一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、流體機(jī)械模型以及連接動(dòng)力裝置與流體機(jī)械模型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和密封系統(tǒng)。本實(shí)用新型通過(guò)定量精確地控制流體機(jī)械模型振蕩速度和角度，為流體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，為探索動(dòng)態(tài)流動(dòng)機(jī)理和流固耦合機(jī)理提供可靠的分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，節(jié)省空間，易于移動(dòng)和拆卸，造價(jià)低，適于水洞實(shí)驗(yàn)等小型實(shí)驗(yàn)研究，且能有效解決傳動(dòng)裝置的密封問(wèn)題，避免因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)零部件觸水而導(dǎo)致系統(tǒng)失效以及水洞實(shí)驗(yàn)段滲水而導(dǎo)致水洞實(shí)驗(yàn)性能降低。
【專利說(shuō)明】一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型，涉及一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)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(dòng)力失速、結(jié)構(gòu)上顫振和共振，振蕩翼型的動(dòng)態(tài)特性受到越來(lái)越多的重視。在水力機(jī)械研究中，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加作用力以及動(dòng)靜部件的擾動(dòng)對(duì)湍流過(guò)程、邊界層的發(fā)展、流動(dòng)結(jié)構(gòu)的時(shí)空分布有著重要的影響，非轉(zhuǎn)動(dòng)/轉(zhuǎn)動(dòng)部件的流場(chǎng)相互干擾的物理機(jī)制一直是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在螺旋槳、渦輪泵、水輪機(jī)啟停機(jī)、飛逸、增減負(fù)荷等瞬態(tài)過(guò)程中，暫態(tài)過(guò)程瞬變流動(dòng)會(huì)使升力面的有效攻角發(fā)生改變，其內(nèi)部流動(dòng)復(fù)雜多變，呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性。因此，了解物體在動(dòng)態(tài)變化下非穩(wěn)態(tài)水動(dòng)力載荷和振動(dòng)的變化，對(duì)了解水力機(jī)械瞬態(tài)過(guò)程非定常流動(dòng)機(jī)理及動(dòng)力特性，優(yōu)化水力機(jī)械的設(shè)計(jì)，提高水力性能有著重要的意義。
[0003]翼型是水力機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本單元。目前，對(duì)繞水翼流動(dòng)的研究工作大多是基于靜態(tài)物體下進(jìn)行，對(duì)振蕩水翼的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及動(dòng)力特性的研究相對(duì)較少?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外已初步形成的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究大多是在風(fēng)洞中進(jìn)行，由于風(fēng)洞與水洞實(shí)驗(yàn)介質(zhì)的不同，風(fēng)洞中的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)技術(shù)無(wú)法滿足水洞實(shí)驗(yàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、密封裝置等的使用要求，無(wú)法應(yīng)用于水洞實(shí)驗(yàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法滿足水洞實(shí)驗(yàn)的要求，提供一種可用于水洞實(shí)驗(yàn)的振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。可實(shí)現(xiàn)水翼定量精確振蕩旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)水翼的振蕩旋轉(zhuǎn)速度的改變。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0007]所述支架系統(tǒng)由托板和支桿組成；
[0008]所述動(dòng)力裝置包括步進(jìn)電機(jī)和減速器；
[0009]所述傳動(dòng)機(jī)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(jí)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(jí)、內(nèi)桿第二級(jí)和內(nèi)桿第三級(jí)；內(nèi)桿第三級(jí)中心開(kāi)有一孔，孔的形狀與減速器輸出軸形狀一致，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞效果；
[0011]在實(shí)際操作中，將內(nèi)桿第三級(jí)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(kāi)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(shí)驗(yàn)段內(nèi)側(cè)與套筒伸出部分連接；
