船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及船用电力直驱螺旋桨技术领域，具体地说是一种船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法，其特征在于该装置由上刚性梁、下刚性梁和连接上刚性梁和下刚性梁的测力单元组件组成，所述的上刚性梁两侧的下方设有竖直朝下的竖连板，竖连板上设有连接螺孔，所述的下刚性梁的两侧设有水平方向的横连板，横连板上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁、两个测力横梁和八个应变片组成，具有结构简单、方便操作、测量精确、方便更换等优点。

Device for measuring thrust and torque of direct drive propeller for ships

The utility model relates to the technical field of marine electric direct drive propeller, in particular a device and method for measuring the thrust and torque of a power direct drive propeller by a ship. Its characteristic is that the device consists of an upper rigid beam, a lower rigid beam and a force measuring component of a rigid beam and a lower rigid beam connected to the upper rigid beam, and the upper rigid beam two is described. A vertical connecting plate is provided at the lower side of the side. The vertical connecting plate is provided with a connecting screw hole. The two sides of the lower rigid beam are provided with a horizontal connecting plate. The connecting plate is provided with a connecting screw hole. The force measuring unit component is composed of two force measuring vertical beams, two force beams and eight stress changing pieces, which has simple structure and convenience. It has many advantages, such as operation, accurate measurement, convenient replacement and so on.

