用于對船舶推進器模型執(zhí)行力學和軸系振動測量的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于對船舶推進器模型執(zhí)行力學和軸系振動測量的系統(tǒng)，包括連接壁、磁性盤式聯(lián)軸器和第一、第二傳動軸，其中連接壁呈豎直設置的艙壁結構，并安裝在螺旋槳與驅(qū)動電機之間；磁性盤式聯(lián)軸器由兩個相互對置且分別安裝在連接壁左右兩側的磁盤共同組成；兩個傳動軸各自設置在連接軸的兩側，并用于將驅(qū)動電機和螺旋槳與磁性盤式聯(lián)軸器分別相聯(lián)接；此外，在第二傳動軸處于連接壁一側的軸端設置有力傳動器，并在中間連接壁上安裝有加速度傳感器。通過本發(fā)明，能夠使得電機與螺旋槳及測量元件從連接上徹底隔離，杜絕電機振動給測量過程帶來的不利影響，同時顯著提高測量的精度和可信度，并使得測量系統(tǒng)的水密環(huán)節(jié)變得容易。
【專利說明】用于對船舶推進器模型執(zhí)行力學和軸系振動測量的系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶元件檢測【技術領域】，更具體地，涉及一種用于對船舶推進器模型執(zhí)行力學和軸系振動測量的系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]對于船舶之類的水面和水下航行器而言，它的推進器在不均勻流場中運轉時會產(chǎn)生力的脈動和振動，引起航行器艉部振動，產(chǎn)生航行器輻射噪聲，是影響航行器隱身性能的一個重要因素。因此，在開展模型試驗時，研宄者需要對模型航行器推進器的力和軸系振動特性進行測量，以此作為衡量艦艇水動力性能的一個重要參考因素。
[0003]參見圖1，在現(xiàn)有技術中，目前廣泛采用的推進器模型力學和軸系振動特性測量方案通常是在螺旋槳I與驅(qū)動電機5之間連接一根長軸2，中間采用若干軸承3支撐；此外，在該長軸上外連一突出物，并在軸側位置來對軸向力及脈沖狀況進行測量，而且一般用兩個壓力傳感器4來執(zhí)行對稱式測量。
[0004]然而，進一步的研宄表明，上述現(xiàn)有技術仍然具備以下的缺陷或不足:首先，該測量系統(tǒng)對元件的軸向同軸度要求較高，導致安裝和調(diào)試困難，而且由于留有預緊力，容易對后續(xù)的測量精度造成較大影響，此外預緊力的存在還會使得長軸的工作壽命急劇下降；其次，在試驗測量過程中，由于電機本身會產(chǎn)生振動，這種振動會與推進器模型脈沖力所產(chǎn)生的振動混合在一起，相應極大地劣化測量結果的精準度和可信性，即便現(xiàn)有技術中往往采用對主機進行優(yōu)選及在后期信號處理階段對中濾波進行優(yōu)化，但仍然無法取得令人滿意的測量結果；再次，由于長軸作為完整的一根軸連接在螺旋槳與驅(qū)動電機之間，使得推進器模型內(nèi)部難以執(zhí)行防水保護，使得在測量過程中動密封易發(fā)生漏水，進而導致驅(qū)動電機和模型的損壞；最后，這類測量系統(tǒng)由于在軸側方位對稱地執(zhí)行軸系推力和脈沖狀況的測量，在實際試驗中發(fā)覺容易產(chǎn)生測量精度下降的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種用于對船舶推進器模型執(zhí)行力學和軸系振動測量的系統(tǒng)，其中通過結合船舶航行器推進器模型自身的結構特點來構建試驗測量系統(tǒng)，并對其關鍵組件如磁性盤式聯(lián)軸器、中間連接壁、力傳感器和加速度傳感器等的具體結構和設置方式進行研宄和設計，相應能夠使得電機與螺旋槳及測量元件從連接上徹底隔離，杜絕電機振動給測量過程帶來的不利影響，同時與現(xiàn)有技術相比可顯著提高測量的精度和可信度，并使得測量系統(tǒng)的水密環(huán)節(jié)變得容易。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種用于對船舶推進器模型執(zhí)行力學和軸系振動測量的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括中間連接壁、磁性盤式聯(lián)軸器、第一傳動軸、第二傳動軸、力傳感器、加速度傳感器和信號分析單元，其中:
