CN107414812A - 一种二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置 - Google Patents
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Abstract
一种二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，包括第一连杆、第一内球面环、第二内球面环、机架和连接柱之间固定连接成为一个整体，第一球体安装在第一内球面环中，第二球体安装在第二内球面环中。采用双平行四边形三点共面定位，可以有效提高模型在风洞实验中受到变力作用下的定位精度，可以有效降低由于铰链运动副间隙引起的定位偏差和运动副间隙碰撞振动。采用双推缸球关节四边形结构，可以在高精度实现模型俯仰角变化的同时，实现模型的偏航角变化，实现二自由度定位控制。双推缸三角形立体驱动，相对于传动的平面四边形机构，机构的整体刚度明显提高，有利于提高模型在风洞实验中变力环境下的定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，具体是一种二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置。
背景技术
在风洞实验中，需要将模型或者实物按照不同姿态，固定在风洞中进行持续反复的吹测，然后通过测控仪器和设备取得相应的实验数据。传统的亚音速模型定位装置，基于与气动力天平相匹配的设计，采用平行四边形臂来控制测试模型的俯仰角度。平行四边形臂长的长度经过设计，不论俯仰角度如何，都可保证模型位于测试段的中心位置。对于大多数产品和实际使用情况，模型定位***都可提供±30°的俯仰角变化。另外，通过旋转一个精准的、零齿隙的变速箱可进一步测量偏航角度。但是这种平行四边形臂的设计方式，末端模型连接杆是采用两点铰链联接到平行四边形臂，由于末端的两个铰链转动副中存在运动间隙，当模型在风洞实验中受力不同时，该风洞模型只能共线定位，无法实现可重复的共面定位。并且无法降低由于运动副间隙导致的间隙碰撞振动。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种风洞中模型定位装置，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第一三角件、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第一球体、第二球体、第一内球面环、第二内球面环、机架、连接柱、轴承、平台和连接块；
第一内球面环下端固定在机架上，
连接柱一端固定在第一内球面环上端，
连接柱另一端固定在第二内球面环下端，
第一连杆一端固定在第二内球面环上端，
第一连杆另一端通过转动副一与第一伸缩杆一端连接，
第一伸缩杆另一端通过转动副二连接在连接块上；
平台中央开有通孔，连接柱位于平台中央的通孔中；
轴承内圈固定连接在连接柱上，
轴承外圈固定连接在平台上；
第二连杆下端固定在平台上，第二连杆上端固定连接在连接块上；
第三连杆下端固定在平台上，第三连杆上端也固定连接在连接块上；
第一球体安装在第一内球面环中形成球面副一，
第二球体安装在第二内球面环中形成球面副二，
第四连杆中部固定在第一球体上，第四连杆穿过第一球体的球心，
第五连杆中部固定在第二球体上，第五连杆穿过第二球体的球心，
第五连杆位于第二连杆与第三连杆之间，
第六连杆一端通过转动副三与第一三角件第一角连接，
第六连杆另一端通过转动副四与第四连杆一端连接，
第四连杆另一端通过转动副五与第七连杆一端连接，
第七连杆一端通过转动副六与第五连杆一端连接，
第五连杆另一端通过转动副七连接在第六连杆上，
第八连杆一端通过转动副八与第一三角件第二角连接，
第八连杆另一端通过转动副九连接在第四连杆上，
第八连杆中部与第五连杆中部通过转动副十连接，
第二伸缩杆一端通过转动副十四连接在平台上，
第二伸缩杆另一端也通过转动副六同时与第五连杆和第七连杆连接。
进一步的，
还包括第九连杆、第二三角件、第三三角件，
第二三角件第一角也通过转动副七同时与第六连杆和第五连杆连接，
第二三角件第二角也通过转动副十同时与第八连杆和第五连杆连接，
第三三角件第一角也通过转动副四同时与第六连杆和第四连杆连接，
第三三角件第二角也通过转动副九同时与第八连杆和第四连杆连接，
第九连杆一端通过转动副十一与第一三角件第三角连接，
第九连杆中部通过转动副十二与第二三角件第三角连接，
第九连杆另一端通过转动副十三与第三三角件第三角连接。
进一步的，
转动副十二位于转动副十一与转动副十三之间。
进一步的，
转动副七位于转动副三和转动副四之间。
转动副九位于第一球体与转动副四之间，
转动副十位于第二球体与转动副七之间，
转动副十也位于转动副九与转动副八之间。
进一步的，
第五连杆的宽度与第二连杆和第三连杆之间间隙宽度紧密配合。
进一步的，
还包括模型，模型固定在第一三角件上。
进一步的，
第一伸缩杆、第一连杆、第四连杆和第五连杆处于水平面上；