【技术实现步骤摘要】
船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置
本专利技术涉及船用电力直驱螺旋桨
，具体地说是一种结构简单、方便操作、测量精确、方便更换的船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法。
技术介绍
众所周知，现有的船用电力直驱桨分为两种：一种是吊舱式电力推进器，其特点是将电机安装在轮毂内，通过支撑结构安装在船体上；另一种是叶环式的电驱桨，将螺旋桨与环状的电机转子做成一体，将电机定子集成在管状的支撑结构内，通过安装在支撑结构上的支架来固定在船体上，二者共同的特点是轴短小或采用无轴结构，且螺旋桨和动力部件设计为一体，难以用常规的敞水动力仪来测量推力和扭矩。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、方便操作、测量精确、方便更换的船用测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置和方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于该装置由上刚性梁、下刚性梁和连接上刚性梁和下刚性梁的测力单元组件组成，所述的上刚性梁两侧的下方设有竖直朝下的竖连板，竖连板上设有连接螺孔，所述的下刚性梁的两侧设有水平方向的横连板，横连板上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁、两个测力横梁和八个应变片组成，所述的测力横梁的两端向下并向内侧弯曲呈口字型横梁，测力横梁两端向内侧弯曲的部分设有连接螺孔，测力横梁的连接螺孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接螺孔，另一端穿过下刚性梁两侧的横连板与下刚性梁相连接，所述的测力竖梁的上端设有连接孔，连接孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接孔，另一端穿过上刚性梁的竖连板与上刚性梁相连接，所述的测力竖梁的下端与测力横梁的上端中部相连接，所述的下刚性梁的中部下方设有与待测螺旋桨支架上的法兰盘相配合的连接法兰，通过法兰盘与连接法兰相配合连接实现待测螺旋桨与下刚性梁配合连接，所述的两个测力竖梁的外侧对应设有两个应变片，两个测力横梁的上侧两端对应设有两个应变片，通过应变片的感应测出应变值进而测出推力和扭矩。本专利技术所述的上刚性梁和下刚性梁设为刚性板，不会因为扭力或者推力过大导致变形。本专利技术所述的测力横梁和测力竖梁设为不锈钢板，保证了测量结果的准确性。本专利技术所述的下刚性梁与测力横梁连接处的测力横梁外侧设有倒圆面，避免应力集中，也减少水中附体的阻力，影响测量效果。一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的方法，其特征在于测量方法步骤如下：（1）.预估推力和扭矩，确定测力计的量程：首先根据螺旋桨推力计算公式和扭矩的计算公式，式中：为推力，单位N；为转矩，单位N.m；为水的密度，单位；为螺旋桨转速，单位rev/s；为螺旋桨直径，单位m；分别为推力系数和扭矩系数，为无量纲量，结合螺旋桨厂家给定的螺旋桨敞水性能曲线，预估系泊工况下，即进速为0时螺旋桨的推力和扭矩，系泊工况下螺旋桨的推力系数与扭矩系数均为最大值，因此对应的推力和扭矩也最大，可作为测力计的最大量程设计参考值；（2）.测力单元组件、上刚性梁和下刚性梁的尺寸确定：首先确定测力竖梁的尺寸参数，定义测力竖梁弹性钢片的宽度为b，厚度为t，两个应变片间距为h，对于相关参数的确定主要分两步，第一步是根据公式初步的估算相应的尺寸：首先，选取应变的目标值，通常设定范围在之间；查找材料性能参数，获得弹性钢片的弹性模量E；然后根据推力、应变和弹性模量E，由公式求得的值，式中：E为材料的杨氏模量，单位Pa，可通过查找相应材料的性能参数表获得；为应变，为无量纲量；b为竖梁的宽度，单位m；t为竖梁厚度，单位m；为螺旋桨转矩，单位为N.m；h为竖梁两应变片之间的距离，单位m，调整各个参数，根据实际情况选取一个合适的t值，取t≥0.005m，调整b，保证b是t的2~4倍；最后根据b和t的数值来确定h，保证h＝（10~15）*t，第二步是进行参数的校验：将得到的b、t、h带回公式中去进行验证，其应变值若在范围内，则结果合理，否则重新进行尺寸的调整；然后进行测力横梁尺寸的确定，定义横梁长度为L，取L=（0.8~1.2）*h，测力横梁截面为矩形截面，矩形截面的一边长度与竖梁的厚度一致，即t，定义另一边长度为a，其尺寸的确定可以通过公式W=t*a*a/6和公式来确定，式中：f为安全系数；为最大弯曲应力，单位Pa；为许用应力，单位Pa；为最大扭矩值，单位N.m；W为抗弯截面系数，单位；t、a分别为矩形截面横梁的边长，单位m，参数确定过程如下：首先，查找横梁材料的许用应力值，取安全系数为f，由公式W=t*a*a/6计算出矩形截面的抗弯截面系数W，然后代入公式，调整a的大小，保证a≤t使公式满足即可；再进行上刚性梁、下刚性梁形状尺寸的确定，上刚性梁和下刚性梁的形状尺寸相同，轴向长度为2h，矩形截面长为0.5L，宽为3a；最后根据上述确定的各个尺寸参数后加工制作出测力装置，粘贴应变片，连接电路至应变仪，组成完整的测力系统，梁在扭矩和推力作用下产生微变形，使粘贴在轴上的电阻应变片也产生变形，变形使应变片的电阻值产生变化，这种变化与变形成正比关系，因此，测量应变片的电阻可以获得微应变值，从而换算出推力与扭矩的数值；（3）.测力装置的标定：即确定测力装置的测量方法。该过程在干的环境中完成，首先将上刚性梁固定在试验台架上，先通过实验台架向下刚性梁施加由小到大的推力载荷Tx，施加不同的推力载荷时，应变片R1、R2、R3、R4电阻值变化，应变仪输出不同的应变值x，绘制出不同的应变值对应的推力载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，如果不满足，则应重新检验相关的参数与应变片的粘贴等是否正确，通过拟合得到的推力载荷与应变值应满足关系式Tx=k1*x，求出标定参数k1即完成测力竖梁的校验，同样的道理，通过试验台架向横梁施加由小到大的扭矩载荷Qz，应变片R5、R6、R7、R8阻值变化使得应变仪输出不同的应变值z，绘制出不同的应变值对应的扭矩载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律，通过拟合得到的扭矩载荷与应变值应满足关系式Qz=k2*z，求出标定参数k2即完成测力横梁的校验，完成整个标定工作，进而进行实际测量；（4）.实际测量：待测量的螺旋桨与标定好的实验装置连接，整体至于实验水槽中，使推进器本身与部分下刚性梁没于水中，然后对应变仪进行调零，接下来启动螺旋桨，分别测量由小到大不同转速下的通过应变片R1、R2、R3、R4输出的应变值x，再乘以前边标定系数k1即可得到对应的推力，不同转速下应变片R5、R6、R7、R8输出的应变值z，再乘以前边标定系数k2即可得到对应的扭矩。本专利技术由于采用上述结构和测量方法，具有结构简单、方便操作、测量精确、方便更换等优点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术另一个方向的结构示意图。图3是本专利技术结构示意图，其中3-1是主视图，3-2是左视图。图4是带有吊舱推进器的结构示意图。图5是应变值对应的推力载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律示意图。图6是应变值对应的扭矩载荷规律曲线理论上应满足线性变化的规律示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明：如附图所示，一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于该装置由上刚性梁1、下刚性梁2和连接上刚性梁1和下刚性梁2的测力单元组件组成，所述的上刚性梁1两侧的下方设有竖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于该装置由上刚性梁、下刚性梁和连接上刚性梁和下刚性梁的测力单元组件组成，所述的上刚性梁两侧的下方设有竖直朝下的竖连板，竖连板上设有连接螺孔，所述的下刚性梁的两侧设有水平方向的横连板，横连板上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁、两个测力横梁和八个应变片组成，所述的测力横梁的两端向下并向内侧弯曲呈口字型横梁，测力横梁两端向内侧弯曲的部分设有连接螺孔，测力横梁的连接螺孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接螺孔，另一端穿过下刚性梁两侧的横连板与下刚性梁相连接，所述的测力竖梁的上端设有连接孔，连接孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接孔，另一端穿过上刚性梁的竖连板与上刚性梁相连接，所述的测力竖梁的下端与测力横梁的上端中部相连接，所述的下刚性梁的中部下方设有与待测螺旋桨支架上的法兰盘相配合的连接法兰，通过法兰盘与连接法兰相配合连接实现待测螺旋桨与下刚性梁配合连接，所述的两个测力竖梁的外侧对应设有两个应变片，两个测力横梁的上侧两端对应设有两个应变片，通过应变片的感应测出应变值进而测出推力和扭矩。

【技术特征摘要】
1.一种测量电力直驱螺旋桨推力和扭矩的装置，其特征在于该装置由上刚性梁、下刚性梁和连接上刚性梁和下刚性梁的测力单元组件组成，所述的上刚性梁两侧的下方设有竖直朝下的竖连板，竖连板上设有连接螺孔，所述的下刚性梁的两侧设有水平方向的横连板，横连板上设有连接螺孔，所述的测力单元组件由两个测力竖梁、两个测力横梁和八个应变片组成，所述的测力横梁的两端向下并向内侧弯曲呈口字型横梁，测力横梁两端向内侧弯曲的部分设有连接螺孔，测力横梁的连接螺孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接螺孔，另一端穿过下刚性梁两侧的横连板与下刚性梁相连接，所述的测力竖梁的上端设有连接孔，连接孔内设有连接螺栓，连接螺栓的一端穿过连接孔，另一端穿过上刚性梁的竖连板与上刚性梁相连接，所述的测力...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军伟，余平，张国政，李明阳，于之涵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：新型
国别省市：山东,37