CN113581435B - 一种吊舱动力仪姿态调整机构 - Google Patents

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Abstract

一种吊舱动力仪姿态调整机构，包括法兰，所述法兰的底部安装有回转姿态调整机构，所述回转姿态调整机构的中部设置有通孔，与通孔同心安装吊舱动力仪的支杆内轴，所述回转姿态调整机构的底部通过紧固件固定有过渡板，所述过渡板的底部安装有六分力天平，所述六分力天平的底部安装有纵倾姿态调整机构，所述吊舱动力仪的支杆内轴同时穿过六分力天平和纵倾姿态调整机构的中部。通过纵倾姿态调整机构、回转姿态调整机构的配合工作下，可以全面的调节手段以及较高的调节精度，既实现了用自动化手段调节吊舱动力仪的偏航角，且具有极高的调整精度，又实现了对吊舱动力仪纵倾角的精细化调整，各自由度调节简单方便，无相互耦合。

Description

一种吊舱动力仪姿态调整机构
技术领域
本发明涉及船舶动力学试验设备技术领域，尤其是一种吊舱动力仪姿态调整机构，具体是吊舱动力仪偏航角的自动化精细调节及纵倾角的精确调整。
背景技术
吊舱推进器凭借优越的水动力性能和可靠的安装方式逐渐在全世界的多种船型上得到应用。
目前针对吊舱推进器初始偏航角度的优化试验已经成为吊舱推进快速性模型试验的重要部分。在不同姿态角(包括偏航角、纵倾角)下对吊舱动力仪水动力测量，可以获取不同姿态角下的节能效果，为确定吊舱推进器初始安装角度提供技术支撑。
现有技术中的水池实验室中尚无针对吊舱推进器进行简便的姿态调整以及不同姿态角下吊舱单元水动力测量的专用装置，进行姿态调整必须在陆地上花费大量时间进行，如在实验室利用转盘上的刻度来转动吊舱动力仪，从而调节偏航角，但是转盘刻度分辨率有限，且手工对准转盘刻度带来的误差过大；再如在吊舱动力仪挂载板下方垫楔形块的方式调整纵倾角，调节误差极大，且效率很低，然后去开展试验，试验效率和测试精度受到大幅影响，制约了吊舱推进测试和优化研究的技术水平。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种吊舱动力仪姿态调整机构，从而有效的解决了无法快速精准调整吊舱动力仪的偏航角以及不能精确调整纵倾角等问题，保证试验效率和测试精度，大大提高了吊舱推进测试的可靠性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种吊舱动力仪姿态调整机构，包括法兰，所述法兰的底部安装有回转姿态调整机构，所述回转姿态调整机构的中部设置有通孔，与通孔同心安装吊舱动力仪的支杆内轴，所述回转姿态调整机构的底部通过紧固件固定有过渡板，所述过渡板的底部安装有六分力天平，所述六分力天平的底部安装有纵倾姿态调整机构，所述吊舱动力仪的支杆内轴同时穿过六分力天平和纵倾姿态调整机构的中部。
其进一步技术方案在于：
所述回转姿态调整机构的结构为：包括与法兰紧固件连接的转盘，所述转盘的底部为固定部分，所述固定部分内部安装蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构的输出端与转盘连接，所述蜗轮蜗杆机构通过步进电机驱动，所述固定部分的底面安装过渡板，所述固定部分的中部设置有开口，所述开口内安装无油轴承，所述无油轴承通过紧固件与过渡板连接，所述无油轴承的中部安装吊舱动力仪的支杆内轴。
所述步进电机通过网线连接电控箱，电控箱连接电脑。
所述纵倾姿态调整机构的结构为：包括安装板，所述安装板的上表面通过线性滑轨安装移动底板，所述移动底板的四个角处分别通过导向轴安装有转动底板，转动底板上表面前端和后端中部位置分别安装有支撑座，两个支撑座之间安装转动板；所述转动底板上还安装有夹紧座，夹紧座夹住转动板，所述转动板的一端从内到外依次安装弧形滑块、弧形轨座和第一连接板，所述转动板的另一端中部安装有第一螺母铰座，所述转动底板上垂直安装有第二连接板，所述第二连接板的内侧安装第二螺母铰座，第一螺母铰座和第二螺母铰座之间安装连杆。
所述转动板、转动底板、移动底板和安装板的中部均开有方形孔。