[0015]連接關(guān)系:電機(jī)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(guò)托板伸入內(nèi)桿第三級(jí)中心孔；內(nèi)桿伸入套筒中，內(nèi)桿第一級(jí)從套筒小端伸出在外，與實(shí)驗(yàn)對(duì)象連接；內(nèi)桿第二級(jí)、內(nèi)桿第三級(jí)在套筒內(nèi)部，內(nèi)桿第二級(jí)與套筒接觸的位置通過(guò)密封圈密封，內(nèi)桿第三級(jí)通過(guò)內(nèi)桿軸承與套筒內(nèi)壁相連，內(nèi)桿軸承在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)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(guò)水洞實(shí)驗(yàn)段后面板伸至水洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)部；支桿從托板固定套筒一側(cè)穿過(guò)托板并與之固定相連，同時(shí)支桿另一端固定在水洞實(shí)驗(yàn)段后面板外側(cè)，實(shí)現(xiàn)整套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的支撐和固定；套筒螺母在水洞實(shí)驗(yàn)段后面板內(nèi)側(cè)與套筒小端連接；套筒肩部與水洞實(shí)驗(yàn)段后面板外側(cè)通過(guò)密封圈密封。
[0016]工作過(guò)程:接通電源后，根據(jù)電機(jī)與減速機(jī)轉(zhuǎn)速比對(duì)實(shí)驗(yàn)所需振蕩角度、振蕩頻率、振蕩時(shí)間、啟停機(jī)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(guò)控制器對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，確認(rèn)無(wú)誤后啟動(dòng)電機(jī)。此時(shí)，實(shí)驗(yàn)流體機(jī)械模型將根據(jù)設(shè)置好的工況進(jìn)行振蕩運(yùn)動(dòng)，待水洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)流動(dòng)穩(wěn)定后即可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和數(shù)據(jù)測(cè)量等工作。
[0017]有益效果
[0018]1、本實(shí)用新型的一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于拆卸和移動(dòng)，保證高效、快捷地完成實(shí)驗(yàn)并獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；同時(shí)通過(guò)密封圈的合理應(yīng)用和布置，能有效解決傳動(dòng)裝置的密封問(wèn)題，避免因驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)零部件觸水而導(dǎo)致系統(tǒng)失效以及水洞實(shí)驗(yàn)段滲水而導(dǎo)致水洞實(shí)驗(yàn)性能降低，因此滿足水洞實(shí)驗(yàn)要求；
[0019]2、本實(shí)用新型的一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，節(jié)省空間，造價(jià)低廉，節(jié)約能源，適于水洞實(shí)驗(yàn)等小型實(shí)驗(yàn)研究；
[0020]3、本實(shí)用新型的一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流體機(jī)械結(jié)構(gòu)振蕩運(yùn)動(dòng)，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(shí)用新型的一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以靈活更換不同流體機(jī)械模型，該實(shí)驗(yàn)裝置能夠?yàn)榱黧w機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，為深入研究動(dòng)態(tài)流動(dòng)特性和流固耦合機(jī)理提供可靠的分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組裝立體示意圖；
[0023]圖2是本實(shí)用新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖；
[0024]圖3是本實(shí)用新型支架系統(tǒng)托板正視圖與左視圖；
[0025]圖4是本實(shí)用新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)桿右視圖；
[0026]圖5是本實(shí)用新型傳動(dòng)機(jī)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(shí)驗(yàn)段后面板，4一套筒,5一托板,6一支桿，7一減速器，8—電機(jī),9—內(nèi)桿軸承，10—內(nèi)桿薄片。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，具體說(shuō)明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]一種水洞實(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)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(dòng)力裝置包括步進(jìn)電機(jī)8和減速器7 ；
[0033]所述傳動(dòng)機(jī)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(jí)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(jí)、第二級(jí)和第三級(jí)；內(nèi)桿第三級(jí)中心開(kāi)有一孔，孔的形狀與減速器7輸出軸一致，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞效果；由于在實(shí)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(kāi)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(shí)驗(yàn)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(jī)8與控制器用導(dǎo)線連成控制回路；電源、控制器置于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，位置可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；電機(jī)8連接控制器，控制器連接電源，電源用于給電機(jī)和控制器供電，電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)水翼的運(yùn)動(dòng)，控制器用于控制電機(jī)的輸出功率及轉(zhuǎn)速，其中電機(jī)8型號(hào)為L(zhǎng)INIX57BYGHD451-03A，控制器型號(hào)為JJOl電機(jī)控制器；電機(jī)8通過(guò)螺釘與減速器7固定連接，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，減速器7型號(hào)為L(zhǎng)INIX60JB20，通過(guò)螺釘固定在托板5 