專利名稱：軸系軸向脈動力測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置，尤其是涉及一種用于測量軸系的軸向脈動力測 量裝置，可用于軸向脈動力測量，也可用于軸向推力的測量。
背景技術(shù)：
船舶、艦艇航行時，其艉部的振動、輻射噪聲與艉部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、主推進(jìn) 裝置及艉部伴流場密切相關(guān)。由于螺旋槳來流的不均勻性和非定常性，作用在 螺旋槳葉片上的水動力脈動分量除了引起螺旋槳直接輻射聲外，還激勵螺旋槳 上方艙底板和葉片振動，并通過軸系和軸承座結(jié)構(gòu)傳遞到艦艇體結(jié)構(gòu)，弓l起艉
部振動和向水中輻射噪聲。實測數(shù)據(jù)表明，在低航速(4節(jié))時，這部分噪聲 比螺旋槳直接輻射聲高出10dB以上，即使在高航速(12節(jié))，在輻射噪聲頻譜 中的低頻段，這部分噪聲也比螺旋槳直接輻射聲高。因此，螺旋槳一軸系一艉 部結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)的振動和聲輻射是直接造成艦船和潛艇艉部高振動、高輻射噪 聲的重要原因之一。
近年來我國對艦艇螺旋槳不定常力通過軸系激勵艇體艉部結(jié)構(gòu)引起的振 動和水下輻射噪聲進(jìn)行了研究，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型和理論預(yù)報方法。 由于在實船上很難直接測量螺旋槳的不定常力，因此只能采用測量軸上傳遞的 軸向脈動力來換算到螺旋槳不定常力。然而國外的螺旋槳資料表明，螺旋槳軸 向激勵的脈動分量幅值約為其靜推力分量的6%。，其引起的軸系動應(yīng)變極為微 小，而且疊加在很大的靜應(yīng)變中，因此，很難采用傳統(tǒng)的直接應(yīng)變測量方法獲 取螺旋槳的軸向脈動力參數(shù)。國外在軸系軸向振動激勵力測量方面一直處于研 究之中，國內(nèi)以往也未對螺旋槳軸向脈動力進(jìn)行過實船或?qū)嵧У脑囼炑芯?，還 缺乏螺旋槳不定常激勵力、推力軸承動剛度等測試手段，因此，對螺旋槳通過 軸系傳遞激勵艇體結(jié)構(gòu)引起的低頻噪聲分量的預(yù)報分析來講，就缺乏了準(zhǔn)確的 輸入，因而阻礙了螺旋槳激勵軸系和艉部結(jié)構(gòu)振動噪聲的定量評估和控制研究 的進(jìn)一步深入。

發(fā)明內(nèi)容
3本申請人針對上述的問題，進(jìn)行了研究改進(jìn)，提供一種軸系軸向脈動力測 量裝置，精確測量軸系的軸向脈動力，為軸系及相關(guān)零部件減小振動噪聲進(jìn)行 改進(jìn)設(shè)計提供準(zhǔn)確的參數(shù)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種軸系軸向脈動力測量裝置，包括第一定位法蘭及第二定位法蘭，第一 定位法蘭及第二定位法蘭間隔一定距離固定安裝在軸上；兩根傳力桿對稱設(shè) 置，分別滑套在第二定位法蘭的滑槽中，其一端分別固定連接在第一定位法蘭 上；四片測力簧片兩兩對稱裝置在第二定位法蘭的兩側(cè)，測力簧片的一端分別 固定安裝在第二定位法蘭上，另一端分別與傳力桿固定連接；四個應(yīng)變計分別 貼裝在測力簧片上，四個應(yīng)變計之間采用全橋接線并且其輸出端連接遙測數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)。
進(jìn)一步的
所述第一定位法蘭與第二定位法蘭之間的間距與測力簧片軸向長度的比 值為30-50倍。
所述傳力桿的截面剛度與測力簧片的截面剛度的比值為80-120倍。
所述測力簧片兩端固定連接在法蘭固定塊及傳力桿固定塊上，法蘭固定塊 固定裝置在第二定位法蘭上，傳力桿固定塊固定裝置在傳力桿上。
所述第一定位法蘭由兩個半圓環(huán)形法蘭連接構(gòu)成，所述第二定位法蘭由兩 個帶滑槽的半圓環(huán)形法蘭連接構(gòu)成。
所述應(yīng)變計為半導(dǎo)體應(yīng)變計。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于
