全自动无砝码自补偿天平校准装置制造方法及图纸

一种全自动无砝码自补偿天平校准装置，包括加载机构与复位检测机构，其特征是该机构由：底座、承力座，由加载头、滑套和定位销构成的加载头部分，由弹性支承座、调节螺母、平衡力值传感器、弹性铰链吊杆和悬挂横梁构成的平衡部分，６～１４个加载部分，以及加载头复位检测部分组成。用于风洞试验测力天平的地面静态校准，可以实现对六分量内或应变天平和半模天平的全自动校准作业。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风洞试验测力天平的地面静态校准设备的部件，特别涉及一种全自动砝码自补偿天平校准装置。众所周知，风洞试验、计算机模拟的飞行试验是空气动力学研究和设计的三大手段，实践证明，风洞试验在现在或未来都将是航空航天器气动力研究不可缺少的重要手段。风洞测力试验主要用来测量各类飞行器模型所受的气动力和力矩，是空气动力地面模拟实验中最基本的试验项目。其测力试验的不确定度主要同试验模型及其安装不确定度，测力天平和测量仪器不确定度，流场品质，控制系统和风洞的动态特性有关。尤其是在当前风洞试验设备发展比较成熟的今天，测力天平的不确定度已经成为风洞测力试验不确定度的重要因素。而风洞天平对作用的飞行器模型上气动载荷测量的不确定度不仅取决于天平设计加工完后本身具有的性能，更为重要的是取决于天平地面静态校准的精确度，而制约天平静态校准精确度的关键是天平校准设备的性能及与之相联系的加载和数据处理方法。因此，国内外气动工作者都十分重视风洞天平校准设备的研制工作。在校准系统的研制中，尽可能采用当时最新的科技成果，建立尽可能高精度等级，尽可能自动化的校准系统，从而提高天平计量的精确度，提高风洞测力试验的精确度。风洞测力试验要求测力天平具有把作用在飞行器模型上的空气动力按给定的坐标轴系进行精确分解并精确测量六个气动力载荷分量(升力Y，俯仰力矩Mz，阻力X，滚转力矩Mx，侧向力Z，偏航力矩My)的能力。风洞应变天平校准的目的，就是通过相应的校准设备和校准方法，对被校天平施加校准载荷，求得被校天平各分量的输出信号随所加载荷的变化关系，进而获得天平的校准公式和工作公式。现有技术中，国内的天平校准设备大体可以分为三类一类是基于砝码加载的地轴系天平校准设备，这类设备对天平实施校准时，不对校准加载后天平和支杆的弹性变形所引起的加载头位置的变化进行复位补偿，这样就使校准加在后力值的方向和作用点均偏离了初始坐标轴系，而仅靠测量加载头在六个自由度方向的位置变化量来进行数据修正，由于位置测量的不准确往往给校准结果带来比较大的误差；第二类是基于砝码加载的准体轴系天平校准设备，这类设备虽然可以实现加载头的复位补偿，但由于设备本身的限制，无法实现所有二元组合加载(如YMy、ZMz等)，加之采用滑轮和钢带传动，考虑到摩擦阻力及力的方向、作用点等，系统误差偏大，也给校准结果带来比较大的误差；这两类设备的共同缺点是校准装置的自动化程度低，特别是对于大载荷天平的校准将带来不可容忍的繁重的、耗时费力的人力浪费，劳动强度大，校准效率低；第三类是以沈阳626所为代表的基于砝码加载的自动天平校准设备，该设备由加载机构、复位检测机构、六自由度自补偿复位机构和测控处子系统组成，该设备虽然从原理上具有前两类无可比拟的优越性，但是，由于从根本上没有摆脱砝码加载的方式，不可避免的存在着滑轮和钢带传动带来的摩擦阻力的影响、力的方向和作用点误差难以严格控制的缺点。更重要的是，对联5000N以上的天平校准设备来说，用传统的砝码加载是无法实现的，必须研制力发生器系统，实现无砝码加载。实践证明，高精度的校准设备是对被校天平实施精确校准，进面获得高精度测力试验结果的关键。上述传统的天平校准设备，采用的是单元校准体轴系或地轴系砝码加载，难以真正模拟天平在风洞吹风试验中的受力状态，不能做到高精度，高效率地对天平实施校准。本技术之目的的旨在克服上述现有技术中的不足，通过对加载机构与复位检测机构的改进，提供一和大载荷、体轴系、高精度的全自动无砝码自补偿天平校准装置，以满足1.2×1.2m跨超声速风洞风洞各类型号试验所需天平的校准需要，同时兼顾2.4×2.4m跨声速风洞中、小载荷天平的校准需要。