一側(cè)，減速器7輸出軸穿過(guò)托板5伸入內(nèi)桿I第三級(jí)與插有薄片10的孔配合，驅(qū)動(dòng)內(nèi)桿I轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)流 體機(jī)械模型的振蕩運(yùn)動(dòng)；內(nèi)桿I伸入套筒4中，第一級(jí)從套筒4小端伸出在外，通過(guò)螺紋與流體機(jī)械模型連接；第二、三級(jí)在套筒4內(nèi)部，內(nèi)桿I第二級(jí)與套筒4接觸的位置通過(guò)兩個(gè)O形密封圈密封，O形密封圈型號(hào)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(jí)通過(guò)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(hào)6202RZ，在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)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(zhǎng)方形板材；套筒4大端通過(guò)沉頭螺釘垂直固定在托板5另一側(cè)，小端穿過(guò)水洞實(shí)驗(yàn)段后面板3 ;支桿6從托板5固定套筒4 一側(cè)穿過(guò)托板5，在托板5兩側(cè)通過(guò)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(shí)支桿6另一端通過(guò)焊接的方式固定在水洞實(shí)驗(yàn)段后面板外側(cè)，實(shí)現(xiàn)整套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的支撐和固定；套筒螺母2在水洞實(shí)驗(yàn)段后面板內(nèi)側(cè)與套筒4連接，受水洞實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)驗(yàn)段后面板3外側(cè)通過(guò)硅膠平墊矩形密封圈密封，由安裝時(shí)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(shí)驗(yàn)段后面板3外側(cè)接觸間隙流出。
[0038]工作過(guò)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(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:包括支架系統(tǒng)、動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述支架系統(tǒng)由托板(5)和支桿(6)組成；所述動(dòng)力裝置包括步進(jìn)電機(jī)(8)和減速器(7);所述傳動(dòng)機(jī)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(jí)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(jí)、內(nèi)桿第二級(jí)和內(nèi)桿第三級(jí)；內(nèi)桿第三級(jí)中心開(kāi)有一孔；所述套筒(4)為中截面“凸”字形的圓環(huán)柱體； 電機(jī)(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(guò)托板(5)伸入內(nèi)桿(I)第三級(jí)中心孔；內(nèi)桿(I)伸入套筒(4)中，內(nèi)桿第一級(jí)從套筒(4)小端伸出在外，與實(shí)驗(yàn)對(duì)象連接；內(nèi)桿第二級(jí)、內(nèi)桿第三級(jí)均在套筒(4)內(nèi)部，內(nèi)桿第三級(jí)通過(guò)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(guò)水洞實(shí)驗(yàn)段后面板(3)伸至水洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)部；支桿(6)從托板(5)固定套筒(4) 一側(cè)穿過(guò)托板(5)并與之固定相連，同時(shí)支桿(6)另一端固定在水洞實(shí)驗(yàn)段后面板外側(cè)；套筒螺母(2)在水洞實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿第三級(jí)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(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿第三級(jí)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(kāi)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(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)用振蕩水翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)桿第二級(jí)與套筒(4)接觸的位置通過(guò)密封圈密封；所述套筒(4)肩部與水洞實(shí)驗(yàn)段后面板(3)夕卜側(cè)通過(guò)密封圈密封。
【文檔編號(hào)】E02B1/02GK203546667SQ201320660321
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)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(guó)玉, 吳欽, 黃彪, 劉濤濤 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)