专利名称：一种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构，属于实验空气动力学领域。
背景技术：
半模试验技术是ー种重要的风洞试验技术，可以较好的解决在试验段进行全模型试验时，受试验段截面尺寸的限制，所导致试验Re数较低、难以实现飞行器外形细节模拟等问题。国内外大多数风洞，通常采用在常规试验段上安装半模试验系统进行半模试验；有些较大口径量级的风洞，例如CARDC2. 4米风洞、FL-2风洞等，则采用単独加工的半模试验段，将较大的半模型安装在该试验段内进行气动カ试验。转窗机构是半模试验系统(或半模试验段)的核心机构，将半模型安装在转窗机构上，可以进行半模型的测力、测压、流态·观察、变Re数试验、铰链力矩试验、抖振试验等。半模转窗机构实际上就是半模攻角机构。通常，亚跨声速风洞的半模转窗机构设置在试验段左右侧壁上。目前，绝大多数亚跨声速风洞的半模转窗机构传动链通常为电机(或液压马达)-联轴器-減速器-蜗轮蜗杆副-转窗。由于大中心距的蜗轮蜗杆副传动效率和回转精度较低，能够实现大中心距、高回转精度和高传动效率的蜗轮蜗杆副加工困难、造价高，难以实现圆周运动；现有机构采用蜗轮蜗杆副的传动方式以及安装环境导致不能整体吊装，安装、拆卸不便，费时费力，准备时间长，试验效率低。

发明内容
本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构，以解决现有机构采用大中心距的蜗轮蜗杆副加工困难、造价高，难以实现圆周转动以及不能实现整体吊装，安装、拆卸不便，试验效率低的问题。本发明的技术解决方案—种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构，包括支座、大圆柱直齿轮、交流伺服电机、減速器、电位计支座、电位计、压片、联轴器、小轴、连接盖、齿轮压盖、小圆柱直齿轮、键、右轴承盖、轴承座、圆锥滚子轴承、左轴承盖、主轴、压紧盖和压紧螺钉；在主轴和轴承座之间装入ー对圆锥滚子轴承，使得主轴、轴承座和圆锥滚子轴承紧密连接，左轴承盖和右轴承盖分别安装在圆锥滚子轴承的左侧和右侧，且左轴承盖和右轴承盖将圆锥滚子轴承轴向压紧；小圆柱直齿轮通过ー对键与主轴相连，将齿轮压盖安装在主轴上，在轴向压紧小圆柱直齿轮，交流伺服电机与減速器直连之后安装在支座上，使用压紧螺钉和压紧盖将大圆柱直齿轮安装在减速器的伸出的轴上，再将支座连接到轴承座上，将小轴与连接盖固连后安装在齿轮压盖上，再将电位计通过压片安装在电位计支座上，再将电位计支座安装在支座上，使得电位计的轴线与小轴的轴线重合，电位计的轴与小轴通过联轴器连接在一起，所述电位计用于测量主轴的转动角度。所述大圆柱直齿轮和小圆柱直齿轮啮合形成圆柱直齿轮组进行传动，使得所述半模转窗机构可以实现±360°运动。所述交流伺服电机与減速器直连后的轴线与主轴的轴线平行但不重合。所述主轴为中空轴。所述主轴和轴承座之间装入的一对圆锥滚子轴承采用面对面方式安装。所述ー对键围绕主轴上下呈180度对称分布。本发明具有以下有益效果(I)本发明采用高精度圆柱直齿轮组(大圆柱直齿轮(2)和小圆柱直齿轮(12))·传动，相比于加工困难、造价高的大中心距、高回转精度和传动效率的蜗轮蜗杆副，加工周期短，性价比高，可实现高回转精度、高传动效率以及圆周运动，机构可以实现±360°运动，可满足多种试验需求。(2)本发明半模转窗机构重心基本在轴承座15的根部(靠近右轴承盖)，可整体吊装，方便快速安装在原有试验段观察窗的窗台，安装、拆卸方便，有效减少了试验准备时间，提闻了试验效率。(3)本发明使用电位计直接測量主轴的转动角度，而主轴是与负载直接相连接，没有中间传动环节，省却了中间传动误差，因此反馈与測量模块可直接测量负载的实际转动角度，并把该角度值上传，由计算机根据程序执行相应反馈控制动作，提高攻角测量的准确性。高精度圆柱直齿轮组传动配合采用高精密电位计为核心的反馈与测量模块，可实现攻角控制精度可达到±3'。(4)本发明将驱动用交流伺服电机、減速器偏置，与转动模块中心线平行而不是重合，驱动直齿轮组带动主轴旋转，主轴采用中空轴设计，方便天平数据线、测压管路、传感器信号线等大量线缆、管路的布线，増加了布线可靠性，可满足多种试验需求。(5)本发明在主轴支撑上设计了ー对高精度、大载荷的标准圆锥滚子轴承，采用面对面方式安装，方便安装与拆卸，性价比好，能够承受作用在机构上的力和カ矩。