第二连杆、第三连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆和第九连杆处于竖直方向上。采用双推缸球关节四边形结构，实现二自由度定位驱动控制，并采用双平行四边形进行三点共面定位。
与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：
采用双平行四边形三点共面定位，可以有效提高模型在风洞实验中受到变力作用下的定位精度，可以有效降低由于铰链运动副间隙引起的定位偏差和运动副间隙碰撞振动。
采用双推缸球关节四边形结构，可以在高精度实现模型俯仰角变化的同时，实现模型的偏航角变化，实现二自由度定位控制。双推缸三角形立体驱动，相对于传动的平面四边形机构，机构的整体刚度明显提高，有利于提高模型在风洞实验中变力环境下的定位精度。
附图说明
图1为本发明所述的风洞模型定位装置带部件标注的整体结构示意图。
图2为本发明所述的风洞模型定位装置无部件标注的整体结构示意图。
图3为本发明所述的风洞模型定位装置的主视图。
图4为本发明所述的风洞模型定位装置的第二连杆、第三连杆、第五连杆和连接块之间的装配示意图。
图5为本发明所述的风洞模型定位装置的第一连杆、第一内球面环、第二内球面环、机架、连接柱和轴承之间的装配示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
一种二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5、第六连杆6、第七连杆7、第八连杆8、第一三角件10、第一伸缩杆13、第二伸缩杆14、第一球体15、第二球体16、第一内球面环17、第二内球面环18、机架19、连接柱20、轴承21、平台22和连接块24；
第一内球面环17下端固定在机架19上，
连接柱20一端固定在第一内球面环17上端，
连接柱20另一端固定在第二内球面环18下端，
第一连杆1一端固定在第二内球面环18上端，
第一连杆1另一端通过转动副一101与第一伸缩杆13一端连接，
第一伸缩杆13另一端通过转动副二102连接在连接块24上；
平台22中央开有通孔，连接柱20位于平台中央的通孔中；
轴承21内圈固定连接在连接柱20上，
轴承21外圈固定连接在平台22上；
第二连杆2下端固定在平台22上，第二连杆2上端固定连接在连接块24上；
第三连杆3下端固定在平台22上，第三连杆3上端也固定连接在连接块24上；
第一球体15安装在第一内球面环17中形成球面副一，
第二球体16安装在第二内球面环18中形成球面副二，
第四连杆4中部固定在第一球体15上，第四连杆4穿过第一球体15的球心，
第五连杆5中部固定在第二球体16上，第五连杆5穿过第二球体16的球心，
第五连杆5位于第二连杆2与第三连杆3之间，
第六连杆6一端通过转动副三103与第一三角件10第一角连接，
第六连杆6另一端通过转动副四104与第四连杆4一端连接，
第四连杆4另一端通过转动副五105与第七连杆7一端连接，
第七连杆7一端通过转动副六106与第五连杆5一端连接，
第五连杆5另一端通过转动副七107连接在第六连杆6上，
第八连杆8一端通过转动副八108与第一三角件10第二角连接，
第八连杆8另一端通过转动副九109连接在第四连杆4上，
第八连杆8中部与第五连杆5中部通过转动副十110连接，
第二伸缩杆14一端通过转动副十四114连接在平台22上，
第二伸缩杆14另一端也通过转动副六106同时与第五连杆5和第七连杆7连接。
进一步的，
还包括第九连杆9、第二三角件11、第三三角件12，
第二三角件11第一角也通过转动副七107同时与第六连杆6和第五连杆5连接，
第二三角件11第二角也通过转动副十110同时与第八连杆8和第五连杆5连接，
第三三角件12第一角也通过转动副四104同时与第六连杆6和第四连杆4连接，
第三三角件12第二角也通过转动副九109同时与第八连杆8和第四连杆4连接，
第九连杆9一端通过转动副十一111与第一三角件10第三角连接，
第九连杆9中部通过转动副十二112与第二三角件11第三角连接，
第九连杆9另一端通过转动副十三113与第三三角件12第三角连接。
进一步的，
转动副十二112位于转动副十一111与转动副十三113之间，
进一步的，
转动副七107位于转动副三103和转动副四104之间，
转动副九109位于第一球体15与转动副四104之间，
转动副十110位于第二球体16与转动副七107之间，
转动副十110也位于转动副九109与转动副八108之间，
进一步的，
第五连杆5的宽度与第二连杆2和第三连杆3之间间隙宽度紧密配合。
进一步的，
还包括模型23，模型23固定在第一三角件10上。
进一步的，
第一伸缩杆13、第一连杆1、第四连杆4和第五连杆5处于水平面上；
第二连杆2、第三连杆3、第六连杆6、第七连杆7、第八连杆8和第九连杆9处于竖直方向上。
工作原理：
第一连杆1、第一内球面环17、第二内球面环18、机架19和连接柱20之间固定连接成为一个整体，互相之间不能相对运动。通过连接柱20与平台22之间通过轴承21连接，使得平台22能够绕着连接柱20旋转。
