CN103528740A - 螺旋桨推力及磁力传动力矩测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量螺旋桨推力及磁力传动力矩的装置，包括测量工具和测试机构；所述测量工具包括水槽、柔性绳、砝码、吊坠和具有数据记录功能的拉力表；所述测试机构包括滑动导轨，在所述滑动导轨上安装有滑块A和滑块B，所述滑块A和所述滑块B通过螺杆连接；在所述滑块A上固定有直流电机；在所述滑块B上固定有轴承座，在所述轴承座上支承有推力测量转轴和扭矩测量转轴；所述推力测量转轴与所述直流电机的输出轴同轴相对设置；在所述扭矩测量转轴的中部安装有滚动轴承。本发明能够在实验室条件下对螺旋桨的前向推力进行测量，可以测量磁力传动的磁力矩，可以测量磁力传动力矩的振荡曲线。对推进器设计具有很高的参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁耦合传动螺旋桨推进装置的测试装置，特别是涉及一种用于测量螺旋桨推力及磁力传动力矩的装置。
背景技术
水下机器人大多数采用螺旋桨实现前向推进，螺旋桨推进装置具有多种实现形式，其中最先进的螺旋桨传动形式为磁耦合传动，磁耦合传动具有传动效率高，密封效果好的优点。然而，当前尚没有对磁耦合传动螺旋桨推进装置进行定量测试的实验平台或者是测试装置。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种螺旋桨推力及磁力传动力矩测量装置。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于测量螺旋桨推力及磁力传动力矩的装置，其特征在于，包括测量工具和测试机构；所述测量工具包括水槽、柔性绳、砝码、吊坠和具有数据记录功能的拉力表；所述测试机构包括滑动导轨，在所述滑动导轨上安装有滑块A和滑块B，所述滑块A和所述滑块B通过螺杆连接；在所述滑块A上固定有电机固定座，在所述电机固定座安装有直流电机；在所述滑块B上固定有轴承座，在所述轴承座上支承有水平设置的推力测量转轴和水平设置的扭矩测量转轴，所述扭矩测量转轴位于所述推力测量转轴的正上方；所述推力测量转轴与所述直流电机的输出轴同轴相对设置；在所述扭矩测量转轴的中部安装有滚动轴承，所述滚动轴承的外圈中部沿周向设有与所述柔性绳适配的弧形凹槽；在进行测量工作时，在所述推力测量转轴的前端部安装外磁毂，在所述直流电机的输出轴的后端部安装内磁毂；在测量螺旋桨推力时，所述推力测量转轴的后端部穿过所述水槽的侧壁伸入至所述水槽内，所述螺旋桨安装在所述推力测量转轴的后端部，且浸在水中；在所述轴承座的后端连接水平布置的所述拉力表，水平布置的所述拉力表固定在所述滑动导轨上；在测量磁力传动静力矩时，所述柔性绳绕过所述弧形凹槽，一端与所述推力测量转轴连接，另一端与所述吊坠连接，所述砝码置放在所述吊坠上，位于所述扭矩测量转轴和所述推力测量转轴之间的柔性绳段处于竖直状态，所述滑块A和／或所述滑块B与所述滑动导轨固定连接；在测量磁力传动扭矩振荡曲线时，所述柔性绳绕过所述弧形凹槽，一端与所述推力测量转轴连接，另一端与竖直布置的所述拉力表的一端连接，竖直布置的所述拉力表的一端与所述滑块B连接，位于所述扭矩测量转轴和所述推力测量转轴之间的柔性绳段处于竖直状态，所述滑块A和／或所述滑块B与所述滑动导轨固定连接。
所述水槽的任意一个侧壁的顶面上设有与所述推力测量转轴适配的半圆形凹槽，在测量螺旋桨推力时，所述推力测量转轴的后端部穿过所述半圆形凹槽，所述螺旋桨的最下方桨叶浸没在水中。
本发明具有的优点和积极效果是：能够在实验室条件下对不同螺距、拱度、侧斜、纵倾的螺旋桨在不同转速下产生的前向推力进行测量，这些数值对合理选择和利用螺旋桨具有很好的指导意义。同时本发明可以测量磁力传动的磁力矩，可以测量不同磁场强度、不同磁场间距下的静力矩和不同磁场强度、不同磁毂间距、不同转速情况下磁力传动力矩的振荡曲线。这些数据对于更好的利用磁耦合传动技术有很好的指导价值，对于水下机器人、潜艇、船舶及各种水下移动平台的推进器设计具有很高的参考价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的轴测图一；