图I为本发明亚跨声速风洞的半模转窗机构结构示意图；图2为本发明半模转窗机构安装示意具体实施例方式下面结合附图来说明本发明的具体实施方式
。本发明提供了一种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构，如图I所示，包括支座
I、大圆柱直齿轮2、交流伺服电机3、减速器4、电位计支座5、电位计6、压片7、联轴器8、小轴9、连接盖10、齿轮压盖11、小圆柱直齿轮12、键13、右轴承盖14、轴承座15、圆锥滚子轴承16、左轴承盖17、主轴18、压紧盖19和压紧螺钉20 ；本发明可分为三个模块驱动传动模块、反馈与测量模块以及转动模块。其中，支座I、大圆柱直齿轮2、交流伺服电机3、减速器4、齿轮压盖11、小圆柱直齿轮12、压紧盖19和压紧螺钉20组成驱动传动模块；电位计支座5、高精密电位计6、压片7、联轴器8、小轴9和连接盖10组成反馈与测量模块；右轴承盖14、轴承座15、一对圆锥滚子轴承16、左轴承盖17和主轴18组成转动模块。
在主轴18和轴承座15之间装入一对圆锥滚子轴承16，使得主轴18、轴承座15和圆锥滚子轴承16紧密连接，左轴承盖17和右轴承盖14分别安装在圆锥滚子轴承16的左侧和右侧，且左轴承盖17和右轴承盖14将圆锥滚子轴承16轴向压紧；小圆柱直齿轮12通过ー对键13与主轴18相连，将齿轮压盖11安装在主轴18上，在轴向压紧小圆柱直齿轮12，ー对键13围绕主轴18上下呈180度对称分布。
交流伺服电机3与減速器4直连之后安装在支座I上，使用压紧螺钉20和压紧盖19将大圆柱直齿轮2安装在减速器的伸出的轴上，再将支座I连接到轴承座15上，所述大圆柱直齿轮2和小圆柱直齿轮12啮合形成圆柱直齿轮组进行传动，使得所述半模转窗机构可以实现±360°运动。所述交流伺服电机3与減速器4直连后的轴线与主轴18的轴线平行但不重合。所述主轴18为中空轴。所述主轴18和轴承座15之间装入的ー对圆锥滚子轴承16采用面对面方式安装。将小轴9与连接盖10固连后安装在齿轮压盖11上，再将电位计6通过压片7安装在电位计支座5上，再将电位计支座5安装在支座I上，使得电位计6的轴线与小轴9的轴线重合，电位计6的轴与小轴9通过联轴器8连接在一起，所述电位计6用于测量主轴27的转动角度。本发明采用交流伺服电机3、精密減速器4、圆柱直齿轮组(大圆柱直齿轮2和小圆柱直齿轮12)等驱动传动模块和电位计支座5、电位计6、小轴9等组成的反馈与测量模块外置，剩余转动模块部分需前伸至试验段内并与原有试验段观察窗窗台相连接。半模转窗机构的重心基本在轴承座15的根部，即靠近右轴承盖14处，可使用吊绳或者安装吊钩后直接起吊。请參见图2，亚跨声速风洞试验段有内外两层洞壁23、24，起吊后，将半模转窗机构通过螺钉21，安装在亚跨声速风洞试验段外窗台22上，通过调节，使得主轴18的前端面与亚跨声速风洞试验段内洞壁24的壁面齐平，完成安装。拆卸时，将安装在亚跨声速风洞试验段上的螺钉33拆卸掉，然后使用吊车将机构吊至地面。本发明使用电位计6直接測量主轴18的转动角度，而主轴18是直接与负载相连接，没有中间传动环节，省却了中间传动误差，因此反馈与測量模块可直接測量负载的实际转动角度，并把该角度值上传，由计算机根据程序执行相应反馈控制动作，提高攻角测量的准确性。本发明采用圆柱直齿轮组(大圆柱直齿轮2和小圆柱直齿轮12)进行传动，通过齿形修形与精密加工，可实现高回转精度、高传动效率以及圆周运动，使得半模转窗机构可以实现±360°运动，可满足多种试验需求，配合采用高精密电位计6为核心的反馈与测量模块，可实现攻角控制精度可达到±3'。相比于目前传统采用的加工困难、造价高的大中心距、高回转精度的蜗轮蜗杆副，加工周期短，性价比高。另外，直连后的交流伺服电机3和精密減速器4偏置，与转动模块(主轴18)的中心线(轴线)平行而不是重合，驱动直齿轮组带动主轴18旋转，主轴采用中空轴设计，方便天平数据线、测压管路、传感器信号线等大量线缆、管路的布线，増加了布线可靠性，可满足多种试验需求。