技术领域
[0001] 本
发明涉及螺旋桨动力仪，尤其涉及一种应变式螺旋桨电测动力仪。
背景技术
[0002] 测量螺旋桨的推力和
扭矩的仪器称为螺旋桨动力仪。其目的为将测绘数据绘制成图谱，分析和完善理论设计，供实际螺旋桨设计需要。
[0003] 螺旋桨动力仪由机械式和电测式两种。机械式动力仪在试验时，用加减砝码的方法来平衡螺旋桨发出的推力和扭矩，该种形式的动力仪操作运算麻烦。
[0004] 而现有的电测试动力仪内部测试设备较为复杂，电测试动力仪多使用进口配件，价格高昂，装配费时；而且测量
精度不高，容易出现误差；不便于大范围使用。
发明内容
[0005] 本发明的目的是解决
现有技术中的问题，提供一种应变式螺旋桨电测动力仪。
[0006] 本发明的技术方案是：一种应变式螺旋桨电测动力仪，其特征在于：包括支座、安装于所述支座上方的伺服
电机、与
伺服电机传动相连的垂直
传动轴、以及与所述垂直传动轴通过
齿轮组相
啮合传动的
水平传动轴；所述水平传动轴的一端连接有推扭力传感装置，所述推扭力传感装置通过水平
主轴与螺旋桨相连接；所述水平传动轴的另一端通过滑环安装有
接线盒。
[0007] 所述伺服电机通过过度盘安装在所述支座的上方，所述伺服电机通过
联轴器与垂直传动轴相连。
[0008] 所述联轴器为星型弹性联轴器，在所述联轴器周向安装有止动盘，在止动盘的
法兰处开设有六个360°均布的
槽口，所述槽口内可插入手动
刹车锁死的止动杆。
[0009] 所述垂直传动轴与水平传动轴相啮合的齿轮组为螺旋伞齿组，包括两个等径
锥齿轮，其中一个锥齿轮安装在垂直传动轴尾端，另一个锥齿轮安装在与其啮合的水平传动轴上。
[0011] 推扭力传感装置的
导线从水平传动轴的空心部分穿出，经由滑环连接至接线盒。
[0012] 所述推扭力传感装置的后部法兰连接水平传动轴，前端通过法兰套筒连接水平主轴。
[0013] 所述推扭力传感装置包括梁式推力
传感器、四梁式扭矩传感器、传力杆、弹性片、连接接头以及压
块，所述推力传感器的一端通过槽
定位、
螺栓连接在扭矩传感器上，另一端通过传力杆连接到连接接头部分；所述扭矩传感器的另一端与弹性片通过三个正向的压块相连，而三个反向的压块将弹性片和连接接头连接在一起。
[0014] 所述六个压块为360°均布。
[0015] 所述推力传感器、扭矩传感器的应变片为金属箔
电阻应变片。
[0016] 本发明具有如下有益效果：
[0017] （1）本发明装配简单、造价低；
[0018] （2）本发明的齿轮组结构具有
传动比稳定，噪音低，承载能力高，工作可靠，结构紧凑，耐磨损，寿命长的特点；
[0019] （3）推扭力传感装置的应变片选用金属箔电阻应变片，与传统丝式应变计相比，箔式应变片具有蠕变小，横向效应小，疲劳寿命长，
散热条件好；
[0020] （4）本发明的动力仪量程范围为扭矩：±10N·m，推力：250N，电机为1.5Kw伺服电机，结构简洁，维护成本低；
[0021] （5）本发明的动力仪测试
吃水深度500mm，具有良好的水密性，可精确测量水中螺旋桨工作状态下的受力情况，误差控制在0.5%，在0～40°
温度下正常工作。
附图说明
[0022] 图1为本发明的结构示意图；
[0023] 图1a为本发明安装于轨道上的结构示意图；
[0024] 图1b为本发明水平主轴的结构示意图；
[0025] 图2为本发明止动盘、止动杆组成的手动刹车示意图；
[0026] 图3为本发明密封剖视图；
[0027] 图4为本发明螺旋伞齿轮垂直传动部分剖视图；
[0028] 图5a为本发明的推扭力传感装置主视图；
[0029] 图5b为本发明的推扭力传感装置等轴侧视图；
[0030] 图6为本发明的推扭力传感装置内部电桥布置原理图；
[0031] 图7为本发明滑环、接线盒装配示意图。
具体实施方式
[0032] 为了使本发明实现的技术手段、技术特征、发明目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0033] 如图1为本发明的一种应变式螺旋桨电测动力仪，包括支座3、安装于所述支座3上方的伺服电机2、与伺服电机2传动相连的垂直传动轴16、以及与所述垂直传动轴16通过齿轮组162相啮合传动的水平传动轴14；所述水平传动轴14的一端连接有推扭力传感装置161，所述推扭力传感装置161通过水平主轴13与螺旋桨4相连接；所述水平传动轴14的另一端通过滑环25安装有接线盒26。
[0034] 如图1a为本发明的安装图，附图中1为吊装架、2为伺服电机、3为支座、4为螺旋桨、5为轻轨试验轨道。轻轨试验轨道5为
循环水槽的一部分，吊装架1跨置在轻轨试验轨道5的上方，在吊装架1的下方吊装本发明的应变式螺旋桨电测动力仪。本发明的伺服电机2通过过度盘31安装在
流线型支座3的上方，并通过星型弹性联轴器21与垂直传动轴14相连，构成本发明的动力部分。
[0035] 如图2所示，在联轴器21的周向安装有止动盘6，止动盘6通过
