專利名稱：大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種調(diào)節(jié)架，具體是一種大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用 裝置，屬于測量儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大型深水工程結(jié)構(gòu)物的模型制作完成后，需要調(diào)節(jié)模型的重量、重心和轉(zhuǎn)動 慣量(及模型參數(shù))，以保證與實際結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量相似和質(zhì)量分布相似。模型的 重量根據(jù)排水量的大小通過增加壓鐵來進行調(diào)試。重心和轉(zhuǎn)動慣量通常采用懸掛 法在模型調(diào)節(jié)架上進行間接測量。傳統(tǒng)的測量慣量的方法是利用三線擺來測量， 也有一些框式測量儀，這些測量工具由于尺寸偏小，不具有集成質(zhì)量特性調(diào)節(jié)的 功能，且普通的測量方法和儀器的系統(tǒng)誤差太大，所以不能滿足模型測量的需要。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?2137056.7，專利名稱
為船模慣量調(diào)節(jié)架，該專利自述為主要包括支撐部分、擺動部分，其連接 方式為支撐部分和擺動部分通過支撐部分的刀架和擺動部分的刀口吊裝搭接。 支撐部分包括固定支柱、縱搖支柱、刀架、底座、橫搖支柱，底座兩側(cè)各由中 間向兩端依次設有縱搖支柱、橫搖支柱、固定支柱，在縱搖支柱的頂端設置刀架， 整個支撐部分前后左右對稱。擺動部分包括刀口、調(diào)節(jié)架搖籃，搖籃上方設有 刀口，搖籃設置在縱搖支柱的刀架上。該船模慣量調(diào)節(jié)架為機械式，是一件傳統(tǒng) 的機械產(chǎn)品，存在不足之處(l)測量目標單一，僅可用在船體或類船體的模型 上；(2)搖籃笨重，嚴重影響測量精度；(3)測量范圍小，不能滿足大型深水工 程結(jié)構(gòu)物模型的參數(shù)調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù) 調(diào)節(jié)通用裝置，使其在船模慣量調(diào)節(jié)架的基礎上進行了改進，通過增加可拉伸部 分，使其可以滿足多種深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)的需要。同時，搖籃部分采用優(yōu)
化的桁架結(jié)構(gòu)，減少搖籃自身重量，提高了測量精度。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括固定支撐部分、可動支撐
部分、擺動部分和滾珠絲杠。連接方式是固定支撐部分和可動支撐部分相連接。 擺動部分是可伸縮的， 一端位于固定支撐部分上，另一端位于可動支撐部分上。 滾珠絲杠兩端通過螺栓螺母固定在固定支撐部分上。
所述固定支撐部分包括第一含刀槽支撐柱、第一角度限位柱、第一底盤、 導軌、導軌限位塊、步進電機支撐板、轉(zhuǎn)動軸承的支撐板。連接方式為第一底 盤中央位置布置第一含刀槽支撐柱，兩側(cè)對稱布置第一角度限位柱，對應于第一 含刀槽支撐柱和兩側(cè)第一角度限位柱這三個支柱，在第一底盤一側(cè)布置左中右三 條導軌，三條導軌中央分別布置導軌限位塊，在對應于第一含刀槽支撐柱的導軌 中央位置轉(zhuǎn)動軸承的支撐板，該導軌的末端布置步進電機支撐板。
所述轉(zhuǎn)動軸承的支撐板與布置滾珠絲杠一端連接。
所述可動支撐部分包括第二含刀槽支撐柱、第二角度限位柱、第二底盤、 導軌副。連接方式是第二底盤中央位置布置第二含刀槽支撐柱，兩側(cè)對稱布置 第二角度限位柱，對應于第二含刀槽支撐柱和兩側(cè)第二角度限位柱這三個支柱， 在第二底盤下方分別布置三個導軌副，可動支撐部分通過三個導軌副與固定支撐 部分的三條導軌相連，在受限制的位置可滑動。
所述第一底盤，其厚度比第二底盤厚度大。
所述第一底盤、第二底盤的厚度差距為導軌基線和導軌副基線的間距，保證 兩端刀槽水平。
所述擺動部分由基本對稱的兩部分組成，包括刀口、角度限位板、垂直桁 架、圓柱、套筒。連接方式為垂直桁架為主體，其上方中央布置配合刀槽的刀 口，兩側(cè)對稱布置一個角度限位板，與支撐部分的角度限位柱對稱使用。垂直桁 架下方均勻布置五根圓柱，擺動部分兩部分的細小差距就在于圓柱的布置形式， 擺動部分一部分布置三根兩段式圓柱和兩根套筒，擺動部分另一部分布置三根套 筒和兩根兩段式圓柱，配合使用可以恰好的實現(xiàn)伸縮的功能。