图3为本发明的轴测图二。
图中：1、水槽，2、螺旋桨，3、推力测量转轴，4、拉力表，5、扭矩测量转轴，6、滚动轴承，7、外磁毂，8、内磁毂，9、直流电机，10、滑动导轨，11、电机固定座，12、滑块A，13、轴承座，14、滑块B，15、柔性绳，16、吊坠，17、砝码，18、螺杆。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图3，一种用于测量螺旋桨推力及磁力传动力矩的装置，包括测量工具和测试机构。
所述测量工具包括水槽1、柔性绳15、砝码17、吊坠16和具有数据记录功能的拉力表4。
所述测试机构包括滑动导轨10，在所述滑动导轨10上安装有滑块A12和滑块B14，所述滑块A12和所述滑块B14通过螺杆18连接。螺杆18的长度不同，所述滑块A12和所述滑块B14之间的距离不同，通过调整螺杆18的长度，能够调整所述滑块A12和所述滑块B14之间的距离，进而调整外磁毂7和内磁毂8之间的距离。
在所述滑块A12上固定有电机固定座11，在所述电机固定座11安装有直流电机9。
在所述滑块B14上固定有轴承座13，在所述轴承座13上支承有水平设置的推力测量转轴3和水平设置的扭矩测量转轴5，所述扭矩测量转轴5位于所述推力测量转轴3的正上方。
所述推力测量转轴3与所述直流电机9的输出轴同轴相对设置。
在所述扭矩测量转轴5的中部安装有滚动轴承6，所述滚动轴承6的外圈中部沿周向设有与所述柔性绳15适配的弧形凹槽。
在进行测量工作时，在所述推力测量转轴3的前端部安装外磁毂7，在所述直流电机9的输出轴的后端部安装内磁毂8。在测量螺旋桨2的推力时，所述推力测量转轴3的后端部穿过所述水槽1的侧壁伸入至所述水槽1内，所述螺旋桨2安装在所述推力测量转轴3的后端部，且浸在水中；在所述轴承座13的后端连接水平布置的所述拉力表4，水平布置的所述拉力表4固定在所述滑动导轨10上；在测量磁力传动静力矩时，所述柔性绳15绕过所述弧形凹槽，一端与所述推力测量转轴3连接，另一端与所述吊坠16连接，所述砝码17置放在所述吊坠16上，位于所述扭矩测量转轴5和所述推力测量转轴3之间的柔性绳段处于竖直状态，所述滑块A12和／或所述滑块B14与所述滑动导轨10固定连接；在测量磁力传动扭矩振荡曲线时，所述柔性绳15绕过所述弧形凹槽，一端与所述推力测量转轴3连接，另一端与竖直布置的所述拉力表7的一端连接，竖直布置的所述拉力表7的一端与所述滑块B14连接，位于所述扭矩测量转轴5和所述推力测量转轴3之间的柔性绳段处于竖直状态，所述滑块A12和／或所述滑块B14与所述滑动导轨10固定连接。
为了简化结构，在所述水槽1的任意一个侧壁的顶面上设有与所述推力测量转轴5适配的半圆形凹槽，在测量螺旋桨2的推力时，所述推力测量转轴3的后端部穿过所述半圆形凹槽，所述螺旋桨2的最下方桨叶浸没在水中。螺旋桨2采用半浸桨的方式放置在水中。
本发明的工作原理：
一）测量螺旋桨推力：测量不同设计参数的螺旋桨在不同转速情况下在水中的前向推力，为使结构简单本发明采用半浸桨的测量方式。测量时，取下柔性绳、吊坠及砝码，采用螺杆调整内磁毂与外磁毂的间距，并保持滑块A与滑块B相对静止，同时，滑块A与滑块B可以在低阻力滑动导轨上自由移动。直流电机通过磁力传动的方式将扭矩传递给外磁毂，外磁毂又将扭矩直接传递给推力测量转轴，带动螺旋桨旋转，螺旋桨在转动的情况下产生前向推力，进而推动滑块B和滑块A向前移动，带动水平布置的高精度数显拉力表，此时从拉力表上即可直接读出螺旋桨在给定速度下产生的前向推力。通过更换不同设计参数的螺旋桨可以得出各设计参数下螺旋桨所产生的前向推力的数值。通过改变电动机的转速可以得到不同速度下的螺旋桨所产生的前向推力数值。分析数据进而可以得到不同设计参数、不同转速下的螺旋桨所产生的前向推力的曲线图，对于推进器的设计具有很高的参考价值。