紧定螺钉抱紧在联轴器21上；在止动盘6的法兰处开设有六个360°均布的槽口61，在槽口61内可插入手动刹车锁死的止动杆7，可将7止动杆插入槽口61实现手动刹车锁死。
[0036] 如图3、1b所示，为本发明的水下密封，其中9为密封套筒，位于水平主轴13的前部，螺旋桨4的后方。密封套筒9的内壁安装有轴向
密封件及端面V型油封，其中11为水平主轴外套，与密封套筒9之间通过
螺纹定位，通过V型油封8与水平主轴套12
过盈配合固定，10为用于轴向密封的O型圈，正如所有接缝处均安装有轴向密封和端向密封件，另在整个动力仪结构设计中，设计了通气孔，与干燥室相连。
[0037] 如图4所示为本发明的齿轮组，其中16为水平传动轴，本发明中水平传动轴14为空心轴，16为垂直传动轴，两者间通过15a、15b一对磨齿弧齿等径锥齿轮实现直
角传动。安装时，考虑到螺旋桨4的受力方向与
锥齿轮传动时的受力方向，根据螺旋桨4左旋/右旋，确定15a、15b的旋向，尽可能让其保持相反的方向，从而平衡掉一部分力，达到保护锥齿轮增加寿命的目的。先将15a与垂直传动轴16装配配合后用螺栓定位，再将水平空心轴14与15b装配，通过
垫圈和轴用锁紧
螺母定位，并安装一对角
接触轴承以吸收轴向上的作用力。
水平传动轴14上的零件全部安装完毕后一起装入动力仪中，并对齿轮进行啮合调整。该结构具有传动比稳定，噪音低，承载能力高，工作可靠，结构紧凑，耐磨损，寿命长等特点。
[0038] 如图5a、5b所示为推扭力传感装置161的装配示意图。推扭力传感装置161的后部法兰连接水平传动轴14，前端通过法兰套筒连接水平主轴13，为整套测量仪器中的重要部分。其组成包括：梁式推力传感器22、四梁式扭矩传感器21、传力杆20、弹性片18、连接接头19以及压块23。推力传感器22、扭矩传感器21均采用应变梁式，推力传感器22一端通过槽定位，螺栓连接在扭矩传感器21上，另一端通过传力杆20连接到连接接头19部分。扭矩传感器21的另一端与弹性片18通过三个正向的压块23相连，而三个反向的压块23将弹性片18和连接接头19连接在一起，六个压块为360°均布。工作时，前端的螺旋桨4转动，受到水流的作用力，连接螺旋桨4的水平主轴13将扭矩传给连接接头19部分，通过压块23及弹性片18、传力杆20的作用，使推力与扭矩分开，起到避免
信号干扰，保护元件增加使用寿命的作用，推扭力传感器均经过详细的计算及反复的校核、试验，在应变
变形比，信号输出大小，灵敏度，结构的
刚度之间选取比较合理的外形参数。
[0039] 图6所示为推力传感器22、扭矩传感器21上的应变片接线原理示意图。R1～R4为测量桥路应变率，Rt为零点温度补偿电阻，Ra为零点输出调整电阻，Rm为灵敏度温度补偿电阻，RI为线性补偿电阻。这些补偿电阻是为了以下几点：
[0040] 1)零漂：天平预热后，在零载与室温情况下，30分钟内各分量电桥输出的变化量，不大于天平设计量程时的电桥输出值得0.2%。
[0041] 2)温漂：天平在零
载荷情况下与使用
环境温度范围内，为10℃温度变化所引起的各分量电桥输出的变化量，不大于天平设计量程时的电桥输出值的0.2%。
[0042] 3)电桥各桥臂电阻差值：不大于0.3Ω。
[0043] 4)绝缘电阻：应变计、
电路与天平元件之间的电阻值，不小于2×103MΩ。
[0044] 应变片选用金属箔电阻应变片，与传统丝式应变计相比，箔式应变片具有蠕变小，横向效应小，疲劳寿命长，散热条件好等优点。通过对传感器进行计算确定贴片
位置，首尾线头相连，组成惠斯通电桥。当传感器的梁上贴应变片处由于受力而产生形变时，应变片中的电阻丝发生拉伸或者弯曲变形，从而电阻改变导致电桥逝去平衡，
输出信号，再经由放大
滤波器，输出给计算机或者记录仪进行
数据处理。
[0045] 图7所示为本发明的滑环安装示意图；滑环25安装在接线盒26的前方，利用
转子转动
定子不动的原理解决空心轴旋转时内部导线的缠绕问题。导线从水平传动轴14的中间空心处穿出，经由滑环25连接至该水平传动轴14末端的接线盒26处。
[0046] 接线盒26采用环
氧树脂纤维的绝缘材料制成，内焊有印刷线路板，数据线24从滑环25接出后连接到接线盒26内的印刷线路板，再从接线盒26上的小孔接出，连接到流线型支座3上方左侧接线盒的插头处。所述外部
数据采集系统包括一台计算机，数据采集卡和一套数据采集
软件。
[0047] 本发明的测试仪器量程范围为±10N·m，250N，电机为1.5Kw伺服电机，结构简洁，维护成本低。测试仪器吃水深度500mm，具有良好的水密性，可精确测量水中螺旋桨工作状态下的受力情况，误差控制在0.5%，0～40°温度下正常工作。
[0048] 综上所述仅为本发明较佳的
实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明
申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。