所述滾珠絲杠包括步進電機、聯(lián)軸器、絲杠、滾珠絲杠副、絲杠末端的轉(zhuǎn) 動軸承、軸承支架。整個滾珠絲杠通過步進電機的底座和軸承支架與固定支撐部 分對應的支撐板相接。滾珠絲杠內(nèi)部連接方式為步進電機與聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸 器連接絲杠一端，絲杠另一端連接絲杠末端的轉(zhuǎn)動軸承，絲杠末端的轉(zhuǎn)動軸承固 定于軸承支架上。滾珠絲杠副與絲杠同軸，絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠絲杠副作單自 由度平動，滾珠絲杠副通過螺栓螺母與可動支撐部分固接。
具體工作時，根據(jù)現(xiàn)有寬度判斷需要增加(或減少)寬度，操作步進電機， 使電機帶動絲杠順時針(或逆時針)轉(zhuǎn)動，帶動滾珠絲杠副沿增加寬度的方向移 動，由于滾珠絲杠副與可動支撐部分固接，將自然帶動可動支撐部分到指定位置， 支撐部分的刀槽與刀口配合，將拉動擺動部分的套筒和圓柱，使其自然拉伸至要 求的寬度。
本發(fā)明克服了船模轉(zhuǎn)動慣量調(diào)節(jié)架功能單一、擺動部分笨重、精確度差的缺 點，能夠適用于各種大型深水工程結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)的測量，避免了因尺寸不使用 而重復制造的浪費，節(jié)省了大量開支；同時，整套設備維護方便，結(jié)實耐用，精 確度高，可以準確、快速、方便的完成重量、重心和轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)，可用與測 量和調(diào)節(jié)船類、FPS0、半潛式鉆井平臺、SPAR平臺等多種海洋工程結(jié)構(gòu)物模型 的參數(shù)。目前海洋工程結(jié)構(gòu)物新種類不斷出現(xiàn)，本發(fā)明的通用性也可以使用在將 來的結(jié)構(gòu)物模型上。


圖1為本發(fā)明固定支撐部分示意圖； 圖2為本發(fā)明可動支撐部分示意圖； 圖3為本發(fā)明擺動部分示意圖4為本發(fā)明滾珠絲杠示意圖5為本發(fā)明總體示意圖。
圖中固定支撐部分l、可動支撐部分2、擺動部分3、滾珠絲杠4、導軌限 位塊5、步進電機支撐板6、轉(zhuǎn)動軸承的支撐板7、第二底盤8、導軌副9、刀口 10、角度限位板ll、垂直桁架12、圓柱13、套筒14、步進電機15、聯(lián)軸器16、 絲杠17、滾珠絲杠副18、絲杠末端的轉(zhuǎn)動軸承19、軸承支架20、第一含刀槽支 撐柱21、第一角度限位柱22、第一底盤23、導軌24、第二含刀槽支撐柱25、 第二角度限位柱26。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖5所示，本實施例包括固定支撐部分l，可動支撐部分2，擺動部分3， 滾珠絲杠4。連接方式為固定支撐部分1和可動支撐部分2相連接。擺動部分3是可伸縮的， 一端位于固定支撐部分l上，另一端位于可動支撐部分2上。滾 珠絲杠4兩端通過螺栓螺母固定在固定支撐部分1上。
如圖1所示，固定支撐部分1包括第一含刀槽支撐柱21、第一角度限位 柱22、第一底盤23、導軌24、導軌限位塊5、步進電機支撐板6、轉(zhuǎn)動軸承的 支撐板7。連接方式為第一底盤23中央位置布置第一含刀槽支撐柱21，兩側(cè) 對稱布置第一角度限位柱22，對應于三個支柱(即居中的第一含刀槽支撐柱1 和兩側(cè)第一角度限位柱2這三個支柱)，在第一底盤3—側(cè)布置三條導軌4，三 條導軌4中央分別布置導軌限位塊5，對應于第一含刀槽支撐柱1的導軌的中央 位置設置軸承支座的支撐板，中央導軌的末端布置步進電機支撐板6。
所述轉(zhuǎn)動軸承的支撐板7與布置滾珠絲杠一端連接。
所述第一底盤，其厚度為10厘米到15厘米。
如圖2所示，可動支撐部分2包括第二含刀槽支撐柱25、第二角度限位 柱26、第二底盤8、導軌副9。連接方式是第二底盤中央位置布置第二含刀槽 支撐柱，兩側(cè)對稱布置第二角度限位柱，對應于居中的第二含刀槽支撐柱和兩側(cè) 第二角度限位柱這三個支柱)，在第二底盤下方分別布置三個導軌副9。可動支 撐部分通過三個導軌副與固定支撐部分1的三條導軌24相連，在受限制的位置 可滑動。第二底盤8的差距恰為導軌24基線和導軌副9基線的間距，保證兩端 刀槽水平。