当控制第一伸缩杆13伸长或者缩短时，第一伸缩杆13就会通过第二连杆2和第三连杆3推动平台旋转。由于第二连杆2和第三连杆3位于平台22和第一伸缩杆13之间，因此第二连杆2和第三连杆3会以轴承21的转动轴为轴线扫过一个柱面。又由于第五连杆5位于第二连杆2与第三连杆3之间，因此，在第二连杆2和第三连杆3正向或者反向扫过柱面的同时，二者之中必有一根杆推动第五连杆5以第二球体16的球心为中心在水平面上转动。由于第四连杆4、第六连杆6、第七连杆7、第八连杆8、第九连杆9、第一三角件10、第二三角件11和第三三角件12与第五连杆5之间的装配关系，这些部件都会跟随第五连杆5转动，最终带动模型23做水平面角度的调整。
当控制第二伸缩杆14伸长或者缩短时，第二伸缩杆14推动或拉动第五连杆5以第二球体16的球心为中心在竖直面上转动，再经过第四连杆4、第六连杆6、第七连杆7、第八连杆8、第九连杆9、第一三角件10、第二三角件11和第三三角件12带动模型做竖直面上角度的调整。
第一球体15和第二球体16的设置是为了使得第四连杆4和第五连杆5同时获得水平面上转动和竖直面上转动的自由度。
Claims (7)
1.一种二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，其特征在于，包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第一三角件、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第一球体、第二球体、第一内球面环、第二内球面环、机架、连接柱、轴承、平台和连接块；
第一内球面环下端固定在机架上，
连接柱一端固定在第一内球面环上端，
连接柱另一端固定在第二内球面环下端，
第一连杆一端固定在第二内球面环上端，
第一连杆另一端通过转动副一与第一伸缩杆一端连接，
第一伸缩杆另一端通过转动副二连接在连接块上；
平台中央开有通孔，连接柱位于平台中央的通孔中；
轴承内圈固定连接在连接柱上，
轴承外圈固定连接在平台上；
第二连杆下端固定在平台上，第二连杆上端固定连接在连接块上；
第三连杆下端固定在平台上，第三连杆上端也固定连接在连接块上；
第一球体安装在第一内球面环中，
第二球体安装在第二内球面环中，
第四连杆中部固定在第一球体上，第四连杆穿过第一球体的球心，
第五连杆中部固定在第二球体上，第五连杆穿过第二球体的球心，
第五连杆位于第二连杆与第三连杆之间，
第六连杆一端通过转动副三与第一三角件第一角连接，
第六连杆另一端通过转动副四与第四连杆一端连接，
第四连杆另一端通过转动副五与第七连杆一端连接，
第七连杆一端通过转动副六与第五连杆一端连接，
第五连杆另一端通过转动副七连接在第六连杆上，
第八连杆一端通过转动副八与第一三角件第二角连接，
第八连杆另一端通过转动副九连接在第四连杆上，
第八连杆中部与第五连杆中部通过转动副十连接，
第二伸缩杆一端通过转动副十四连接在平台上，
第二伸缩杆另一端也通过转动副六同时与第五连杆和第七连杆连接。
2.如权利要求1所述的二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，其特征在于，还包括第九连杆、第二三角件和第三三角件，
第二三角件第一角也通过转动副七同时与第六连杆和第五连杆连接，
第二三角件第二角也通过转动副十同时与第八连杆和第五连杆连接，
第三三角件第一角也通过转动副四同时与第六连杆和第四连杆连接，
第三三角件第二角也通过转动副九同时与第八连杆和第四连杆连接，
第九连杆一端通过转动副十一与第一三角件第三角连接，
第九连杆中部通过转动副十二与第二三角件第三角连接，
第九连杆另一端通过转动副十三与第三三角件第三角连接。
3.如权利要求2所述的二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，其特征在于，转动副十二位于转动副十一与转动副十三之间。
4.如权利要求2所述的二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，其特征在于，转动副七位于转动副三和转动副四之间，转动副九位于第一球体与转动副四之间，转动副十位于第二球体与转动副七之间，转动副十也位于转动副九与转动副八之间。
5.如权利要求2所述的二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，其特征在于，第五连杆的宽度与第二连杆和第三连杆之间间隙宽度紧密配合。
6.如权利要求2所述的二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，其特征在于，还包括模型，模型固定在第一三角件上。
7.如权利要求2所述的二自由度球关节式亚音速风洞模型定位装置，其特征在于，第一伸缩杆、第一连杆、第四连杆和第五连杆处于水平面上；第二连杆、第三连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆和第九连杆处于竖直方向上。
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