本技术的内容是一种全自动无砝码自补偿天平校准装置，包括加载机构与复位检测机构，其特征是所述加载机构与复位检测机构由底座(1)、一端与底座(1)连接的承力座(11)；由安装在承力座(11)上的有标准锥孔的加载头(10)、套接于加载头(10)标准锥孔内的滑套(9)、加载头定位销(16)构成的加载头部分；与加载头(10)一端面连接的涡流探头(18)(例如BENTLY涡流探头等)构成的加载头复位检测部分；由与承力座(11)连接的弹性支承座(13)，支撑于弹性支承座(13)上顺次串接的调节螺母(12)、平衡力值传感器(14)、弹性铰链吊杆(15)和悬挂横梁(17)构成的平衡部分；以及6～14个加载部分组成；各单元加载部分均由施力框架(2)，安装在施力框架(2)上的力发生器(6)，顺次串接的后轴承座(4)、施力杆(5)、标准力值传感器(7)和另一端与加载头(10)相连的弹性铰链施力座(8)，一端与底座(1)连接、一端与力发生器(6)活动铰链连接、一端与施力杆(5)活动连接的比例杠杆(3)，以及一端与承力座(11)固定连接、另一端与施力杆(5)活动套接的支承座(19)构成。本
技术实现思路
中所述力发生器(6)由安装在施力框架(2)上的带蜗轮减速器(21)的步进电机(20)，与蜗轮减速器(21)输出轴连接的滚珠丝杆(22)，一端与滚珠丝杆(22)连接、另一端连接有出力头(30)的压缩弹簧(26)，与压缩弹簧(26)一端连接的主动滑块(24)和滑块(25)，与压缩弹簧(26)另一端连接的滑块(29)，两端分别与主动滑块(24)和滑块(29)固定连接、并与滑块(25)活动套接的2根对称的拉杆(27)，两端分别与滑块(25)和压缩弹簧(26)一端固定连接、并与滑块(29)活动套接的2根对称的拉杆(28)，以及两端分别与施力框架(2)固定连接、并与主动滑块(24)和滑块(29)活动套接的2根对称的拉杆(23)组成。与现有技术相比，本技术具有下列特点(1)机构设计合理、原理先进，独特的力发生器6方案，配备标准力值传感器7作为天平标准的力值基准是真正实现天平校准无砝码加载技术的关键；(2)应用范围宽。可用于直径为Φ20-Φ80mm，载荷范围在30000N以下的内式应变天平或半模天平的校准，只需更换过渡锥套和不同量程组的标准力值传感器组，即可满足不同几何尺寸和量程范围天平的校准需要；(3)完善的自动控制硬件和软件，实现了天平校准过程的全自动作业；(4)全新的多元校准方案和数据处理方法是国内外天平校准的一大突破；(5)天平的安装和定位方便，可靠；(6)可实现六自由度加载机构的高精度测量和复位控制；(7)在校准天平的同时，可实现对弹性角系数的自动校测；(8)可操作性强，可维护性好，工作效率高；(9)附表1是本技术主要技术指标，附表2是国内外n个风洞天平校准设备的主要性能比较表，从表中数据可以看出，本技术各项性能均已处于国内先进水平。附图说明图1是本技术原理框图；图2是本技术实施例结构示意图；图3是图2中力发生器(6)结构示意图。图中1-底座、2-施力框架、3-比例杠杆、4-后轴承座、5-施力杆、6-力发生器、7-标准力值传感器(标准力值计)、8-弹性铰链施力座、9-滑套、10-加载头、11-承力座、12-调节螺母、13-弹性支承座、14-平衡力值传感器、15-弹性铰链吊杆、16-加载头定位销、17-悬挂横梁、18-BENTLY涡流探头、19-支承座、20-步进电机、21-蜗轮减速器、22-滚珠丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动无砝码自补偿天平校准装置，包括：加载机构与复位检测机构，其特征是：所述加载机构与复位检测机构由：底座（１）、一端与底座（１）连接的承力座（１１）；由安装在承力座（１１）上的有标准锥孔的加载头（１０）、套接于加载头（１０）标 准锥孔内的滑套（９）、加载头定位销（１６）构成的加载头部分；与加载头（１０）一端面连接的涡流探头（１８）构成的加载头复位检测部分；由与承力座（１１）连接的弹性支承座（１３），支撑于弹性支承座（１３）上顺次串接的调节螺母（１２）、平衡 力值传感器（１４）、弹性铰链吊杆（１５）和悬挂横梁（１７）构成的平衡部分；以及６～１４个加载部分组成；各单元加载部分均由施力框架（２），安装在施力框架（２）上的力发生器（６），顺次串接的后轴承座（４）、施力杆（５）、标准力值传感器（ ７）和另一端与加载头（１０）相连的弹性铰链施力座（８），一端与底座（１）连接、一端与力发生器（６）活动铰链连接、一端与施力杆（５）活动连接的比例杠杆（３），以及一端与承力座（１１）固定连接、另一端与施力杆（５）活动套接的支承座（１９）构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张应培，顾文元，陆文祥，杨奇磷，田洪盛，孙焕成，马护生，于昆龙，
申请(专利权)人：中国气动力研究与发展中心高速气动力研究所，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]