第二底盤8，其厚度在5厘米到10厘米之間。
如圖3所示，所述擺動部分3包括刀口 10、角度限位板ll、垂直桁架12、 圓柱13、套筒14。連接方式為垂直桁架12為主體，其上方中央布置配合刀槽 的刀口IO，兩側(cè)對稱布置一個角度限位板ll，與支撐部分的角度限位柱對稱使 用。垂直桁架12下方均勻布置五根圓柱13，擺動部分3分別基本對稱的兩部分， 其中一部分布置三根兩段式圓柱13和兩根套筒14，另一部分布置三根套筒14 和兩根兩段式圓柱13，配合使用可以恰好的實現(xiàn)伸縮的功能。
所述刀口IO，用于配合刀槽，只具有搖動的單自由度。
所述圓柱13，用于支撐模型。圓柱13分兩段，呈階梯狀，直徑大的一端與 垂直桁架12相連接，直接小的一端可嵌入套筒14中。
所述套筒14，可容納兩段式圓柱其中一段圓柱。
如圖4所示，所述滾珠絲杠4包括步進電機15、聯(lián)軸器16、絲杠17、滾
珠絲杠副18、絲杠末端的轉(zhuǎn)動軸承19、軸承支架20。整個滾珠絲杠通過步進電 機15的底座和軸承支架20與固定支撐部分轉(zhuǎn)動軸承的支撐板7相接。滾珠絲杠 內(nèi)部連接方式為步進電機15與聯(lián)軸器16相連，聯(lián)軸器16連接絲杠17—端， 絲杠17另一端連接絲杠末端的轉(zhuǎn)動軸承19，絲杠17末端的轉(zhuǎn)動軸承19固定于 軸承支架20上。滾珠絲杠副18與絲杠17同軸，絲杠17轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠絲杠 副18作單自由度平動。
如圖5所示，可動支撐部分2通過三個導軌副9與固定支撐部分的導軌24 相連，共同形成可拉伸的支撐部分；擺動部分通過兩個刀口 IO與支撐部分的含 刀槽支撐柱21上的刀槽相接；滾珠絲杠4 一方面通過軸承支架20與固定支撐部 分1的轉(zhuǎn)動軸承的支撐板7相接，另一方面通過步進電機15的底座與固定支撐 部分l的步進電機支撐板6相接，同時，滾珠絲杠副18與可動支撐部分2的第 二底盤8相連接。
工作時，模型重量根據(jù)排水量的大小通過增加模型中放置的壓鐵來進行重量 調(diào)節(jié)，然后進行模型質(zhì)量分布的調(diào)節(jié)。質(zhì)量分布分成兩大部分共四小項，分別是 X方向上的重心Xg， Y方向上的重心Yg;繞Y軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量Kyy，繞X周轉(zhuǎn) 動的轉(zhuǎn)動慣量Kxx。
首先調(diào)節(jié)Xg。根據(jù)Y方向的模型寬度，調(diào)節(jié)大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié) 通用裝置，使其寬度上滿足要求。具體操作時，根據(jù)現(xiàn)有寬度判斷需要增加(或 減少)寬度，操作步進電機15，使步進電機15帶動絲杠17順時針(或逆時針) 轉(zhuǎn)動，帶動滾珠絲杠副18沿增加寬度的方向移動，由于滾珠絲杠副18與可動支 撐部分2固接，將自然帶動可動支撐部分2到指定位置，支撐部分的刀槽與刀口 IO配合，將拉動擺動部分3的套筒14和圓柱13，使其自然拉伸至要求的寬度。
完成模型參數(shù)通用裝置寬度的調(diào)節(jié)后，將搖籃放置在擺動部分3中，使用門 吊把模型放到擺動部分3的搖籃中。放置完成后，試驗要求的深水結(jié)構(gòu)物模型的 Xg位置在兩刀口 IO的連接線上。同時，布置水平尺在搖籃的邊緣位置。初期， 由于模型質(zhì)量分布不符合要求，擺動部分3的角度限位板11將接觸支撐部分的 角度限位柱，此時，移動布置在模型內(nèi)部的壓鐵，使搖籃水平。這樣，就完成了 Xg的調(diào)節(jié)。然后，調(diào)節(jié)繞Y軸的轉(zhuǎn)動慣量Kyy。先移去水平尺，給搖籃一個適中 的初始力，使其慢慢縱向擺動。使用計時工具，測出擺動周期，看是否與要求的 擺動周期相符。如不符，布置在模型內(nèi)部的壓鐵在其Y坐標不變的情況下，相對