二）测量磁力传动力矩：1）测量静力矩时，取下螺旋桨及水平布置的拉力表，将滑块A或滑块B固定在低阻力滑动导轨上，将柔性绳的一端与推力测量转轴连接，并将柔性绳绕过滚动轴承，将吊坠连接在柔性绳的另一端；将直流电机置于制动状态，用螺杆调整好内磁毂与外磁毂的间距，不断增加柔性绳上砝码的质量，直到内磁毂与外磁毂之间有相对转动，此时所加砝码质量与吊坠质量的总和在推力测量转轴上所产生的力矩近似等于磁力传动的静力矩。通过改变内磁毂与外磁毂的间距，可以测量不同间距情况下内磁毂与外磁毂之间所产生静力矩的数值。通过改变内、外磁毂内磁柱的直径及长度，可以测量不同磁场强度下所产生的静力矩的数值。分析数据即可得到不同磁场强度、不同磁场间距下的静力矩曲线图。二）测量不同转速下内磁毂与外磁毂之间传递扭矩的振荡曲线：测量时取下砝码及吊坠，换上具有数据记录功能的高精度数显拉力表，拉力表竖直布置，启动直流电机，通过磁力传动，将力矩传递给推力测量转轴，进而带动柔性绳，柔性绳又拉拽具有数据记录功能的高精度数显拉力表，此时内磁毂转动，外磁毂静止，会产生振动，进而影响外磁毂上所受的动力矩。在磁力传动的作用下具有数据记录功能的高精度数显拉力表上的数值会不断的波动并记录下来，通过改变直流电机转速、磁场的强度及两磁场间距，可以测量不同磁场强度、不同磁毂间距、不同转速情况下磁力传动力矩的振荡曲线。以上数据对于磁力传动的设计具有很好的指导作用。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种用于测量螺旋桨推力及磁力传动力矩的装置，其特征在于，包括测量工具和测试机构；
所述测量工具包括水槽、柔性绳、砝码、吊坠和具有数据记录功能的拉力表；
所述测试机构包括滑动导轨，在所述滑动导轨上安装有滑块A和滑块B，所述滑块A和所述滑块B通过螺杆连接；
在所述滑块A上固定有电机固定座，在所述电机固定座安装有直流电机；
在所述滑块B上固定有轴承座，在所述轴承座上支承有水平设置的推力测量转轴和水平设置的扭矩测量转轴，所述扭矩测量转轴位于所述推力测量转轴的正上方；
所述推力测量转轴与所述直流电机的输出轴同轴相对设置；
在所述扭矩测量转轴的中部安装有滚动轴承，所述滚动轴承的外圈中部沿周向设有与所述柔性绳适配的弧形凹槽；
在进行测量工作时，在所述推力测量转轴的前端部安装外磁毂，在所述直流电机的输出轴的后端部安装内磁毂；
在测量螺旋桨推力时，所述推力测量转轴的后端部穿过所述水槽的侧壁伸入至所述水槽内，所述螺旋桨安装在所述推力测量转轴的后端部，且浸在水中；在所述轴承座的后端连接水平布置的所述拉力表，水平布置的所述拉力表固定在所述滑动导轨上；
在测量磁力传动静力矩时，所述柔性绳绕过所述弧形凹槽，一端与所述推力测量转轴连接，另一端与所述吊坠连接，所述砝码置放在所述吊坠上，位于所述扭矩测量转轴和所述推力测量转轴之间的柔性绳段处于竖直状态，所述滑块A和／或所述滑块B与所述滑动导轨固定连接；
在测量磁力传动扭矩振荡曲线时，所述柔性绳绕过所述弧形凹槽，一端与所述推力测量转轴连接，另一端与竖直布置的所述拉力表的一端连接，竖直布置的所述拉力表的一端与所述滑块B连接，位于所述扭矩测量转轴和所述推力测量转轴之间的柔性绳段处于竖直状态，所述滑块A和／或所述滑块B与所述滑动导轨固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于测量螺旋桨推力及磁力传动力矩的装置，其特征在于，所述水槽的任意一个侧壁的顶面上设有与所述推力测量转轴适配的半圆形凹槽，在测量螺旋桨推力时，所述推力测量转轴的后端部穿过所述半圆形凹槽，所述螺旋桨的最下方桨叶浸没在水中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151021 Termination date: 20161014 |