本發(fā)明公開的一種軸系軸向脈動力測量裝置，為軸系軸向脈動力測量提供 了一種結(jié)構(gòu)簡單、測試精度高的測量裝置，采用機(jī)械放大及應(yīng)變計全橋接線放 大相結(jié)合的微應(yīng)變測量技術(shù)，精確測量軸系的軸向脈動力，為軸系及相關(guān)零部 件減小振動噪聲進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計提供準(zhǔn)確的參數(shù)；測量裝置采用對稱結(jié)構(gòu)，減少 測量裝置對軸的影響，減少附加的動不平衡，提高測量精度；另外，采用半導(dǎo) 體應(yīng)變計使測量精度更高。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為應(yīng)變計的全橋接線示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 如圖1、 2所示，本發(fā)明包括第一定位法蘭2及第二定位法蘭4，第一定位 法蘭2及第二定位法蘭4間隔一定距離固定安裝在軸1上。兩根傳力桿3對稱 設(shè)置，分別滑套在第二定位法蘭4的滑槽7中，兩根傳力桿3的一端分別焊接 在第一定位法蘭2上，在本實施例中，第一定位法蘭2由兩個半圓環(huán)形法蘭201 連接構(gòu)成，兩個半圓環(huán)形法蘭201通過螺釘固定連接并卡套在軸1上；第二定 位法蘭4由兩個帶滑槽7的半圓環(huán)形法蘭401連接構(gòu)成,兩個半圓環(huán)形法蘭401 通過螺釘固定連接并卡套在軸1上。四片測力簧片5兩兩對稱裝置在第二定位 法蘭4的兩側(cè)，測力簧片5的一端與第二定位法蘭4固定連接，測力簧片5的 另一端與傳力桿3固定連接，第一定位法蘭2與第二定位法蘭4之間的間距L 與測力簧片軸向長度M的比值的最佳范圍為30~50倍，傳力桿3的截面剛度 與測力簧片5的截面剛度的比值的最佳范圍為80~120倍。四個應(yīng)變計6分別 貼裝在測力簧片5上，四個應(yīng)變計6 (應(yīng)變計A、應(yīng)變計B、應(yīng)變計C、應(yīng)變 計D)之間采用全橋接線(如圖3)并且其輸出端連接遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8， 應(yīng)變計6可采用電阻應(yīng)變計、半導(dǎo)體應(yīng)變計等。在本實施例中，測力簧片5兩 端焊接法蘭固定塊402及傳力桿固定塊301上，也就是說，兩片測力簧片5分 別焊接在法蘭固定塊402的兩側(cè)，并分別與兩塊傳力桿固定塊301焊接，法蘭 固定塊402通過螺釘固定裝置在第二定位法蘭4上，傳力桿固定塊301通過螺 釘固定裝置在傳力桿3上，第一定位法蘭2、第二定位法蘭4及傳力桿3均為 剛性構(gòu)件，測力簧片5為彈性元件，應(yīng)變計6采用半導(dǎo)體應(yīng)變計。傳力桿3可 在滑槽7中軸向自由滑動，測力簧片5及應(yīng)變計6均為市售商品，遙測數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)8選用德國KMT公司的MT32遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使用時，第一定位法 蘭2及第二定位法蘭4緊固于軸1上，當(dāng)軸l受到軸向周期脈動激勵時，應(yīng)力 波通過軸傳遞到第一定位法蘭2及第二定位法蘭4固定截面時，在第一定位法 蘭2及第二定位法蘭4的截面間產(chǎn)生相對周期變形，該變形通過與第一定位法 蘭2剛性連接的傳力桿3及第二定位法蘭4共同作用到測力簧片5上，由測力 簧片5上的應(yīng)變計6將變形量轉(zhuǎn)化為電信號輸出，由遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8采集、 發(fā)射、接收并輸入計算機(jī)測算出軸向脈動力(圖3)。在對某一型號船軸系軸向脈動力測量時，第一定位法蘭2、第二定位法蘭 4、傳力桿3、傳力桿固定塊301及法蘭固定塊402均采用鋁合金材料制造，測 力簧片5為0. 3毫米厚的錳銅質(zhì)彈性元件。傳力桿3的橫截面為矩形，與第二 定位法蘭4上的矩形滑槽7配合，滑槽7與傳力桿3之間留有0. 2毫米的間隙， 使用時可在滑槽7與傳力桿3之間涂上潤滑油，保證傳力桿3在滑槽7中自由 滑動。將第一定位法蘭2與第二定位法蘭4之間的間距L設(shè)定為1米，測力簧 片5軸向長度M設(shè)定為0.025米，傳力桿3寬度為30毫米，高15毫米；測力 簧片5的寬度10毫米，L/M的值為40，傳力桿3的截面剛度與測力簧片5的 截面剛度的比值為100，綜合傳力桿3的截面剛度、測力簧片5的截面剛度及 L/M的值，經(jīng)計算本裝置實際對螺旋槳脈動引起的軸系縱向微小應(yīng)變進(jìn)行機(jī)械 放大約28倍；四個應(yīng)變計之間全橋接線，電放大為4倍，本裝置總的放大可 達(dá)到110倍左右。另外應(yīng)變計使用1000歐姆封裝式半導(dǎo)體應(yīng)變計，其測量精 度可達(dá)到0.01微應(yīng)變級。