的對稱移動X軸一定距離，直到擺動周期與要求的相符。這樣就完成了 Kyy的調(diào) 節(jié)。完成Xg和Kyy之后，使用門吊將模型轉(zhuǎn)動90度，開始調(diào)節(jié)Yg和Kxx。需 要注意的是，調(diào)節(jié)Yg和Kxx的時候，務必保持模型內(nèi)壓鐵的原有X坐標位置不 變，只調(diào)節(jié)其Y坐標位置。四個參數(shù)都調(diào)節(jié)完成后，就完成了整個模型的調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1、一種大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，包括固定支撐部分、可動支撐部分、擺動部分和滾珠絲杠，其特征在于，固定支撐部分和可動支撐部分相連接，擺動部分是可伸縮的，一端位于固定支撐部分上，另一端位于可動支撐部分上，滾珠絲杠兩端通過螺栓螺母固定在固定支撐部分上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征 是，所述固定支撐部分包括第一含刀槽支撐柱、第一角度限位柱、第一底盤、 導軌、導軌限位塊、步進電機支撐板、轉(zhuǎn)動軸承的支撐板，第一底盤中央位置布 置第一含刀槽支撐柱，兩側(cè)對稱布置第一角度限位柱，對應于第一含刀槽支撐柱 和兩側(cè)第一角度限位柱這三個支柱，在第一底盤一側(cè)布置左中右三條導軌，三條 導軌中央分別布置導軌限位塊，在對應于第一含刀槽支撐柱的導軌中央位置轉(zhuǎn)動 軸承的支撐板，該導軌的末端布置步進電機支撐板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征 是，所述轉(zhuǎn)動軸承的支撐板與布置滾珠絲杠一端連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征 是，所述可動支撐部分包括第二含刀槽支撐柱、第二角度限位柱、第二底盤、 導軌副，第二底盤中央位置布置第二含刀槽支撐柱，兩側(cè)對稱布置第二角度限位 柱，對應于第二含刀槽支撐柱和兩側(cè)第二角度限位柱這三個支柱，在第二底盤下 方分別布置三個導軌副，可動支撐部分通過三個導軌副與固定支撐部分的三條導 軌相連，在受限制的位置可滑動。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征是，所述固定支撐部分的第一底盤，其厚度比所述可動支撐部分的第二底盤 厚度大。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征是，所述第一底盤、第二底盤的厚度差距為導軌基線和導軌副基線的間距，保證 兩端刀槽水平。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征是，所述擺動部分包括刀口、角度艱位板、垂直桁架、圓柱、套筒，垂直桁架為主體，其上方中央布置配合刀槽的刀口，兩側(cè)對稱布置一個角度限位板，與支 撐部分的角度限位柱對稱使用，垂直桁架下方均勻布置五根圓柱，擺動部分分別 基本對稱的兩部分，其中一部分布置三根兩段式圓柱和兩根套筒，另一部分布置 三根套筒和兩根兩段式圓柱。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征 是，所述圓柱分兩段，呈階梯狀，直徑大的一端與垂直桁架相連接，直接小的一 端嵌入套筒中。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，其特征 是，所述滾珠絲杠包括步進電機、聯(lián)軸器、絲杠、滾珠絲杠副、絲杠末端的轉(zhuǎn) 動軸承、軸承支架，步進電機與聯(lián)軸器相連，聯(lián)軸器連接絲杠一端，絲杠另一端 連接絲杠末端的轉(zhuǎn)動軸承，絲杠末端的轉(zhuǎn)動軸承固定于軸承支架上，整個滾珠絲 杠通過步進電機的底座和軸承支架與固定支撐部分對應的支撐板相接，滾珠絲杠 副與絲杠同軸，絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠絲杠副作單自由度平動。
全文摘要
一種測量儀器技術(shù)大型深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)通用裝置，包括固定支撐部分、可動支撐部分、擺動部分和滾珠絲杠，固定支撐部分和可動支撐部分相連接，擺動部分是可伸縮的，一端位于固定支撐部分上，另一端位于可動支撐部分上，滾珠絲杠兩端通過螺栓螺母固定在固定支撐部分上。本發(fā)明通過增加可拉伸部分，使其可以滿足多種深水結(jié)構(gòu)物模型參數(shù)調(diào)節(jié)的需要。同時，搖籃部分采用優(yōu)化的桁架結(jié)構(gòu)，減少搖籃自身重量，提高了測量精度。
文檔編號G01M1/00GK101183035SQ20071017216
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者呂海寧, 張承懿, 濤 彭, 房茂鵬, 楊建民, 肖龍飛 申請人:上海交通大學