所述第一连接板垂直安装在转动底板的端部，所述第一连接板的内侧固定有弧形轨座，所述弧形轨座上通过锁紧螺钉安装弧形滑块。
所述转动底板上开有四个螺纹孔，四根调整螺杆穿过螺纹孔抵住移动底板。
所述安装板上设置有两条平行的直线导轨，在其中一条直线导轨的下面装有刻度尺，所述移动底板安装有与刻度尺对应的指示尺。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过纵倾姿态调整机构、回转姿态调整机构的配合工作下，可以全面的调节手段以及较高的调节精度，既实现了用自动化手段调节吊舱动力仪的偏航角，且具有极高的调整精度，又实现了对吊舱动力仪纵倾角的精细化调整，各自由度调节简单方便，无相互耦合。
本发明有效解决在水池模型试验中吊舱动力仪偏航角调整效率低下且精度差的问题，同时使在模型试验过程中调节吊舱动力仪纵倾角而无需中断试验过程成为可能。
本发明使用步进电机和蜗轮蜗杆组合的方式对吊舱动力仪的偏航角进行自动化调整，且具备高转速比的蜗轮蜗杆可以为角度控制提供较高的分辨率及锁紧扭矩，既能提升偏航角的调节精度，又可有效抑制在试验过程中吊舱动力仪及螺旋桨因偏航角影响而产生的偏航力矩对回转姿态调整机构形成的冲击。
本发明为了调整吊舱动力仪的纵倾角且确保调整后吊舱动力仪驱动的螺旋桨桨轴中心位置不变，纵倾姿态调整机构具备纵倾角、前后位置和上下位置三个自由度的机械定量化调整，具有较高的调节精度及效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明回转姿态调整机构的主视图。
图3为图2的俯视图。
图4为本发明纵倾姿态调整机构的结构示意图。
图5为本发明纵倾姿态调整机构的主视图。
图6为图5的俯视图。
图7为本发明回转姿态调整机构的电控原理图。
其中：1、法兰；2、回转姿态调整机构；3、无油轴承；4、过渡板；5、六分力天平；6、吊舱动力仪；7、纵倾姿态调整机构；8、电控箱；9、电脑；
201、转盘；202、步进电机；203、固定部分；
701、第一连接板；702、弧形轨座；703、弧形滑块；704、夹紧座；705、转动板；706、支撑座；707、第一螺母铰座；708、连杆；709、第二螺母铰座；710、第二连接板；711、转动底板；712、移动底板；713、安装板；714、线性滑轨；715、刻度尺；716、指示尺；717、导向轴；718、锁紧螺钉；719、滚珠轴承；720、轴用扣环；721、铰链销；722、调整螺钉；723、钢轨；724、直线导轨；725、直线导轨锁紧螺钉；726、调整螺杆。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图6所示，本实施例的吊舱动力仪姿态调整机构，包括法兰1，法兰1的底部安装有回转姿态调整机构2，回转姿态调整机构2的中部设置有通孔，与通孔同心安装吊舱动力仪6的支杆内轴，回转姿态调整机构2的底部通过紧固件固定有过渡板4，过渡板4的底部安装有六分力天平5，六分力天平5的底部安装有纵倾姿态调整机构7，吊舱动力仪6的支杆内轴同时穿过六分力天平5和纵倾姿态调整机构7的中部。
回转姿态调整机构2的结构为：包括与法兰1紧固件连接的转盘201，转盘201的底部为固定部分203，固定部分203内部安装蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的输出端与转盘201连接，蜗轮蜗杆机构通过步进电机202驱动，固定部分203的底面安装过渡板4，固定部分203的中部设置有开口，开口内安装无油轴承3，无油轴承3通过紧固件与过渡板4连接，无油轴承3的中部安装吊舱动力仪6的支杆内轴。
步进电机202通过网线连接电控箱8，电控箱8连接电脑9。