為了能夠降低噪聲干擾和準(zhǔn)確地從旋轉(zhuǎn)推進(jìn)軸上采 集參數(shù)，遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8選用德國KMT公司的MT32遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括信號調(diào)理模塊、編碼發(fā)射模塊、接收模塊。實船測試前，先在實驗 室標(biāo)準(zhǔn)軸段上進(jìn)行系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定，即在軸段兩端施加軸向力，測取系統(tǒng)的靈敏 度系數(shù)。實船測試時，橋路供電采用6V的CR-P2高性能鋰電池，橋路輸出端 與MT32遙測系統(tǒng)的信號調(diào)理模塊連接，通過編碼發(fā)射模塊和接收模塊輸入計 算機(jī)。電池與信號調(diào)理模塊、編碼發(fā)射模塊及發(fā)射線圈用膠帶固定在軸上，隨 軸一起轉(zhuǎn)動。實船測試結(jié)果表明，軸系軸向脈動力測裝置的測試精度高，信噪 比大，信號穩(wěn)定，完全能夠滿足實船軸系0.001微應(yīng)變級的測試要求。
本發(fā)明的機(jī)械放大量取決于第一定位法蘭2與第二定位法蘭4之間的間距 L與測力簧片軸向長度M的比值，因此測量時需要盡可能長的軸系布置，綜合 考慮測量的經(jīng)濟(jì)性及測量的精度，通常L/M的比值在30 50倍。為了增加本發(fā) 明的電放大倍數(shù)，采用對稱布置測量簧片及應(yīng)變計，并且四個應(yīng)變計采用全橋 接線。
權(quán)利要求
1.一種軸系軸向脈動力測量裝置，其特征在于包括第一定位法蘭及第二定位法蘭，第一定位法蘭及第二定位法蘭間隔一定距離固定安裝在軸上；兩根傳力桿對稱設(shè)置，分別滑套在第二定位法蘭的滑槽中，其一端分別固定連接在第一定位法蘭上；四片測力簧片兩兩對稱裝置在第二定位法蘭的兩側(cè)，測力簧片的一端分別固定安裝在第二定位法蘭上，另一端分別與傳力桿固定連接；四個應(yīng)變計分別貼裝在測力簧片上，四個應(yīng)變計之間采用全橋接線并且其輸出端連接遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的軸系軸向脈動力測量裝置，其特征在于所述 第一定位法蘭與第二定位法蘭之間的間距與測力簧片軸向長度的比值為30~50 倍。
3. 按照權(quán)利要求1所述的軸系軸向脈動力測量裝置，其特征在于所述 傳力桿的截面剛度與測力簧片的截面剛度的比值為80-120倍。
4. 按照權(quán)利要求1所述的軸系軸向脈動力測量裝置，其特征在于所述測力簧片兩端固定連接在法蘭固定塊及傳力桿固定塊上，法蘭固定塊固定裝置 在第二定位法蘭上，傳力桿固定塊固定裝置在傳力桿上。
5. 按照權(quán)利要求1所述的軸系軸向脈動力測量裝置，其特征在于所述 第一定位法蘭由兩個半圓環(huán)形法蘭連接構(gòu)成，所述第二定位法蘭由兩個帶滑槽 的半圓環(huán)形法蘭連接構(gòu)成。
6. 按照權(quán)利要求1所述的軸系軸向脈動力測量裝置，其特征在于所述 應(yīng)變計為半導(dǎo)體應(yīng)變計。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸系軸向脈動力測量裝置，可用于軸向脈動力及軸向推力的測量，其特征在于包括第一定位法蘭及第二定位法蘭，第一定位法蘭及第二定位法蘭間隔一定距離固定安裝在軸上；兩根傳力桿對稱設(shè)置，分別滑套在第二定位法蘭的滑槽中；四片測力簧片兩兩對稱裝置在第二定位法蘭的兩側(cè)；四個應(yīng)變計分別貼裝在測力簧片上，四個應(yīng)變計之間采用全橋接線并且其輸出端連接遙測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明為軸系軸向脈動力測量提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、測試精度高的測量裝置，采用機(jī)械放大及應(yīng)變計全橋接線放大相結(jié)合的微應(yīng)變測量技術(shù)，精確測量軸系的軸向脈動力，為軸系及相關(guān)零部件減小振動噪聲進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計提供準(zhǔn)確的參數(shù)。
文檔編號G01L5/00GK101598617SQ200910032170
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者吳文偉, 謝基榕 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七○二研究所