱形直桿，其圓柱直徑沿軸向分三級成階梯變化，依直徑從小到大的順序依次定義為內(nèi)桿第一級、第二級和第三級；內(nèi)桿第三級中心開有一孔，孔的形狀與減速器7輸出軸一致，從而實現(xiàn)動力傳遞效果；由于在實際操作中，直接加工該形狀的孔難度較大，精確度也受到影響，因此先加工成圓柱形孔，然后在截面3/4圓處插入鋼制內(nèi)桿薄片10，并在孔壁開有兩槽將內(nèi)桿薄片10卡住，如圖4所示；內(nèi)桿薄片10表面有條形紋路，以增大孔與減速器7輸出軸的摩擦系數(shù)；
[0035]所述套筒4為中截面“凸”字形的圓環(huán)柱體；
[0036]所述套筒螺母2在水洞實驗段內(nèi)側(cè)與套筒4伸出部分連接；
[0037]連接關(guān)系:電源、電機8與控制器用導(dǎo)線連成控制回路；電源、控制器置于實驗平臺，位置可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；電機8連接控制器，控制器連接電源，電源用于給電機和控制器供電，電機用于驅(qū)動水翼的運動，控制器用于控制電機的輸出功率及轉(zhuǎn)速，其中電機8型號為LINIX57BYGHD451-03A，控制器型號為JJOl電機控制器；電機8通過螺釘與減速器7固定連接，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，減速器7型號為LINIX60JB20，通過螺釘固定在托板5 一側(cè)，減速器7輸出軸穿過托板5伸入內(nèi)桿I第三級與插有薄片10的孔配合，驅(qū)動內(nèi)桿I轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動流 體機械模型的振蕩運動；內(nèi)桿I伸入套筒4中，第一級從套筒4小端伸出在外，通過螺紋與流體機械模型連接；第二、三級在套筒4內(nèi)部，內(nèi)桿I第二級與套筒4接觸的位置通過兩個O形密封圈密封，O形密封圈型號參照GB1232-76選取，能有效防止水從內(nèi)桿與套筒間隙處泄露；內(nèi)桿I第三級通過內(nèi)桿軸承9與套筒4內(nèi)壁配合，內(nèi)桿軸承9為深溝球軸承，型號6202RZ，在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數(shù)的作用；托板材質(zhì)為鋼制長方形板材；套筒4大端通過沉頭螺釘垂直固定在托板5另一側(cè)，小端穿過水洞實驗段后面板3 ;支桿6從托板5固定套筒4 一側(cè)穿過托板5，在托板5兩側(cè)通過螺栓固定支桿6與托板5，螺栓參照GB/T5782-2000，根據(jù)支桿6直徑選取，其中托板5與支桿6連接孔加工成圓角矩形，以便適用于不同支桿間距的情況，如圖3所示；同時支桿6另一端通過焊接的方式固定在水洞實驗段后面板外側(cè)，實現(xiàn)整套驅(qū)動系統(tǒng)的支撐和固定；套筒螺母2在水洞實驗段后面板內(nèi)側(cè)與套筒4連接，受水洞實驗段內(nèi)部寬度的限制，套筒螺母2厚度較小，沿螺母環(huán)面一周均勻布置有4個通孔，如圖5所示，主要用于套筒螺母2的安裝和固定；套筒4肩部與水洞實驗段后面板3外側(cè)通過硅膠平墊矩形密封圈密封，由安裝時施加的接觸壓力，使其在徑向和軸向產(chǎn)生初始的密封性能，從而有效防止水從套筒4與水洞實驗段后面板3外側(cè)接觸間隙流出。
[0038]工作過程:一般情況下，振蕩速度?、振蕩頻率f和振蕩角度Cimax之間的換算關(guān)系如下:
【權(quán)利要求】
1.一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:包括支架系統(tǒng)、動力裝置和傳動機構(gòu)；所述支架系統(tǒng)由托板(5)和支桿(6)組成；所述動力裝置包括步進(jìn)電機(8)和減速器(7);所述傳動機構(gòu)包括內(nèi)桿(I)、套筒螺母(2)、套筒(4)、內(nèi)桿軸承(9)以及內(nèi)桿薄片(10);所述內(nèi)桿(I)為圓柱形直桿，其圓柱直徑沿軸向分三級成階梯變化，依直徑從小到大的順序依次定義為內(nèi)桿第一級、內(nèi)桿第二級和內(nèi)桿第三級；內(nèi)桿第三級中心開有一孔；所述套筒(4)為中截面“凸”字形的圓環(huán)柱體； 電機(8)與減速器(7)固定連接；減速器(7)固定在托板一側(cè)，減速器(7)輸出軸穿過托板(5)伸入內(nèi)桿(I)第三級中心孔；內(nèi)桿(I)伸入套筒(4)中，內(nèi)桿第一級從套筒(4)小端伸出在外，與實驗對象連接；內(nèi)桿第二級、內(nèi)桿第三級均在套筒(4)內(nèi)部，內(nèi)桿第三級通過內(nèi)桿軸承(9)與套筒(4)內(nèi)壁相連；套筒(4)大端固定在托板(5)另一側(cè)，小端穿過水洞實驗段后面板(3)伸至水洞實驗段內(nèi)部；支桿(6)從托板(5)固定套筒(4) 一側(cè)穿過托板(5)并與之固定相連，同時支桿(6)另一端固定在水洞實驗段后面板外側(cè)；套筒螺母(2)在水洞實驗段后面板內(nèi)側(cè)與套筒(4)小端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿第三級中心孔的形狀與減速器(7)輸出軸形狀一致。
3.如權(quán)利要求1所述的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿第三級中心孔的形狀為圓柱形孔，在截面3/4圓處插入內(nèi)桿薄片(10)，并在孔壁開設(shè)凹槽用于固定內(nèi)桿薄片(10)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿薄片(10)表面有條形紋路。
5.如權(quán)利要求1或3或4所述的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿薄片(10)的材料為鋼。
6.如權(quán)利要求1所述的一種水洞實驗用振蕩水翼驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿第二級與套筒(4)接觸的位置通過密封圈密封；所述套筒(4)肩部與水洞實驗段后面板(3)夕卜側(cè)通過密封圈密封。
【文檔編號】E02B1/02GK203546667SQ201320660321
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】王國玉, 吳欽, 黃彪, 劉濤濤 申請人:北京理工大學(xué)