纵倾姿态调整机构7的结构为：包括安装板713，安装板713的上表面通过线性滑轨714安装移动底板712，移动底板712的四个角处分别通过导向轴717安装有转动底板711，转动底板711上表面前端和后端中部位置分别安装有支撑座706，两个支撑座706之间安装转动板705；转动底板711上还安装有夹紧座704，夹紧座704夹住转动板705，转动板705的一端从内到外依次安装弧形滑块703、弧形轨座702和第一连接板701，转动板705的另一端中部安装有第一螺母铰座707，转动底板711上垂直安装有第二连接板710，第二连接板710的内侧安装第二螺母铰座709，第一螺母铰座707和第二螺母铰座709之间安装连杆708。
转动板705、转动底板711、移动底板712和安装板713的中部均开有方形孔。
第一连接板701垂直安装在转动底板711的端部，第一连接板701的内侧固定有弧形轨座702，弧形轨座702上通过锁紧螺钉718安装弧形滑块703。
转动底板711上开有四个螺纹孔，四根调整螺杆726穿过螺纹孔抵住移动底板712。
安装板713上设置有两条平行的直线导轨724，在其中一条直线导轨724的下面装有刻度尺715，移动底板712安装有与刻度尺715对应的指示尺716。
本发明的具体结构和功能如下：
吊舱动力仪6的支杆通过四个螺栓悬吊于法兰1上，法兰1和转盘201通过四个螺栓固定，吊舱动力仪6的支杆内轴中心与回转姿态调整机构2通孔中心重合。
步进电机202驱动回转姿态调整机构2固定部分203中的蜗轮蜗杆，使得转盘201、法兰1和吊舱动力仪6围绕回转姿态调整机构2通孔中心旋转。
转盘201转动角度范围为0°～360°，回转姿态调整机构2的固定部分203中的蜗轮蜗杆转速比为1：180，步进电机202步距角1.8°，保持力矩0.54N·m，转盘201整步分辨率为0.01°，可为吊舱动力仪6提供大于3N·m的锁紧扭矩。
电控箱8由220VAC供电，箱体内主要有plc可编程控制器、电源模块和保护电路等，为步进电机202提供直流电，电脑9通过网线和电控箱8通讯，发送启停指令和电机旋转角指令，其中电脑端发送的电机旋转角指令Vpc和吊舱动力仪6的偏航角Vdc之间的转换关系如下式所示：
Vpc＝Vdc*180；
利用回转姿态调整机构2固定部分203上的三个通孔，可将回转姿态调整机构2固定于过渡板4。
无油轴承3***回转姿态调整机构2的通孔内，并利用螺栓固定于过渡板4，吊舱动力仪6支杆穿过无油轴承3，调整偏航角及开展模型试验时，无油轴承3可支撑吊舱动力仪6支杆，降低支撑吊舱动力仪6受水流作用产生的抖动。
过渡板4通过螺栓与六分力天平5的上面板连接固定。
利用螺栓可将六分力天平5的下面板与纵倾姿态调整机构7的转动板705连接固定。
仅改变吊舱动力仪6纵倾角会使螺旋桨桨轴中心发生偏离，故要求纵倾姿态调整机构7具备纵倾角、Z向位置和X向位置调节的功能。
实际使用过程中：
(一)调节纵倾角时：
转动底板711两侧各有一处支撑座706，利用悬臂销和轴销螺钉，转动板705悬挂于支撑座706上并可绕支撑座706旋转；转动板705一端装配一块弧形滑块703，与带刻度的弧形轨座702(安装在竖直固定于转动底板711边缘的第一连接板701上)配合使用可指示转动板705的纵倾角，用锁紧螺钉718可将弧形滑块703锁死在弧形轨座702上；第二连接板710竖直固定于转动底板711一侧的边缘，且在内侧沿竖直方向装有钢轨723，第二螺母铰座709嵌进钢轨723，可沿钢轨723上下移动，调整螺钉722从下往上***转动底板711并拧入第二螺母铰座709内的螺纹孔；用滚珠轴承719、轴用扣环720和铰链销721使连杆708的两端分别与第一螺母铰座707和第二螺母铰座709连接；旋动调整螺钉722使第二螺母铰座709沿钢轨723缓慢上下移动，然后通过连杆708带动转动板705绕支撑座706缓慢旋转，转动板705的纵倾角α可在弧形轨座702的刻度上读出。
(二)Z向位置调整：
转动底板711上有四个通孔，移动底板712上配有四个轴支座及导向轴717，导向轴717穿过相应的通孔并利用夹紧座704(用螺栓固定于转动底板711上)的螺栓将转动底板711锁紧于导向轴717上；转动底板711上有四个螺纹孔，四根调整螺杆726穿过螺纹孔抵住移动底板712；调整转动底板711相对于移动底板712的高度前，需旋动调整螺杆726使四根螺杆均触碰到移动底板712的上表面，拧松夹紧座704上的螺栓，然后根据试验需要旋动四根调整螺杆726从而调节转动底板711相对于移动底板712的高度，达到目标高度后，重新拧紧夹紧座704上的螺栓。