半模转窗机构承受的气动载荷复杂且量值较大，尤其是承受了较大的滚转カ矩，为了将作用在机构上的气动载荷传递到侧壁板上，在主轴18支撑上设计了ー对高精度、大载荷的标准圆锥滚子轴承，采用面对面方式安装，方便安装与拆卸，性价比好，能够承受作用在机构上的力和カ矩。经过标模试验以及实际项目试验测试，该发明实施例能够满足半模型测力、测压等多种试验需求，可以实现±360°运动，攻角控制精度可达到±3'，安装、拆卸时间均为半小时左右，比起以往的ニ小时试验准备时间大大减少，提闻了试验效率。 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技木。
权利要求
1.一种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构，其特征在于包括支座(I)、大圆柱直齿轮(2)、交流伺服电机(3)、减速器(4)、电位计支座(5)、电位计(6)、压片(7)、联轴器(8)、小轴(9)、连接盖(10)、齿轮压盖(11)、小圆柱直齿轮(12)、键(13)、右轴承盖(14)、轴承座(15)、圆锥滚子轴承(16)、左轴承盖(17)、主轴(18)、压紧盖(19)和压紧螺钉(20)； 在主轴(18)和轴承座(15)之间装入一对圆锥滚子轴承(16)，使得主轴(18)、轴承座(15)和圆锥滚子轴承(16)紧密连接，左轴承盖(17)和右轴承盖(14)分别安装在圆锥滚子轴承(16)的左侧和右侧，且左轴承盖(17)和右轴承盖(14)将圆锥滚子轴承(16)轴向压紧； 小圆柱直齿轮(12)通过一对键(13)与主轴(18)相连，将齿轮压盖(11)安装在主轴(18)上，在轴向压紧小圆柱直齿轮(12)， 交流伺服电机(3)与减速器(4)直连之后安装在支座(I)上，使用压紧螺钉(20)和压紧盖(19)将大圆柱直齿轮(2)安装在减速器的伸出的轴上，再将支座(I)连接到轴承座(15)上， 将小轴(9)与连接盖(10)固连后安装在齿轮压盖(11)上，再将电位计(6)通过压片(7)安装在电位计支座(5)上，再将电位计支座(5)安装在支座(I)上，使得电位计(6)的轴线与小轴(9)的轴线重合，电位计￠)的轴与小轴(9)通过联轴器(8)连接在一起，所述电位计(6)用于测量主轴(27)的转动角度。
2.根据权利要求I所述一种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构，其特征在于所述大圆柱直齿轮(2)和小圆柱直齿轮(12)啮合形成圆柱直齿轮组进行传动，使得所述半模转窗机构可以实现±360°运动。
3.根据权利要求I所述一种应用于超声速风洞的半模转窗机构，其特征在于所述交流伺服电机(3)与减速器(4)直连后的轴线与主轴(18)的轴线平行但不重合。
4.根据权利要求I所述一种应用于超声速风洞的半模转窗机构，其特征在于所述主轴(18)为中空轴。
5.根据权利要求I所述一种应用于超声速风洞的半模转窗机构，其特征在于所述主轴(18)和轴承座(15)之间装入的一对圆锥滚子轴承(16)采用面对面方式安装。
6.根据权利要求I所述一种应用于超声速风洞的半模转窗机构，其特征在于所述一对键(13)围绕主轴(18)上下呈180度对称分布。
全文摘要
一种应用于亚跨声速风洞的半模转窗机构，包括支座、大圆柱直齿轮、交流伺服电机、减速器、齿轮压盖、小圆柱直齿轮、压紧盖和压紧螺钉组成驱动传动模块；电位计支座、电位计、压片、联轴器、小轴、连接盖组成反馈与测量模块；右轴承盖、轴承座、一对精密圆锥滚子轴承、左轴承盖、主轴组成转动模块。本发明采用的圆柱直齿轮组使得半模转窗机构可以实现±360°运动，且机构可整体吊装，圆柱直齿轮组传动配合采用电位计为核心的测量部分，实现攻角控制精度可达到±3′。
文档编号G01M9/06GK102818693SQ20121029355
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者刘晓伟 申请人:中国航天空气动力技术研究院