[0007]所述中間連接壁呈豎直設置的艙壁結構，并安裝在船舶推進器模型尾部的螺旋槳以及用于為該螺旋槳提供動力的驅(qū)動電機之間；所述磁性盤式聯(lián)軸器由兩個相互對置的磁盤結構共同組成，這兩個磁盤結構分別安裝在所述中間連接壁的左右兩側，并且各自與所述中間連接壁之間保持有一定的氣隙；
[0008]所述第一傳動軸的一端與所述驅(qū)動電機的輸出端保持相連，另外一端則通過第一墊片聯(lián)接至安裝在所述中間連接壁左側的磁盤結構；所述第二傳動軸的一端與所述螺旋槳相連，另外一端則通過推力軸承和第二墊片聯(lián)接至安裝在所述中間連接壁右側的磁盤結構；
[0009]所述力傳感器設置在所述第二傳動軸處于所述中間連接壁一側的軸端位置，用于對從螺旋槳經(jīng)由推力軸承傳遞至中間連接壁的軸系激振力狀況執(zhí)行實時監(jiān)測；所述加速度傳感器則直接安裝在所述中間連接壁的上部或下部，并用于對中間連接壁的振動信號執(zhí)行實時監(jiān)測；
[0010]所述信號分析單元分別與所述力傳感器和加速度傳感器信號相連，并用于基于所監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號對船舶推進器模型的力學和軸系振動狀況執(zhí)行評估。
[0011]作為進一步優(yōu)選地，所述中間連接壁由譬如不銹鋼的水密材料制成，且其厚度優(yōu)選被設定為2mm?5mm。
[0012]作為進一步優(yōu)選地，所述磁性盤式聯(lián)軸器的關鍵性能參數(shù)包括磁盤大小及間隙對應的最大可傳遞扭矩及磁盤吸力，在試驗時，應根據(jù)螺旋槳所需扭矩合理對磁盤大小進行選型并布置其間隙，并保證磁盤間吸力足夠大。
[0013]作為進一步優(yōu)選地，所述第一及第二傳動軸優(yōu)選由45鋼材質(zhì)一次加工制成，并經(jīng)過淬火等工序以保證傳動軸的同軸度、硬度及抗彎抗扭等特性。
[0014]作為進一步優(yōu)選地，所述推力軸承的工作性能參數(shù)被設計如下:其最大軸向受力為2500N(動載)，其最大工作轉速為5000r/min。
[0015]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，主要具備以下的技術優(yōu)點:
[0016]1、通過采用中間連接壁的設計，不僅可在螺旋槳與驅(qū)動電機建立有效的水密防護，更重要的是通過與磁性盤式聯(lián)軸器及兩個傳動軸的配合安裝，有效隔絕了電機驅(qū)動的不穩(wěn)定性對測量過程的影響和干擾，與現(xiàn)有技術相比顯著提高了實時測量的準確性和精確性，為研宄水面和水下航行器設計參數(shù)和振動特性提供有效的參照；
[0017]2、通過將壓力傳感器和加速度傳感器設置在第二傳動軸的軸端和中間連接壁之上，在整個測量過程中，螺旋槳的受力和軸系振動信號可通過推力軸承直接傳遞至相應傳感器，與對稱測量方式相比能夠進一步提高測量的精度；
[0018]3、按照本發(fā)明的上述測量系統(tǒng)由于采用兩個傳動軸來執(zhí)行各組件之間的相互連接，這樣在實際試驗時可允許發(fā)生一定程度的角度偏差和平行偏差，有效彌補軸系安裝過程中不可避免的偏差，相應進一步提高測量結果的高精度性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術中用于對船舶推進器模型執(zhí)行測量的系統(tǒng)示意圖；
[0020]圖2是按照本發(fā)明所構建的用于對船舶推進器模型執(zhí)行測量的系統(tǒng)整體示意圖；