(三)X向位置调整：
安装板713上有两条平行的直线导轨724(两端用内六角螺钉固定于安装板713上)，在其中一条直线导轨724下面装有刻度尺715(最小刻度为1mm)；移动底板712底部装有四个线性滑轨714，可在直线导轨724上顺畅滑动，侧面装有一个指示尺716，用于指示移动底板712在X方向所处的位置，四根直线导轨锁紧螺钉725可将移动底板712锁紧在直线导轨724上。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种吊舱动力仪姿态调整机构，其特征在于：包括法兰(1)，所述法兰(1)的底部安装有回转姿态调整机构(2)，所述回转姿态调整机构(2)的中部设置有通孔，与通孔同心安装吊舱动力仪(6)的支杆内轴，所述回转姿态调整机构(2)的底部通过紧固件固定有过渡板(4)，所述过渡板(4)的底部安装有六分力天平(5)，所述六分力天平(5)的底部安装有纵倾姿态调整机构(7)，所述吊舱动力仪(6)的支杆内轴同时穿过六分力天平(5)和纵倾姿态调整机构(7)的中部；所述纵倾姿态调整机构(7)的结构为：包括安装板(713)，所述安装板(713)的上表面通过线性滑轨(714)安装移动底板(712)，所述移动底板(712)的四个角处分别通过导向轴(717)安装有转动底板(711)，转动底板(711)上表面前端和后端中部位置分别安装有支撑座(706)，两个支撑座(706)之间安装转动板(705)；所述转动底板(711)上还安装有夹紧座(704)，夹紧座(704)夹住转动板(705)，所述转动板(705)的一端从内到外依次安装弧形滑块(703)、弧形轨座(702)和第一连接板(701)，所述转动板(705)的另一端中部安装有第一螺母铰座(707)，所述转动底板(711)上垂直安装有第二连接板(710)，所述第二连接板(710)的内侧安装第二螺母铰座(709)，第一螺母铰座(707)和第二螺母铰座(709)之间安装连杆(708)。
2.如权利要求1所述的一种吊舱动力仪姿态调整机构，其特征在于：所述回转姿态调整机构(2)的结构为：包括与法兰(1)紧固件连接的转盘(201)，所述转盘(201)的底部为固定部分(203)，所述固定部分(203)内部安装蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构的输出端与转盘(201)连接，所述蜗轮蜗杆机构通过步进电机(202)驱动，所述固定部分(203)的底面安装过渡板(4)，所述固定部分(203)的中部设置有开口，所述开口内安装无油轴承(3)，所述无油轴承(3)通过紧固件与过渡板(4)连接，所述无油轴承(3)的中部安装吊舱动力仪(6)的支杆内轴。
3.如权利要求2所述的一种吊舱动力仪姿态调整机构，其特征在于：所述步进电机(202)通过网线连接电控箱(8)，电控箱(8)连接电脑(9)。
4.如权利要求1所述的一种吊舱动力仪姿态调整机构，其特征在于：所述转动板(705)、转动底板(711)、移动底板(712)和安装板(713)的中部均开有方形孔。
5.如权利要求1所述的一种吊舱动力仪姿态调整机构，其特征在于：所述第一连接板(701)垂直安装在转动底板(711)的端部，所述第一连接板(701)的内侧固定有弧形轨座(702)，所述弧形轨座(702)上通过锁紧螺钉(718)安装弧形滑块(703)。
6.如权利要求1所述的一种吊舱动力仪姿态调整机构，其特征在于：所述转动底板(711)上开有四个螺纹孔，四根调整螺杆(726)穿过螺纹孔抵住移动底板(712)。
7.如权利要求1所述的一种吊舱动力仪姿态调整机构，其特征在于：所述安装板(713)上设置有两条平行的直线导轨(724)，在其中一条直线导轨(724)的下面装有刻度尺(715)，所述移动底板(712)安装有与刻度尺(715)对应的指示尺(716)。
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