[0021]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0022]1-螺旋槳 2-長軸 3-軸承 4-壓力傳感器 5-驅(qū)動電機11-中間連接壁12-磁性盤式聯(lián)軸器13-第一傳動軸14-第二傳動軸15-力傳感器16-加速度傳感器21-螺旋槳22-驅(qū)動電機23-第一墊片24-推力軸承25-第二墊片121-磁盤結構122-磁盤結構

【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0024]圖2是按照本發(fā)明所構建的用于對船舶推進器模型執(zhí)行測量的系統(tǒng)整體示意圖。如圖2中所示，該系統(tǒng)主要包括中間連接壁11、磁性盤式聯(lián)軸器12、第一傳動軸13、第二傳動軸14、力傳感器15、加速度傳感器16和信號分析單元等，其中主要通過對關鍵元件的自身結構及其具體設置方式的研宄和設計，相應能夠?qū)Ⅱ?qū)動電機與螺旋槳及測量部分從連接上徹底分開，杜絕了主機振動給測量帶來的不利影響，同時很好地完成螺旋槳與電機之間的水密工作；此外，即便在測量過程中發(fā)生角度偏差及平行偏差，仍能達到令人滿意和高精度的測量結果。
[0025]具體而言，中間連接壁11呈豎直設置的艙壁結構，并安裝在船舶推進器模型尾部的螺旋槳21以及用于為該螺旋槳21提供動力的驅(qū)動電機22之間；磁性盤式聯(lián)軸器12由兩個相互對置的磁盤結構121、122共同組成，這兩個磁盤結構分別安裝在中間連接壁11的左右兩側，并且各自與所述中間連接壁之間保持有一定的氣隙；這樣扭矩可通過氣隙由一個磁盤傳遞到另一個磁盤，而且即便發(fā)生角度偏差及平行偏差的情況下仍能正常工作。此夕卜，磁聯(lián)軸與軸可通過鍵進行傳動，并通過軸上階梯面及第一墊片進行軸向限位，其中第一墊片23譬如通過螺紋連接在第一傳動軸13上。
[0026]第一傳動軸13的一端(圖中顯示為左端)與驅(qū)動電機22的輸出端保持相連，另外一端(圖中顯示為右端)則通過第一墊片23聯(lián)接至安裝在所述中間連接壁11左側的磁盤結構；相應地，第二傳動軸14的一端(圖中顯示為右端)與所述螺旋槳21相連，另外一端(圖中顯示為左端)則通過推力軸承24和第二墊片25聯(lián)接至安裝在所述中間連接壁11右側的磁盤結構；以此方式，電機能夠跟推進器完全分開，扭矩通過氣隙由一個磁盤向另一個磁盤傳遞，完成無接觸式傳動，徹底去除主機振動對推進器力和振動的影響，提高測試精度和可信度；而且它不僅能夠消除傳動電機的振動傳輸，同時還能夠補償安裝的角度偏差和平行偏差。
[0027]力傳感器15譬如為壓電式石英力傳感器，它設置在所述第二傳動軸14處于所述中間連接壁11 一側的軸端位置，由此用于對從螺旋槳經(jīng)由推力軸承傳遞至中間連接壁的軸系激振力狀況執(zhí)行實時監(jiān)測；加速度傳感器16則直接安裝在中間連接壁11的上部或下部，并用于對中間連接壁的振動信號執(zhí)行實時監(jiān)測；此外，信號分析單元分別與力傳感器和加速度傳感器信號相連，并用于基于所監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號對船舶推進器模型的力學和軸系振動狀況執(zhí)行評估。
[0028]下面將具體解釋按照本發(fā)明的測量系統(tǒng)的工作原理及優(yōu)點。
[0029]當螺旋槳在船舶模型艉部不均勻流場中運轉時，流體產(chǎn)生的周期和隨機激振力作用在螺旋槳上，縱向激振力通過螺旋槳軸系傳遞到第二墊片及推力軸承，然后通過該推力軸承傳遞到力傳感器及艙壁，同時由加速度傳感器來直接測出艙壁上的振動信號。
[0030]通過以上構思，在將電機與螺旋槳及測量部分從連接上徹底分開的情況下，使得電機的驅(qū)動能夠輸送給螺旋槳，而且更重要的是，杜絕了主機振動給測量過程帶來的不利影響，顯著提高了測量結果的精確性。此外，由于連接壁在作為安裝部件的同時還可起到水密工作，相應使得水密環(huán)節(jié)變得簡單和便于操控，而且磁性盤式聯(lián)軸器可以允許較小的角度偏差及平行偏差，可以在一定程度上有效彌補軸系的安裝偏差。
[0031]考慮到船舶振動測量的實際情況，上述組件中如磁性盤式聯(lián)軸器、第一和第二傳動軸的結構及性能參數(shù)同樣對于本發(fā)明的測量過程起到重要的影響，因此，在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例分別對其關鍵性能參數(shù)或工作性能參數(shù)進行了選擇性的優(yōu)化設計，具體包括包括:所述磁性盤式聯(lián)軸器的關鍵性能參數(shù)包括磁盤大小及間隙對應的最大可傳遞扭矩及磁盤吸力，在試驗時，應根據(jù)螺旋槳所需扭矩合理對磁盤大小進行選型并布置其間隙，并保證磁盤間吸力足夠大；所述第一、第二傳動軸軍優(yōu)選由45鋼材質(zhì)一次加工制成，并經(jīng)過淬火等工序以保證傳動軸的同軸度、硬度及抗彎抗扭等特性。此外，考慮到推力軸承作為軸向力和振動的直接傳遞對象，在整個測量系統(tǒng)起到重要作用，因此所述推力軸承的工作性能參數(shù)被設計如下:其最大軸向受力為2500N(動載)，其最大工作轉速為5000r/min。
[0032]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種用于對船舶推進器模型執(zhí)行力學和軸系振動測量的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括中間連接壁(11)、磁性盤式聯(lián)軸器(12)、第一傳動軸(13)、第二傳動軸(14)、力傳感器(15)、加速度傳感器(16)和信號分析單元，其中: 所述中間連接壁(11)呈豎直設置的艙壁結構，并安裝在船舶推進器模型尾部的螺旋槳(21)以及用于為該螺旋槳(21)提供動力的驅(qū)動電機(22)之間；所述磁性盤式聯(lián)軸器(12)由兩個相互對置的磁盤結構(121,122)共同組成，這兩個磁盤結構分別安裝在所述中間連接壁(11)的左右兩側，并且各自與所述中間連接壁之間保持有一定的氣隙； 所述第一傳動軸(13)的一端與所述驅(qū)動電機(22)的輸出端保持相連，另外一端則通過第一墊片(23)聯(lián)接至安裝在所述中間連接壁(11)左側的磁盤結構；所述第二傳動軸(14)的一端與所述螺旋槳(21)相連，另外一端則通過推力軸承(24)和第二墊片(25)聯(lián)接至安裝在所述中間連接壁(11)右側的磁盤結構； 所述力傳感器(15)設置在所述第二傳動軸(14)處于所述中間連接壁(11) 一側的軸端位置，用于對從螺旋槳經(jīng)由推力軸承傳遞至中間連接壁的軸系激振力狀況執(zhí)行實時監(jiān)測；所述加速度傳感器(16)則直接安裝在所述中間連接壁(11)的上部或下部，并用于對中間連接壁的振動信號執(zhí)行實時監(jiān)測； 所述信號分析單元分別與所述力傳感器(15)和加速度傳感器(16)信號相連，并用于基于所監(jiān)測的數(shù)據(jù)信號對船舶推進器模型的力學和軸系振動狀況執(zhí)行評估。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中間連接壁(11)由水密材料制成，且其厚度優(yōu)選被設定為2111111?5111111。
3.如權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一及第二傳動軸優(yōu)選由45號鋼材質(zhì)一次加工制成，并經(jīng)過淬火工序處理。
4.如權利要求1-3任意一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述推力軸承的工作性能參數(shù)被設計如下:其最大軸向受力為25001其最大工作轉速為500017111111。
【文檔編號】G01H1/00GK104494783SQ201410822417
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權日:2014年12月25日
【發(fā)明者】張志國, 吳哲, 何然, 王先洲, 馮大奎 申請人:華中科技大學