阅读说明：本技术 基于挠性支承的推力扭矩复合校准隔离结构 (Thrust and torque composite calibration isolation structure based on flexible support ) 是由 倪昔东 林杰俊 蒋卫杰 吴承勇 李子杰 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于挠性支承的推力扭矩复合校准隔离结构,标准扭矩传感器一端连接驱动机构,另一端通过波纹管连接动力仪轴,所述标准扭矩传感器通过波纹管实现与动力仪主轴的推力部分计量级隔离,使动力仪主轴推力无法传递到标准扭矩传感器,并由驱动机构带动标准扭矩传感器、波纹管及动力仪主轴旋转,使标准扭矩传感器输出扭矩值,对动力仪轴系扭矩进行校准；所述动力仪主轴上通过两个安装在轴套内的高精度轴承与两个挠性支承连接,轴套下端通过传力杆连接标准推力传感器,由挠性支承座结合高精度轴承,将动力仪主轴的扭矩与推力校准部分隔离,从而实现计量级隔离,并由标准推力传感器输出数据对动力仪主轴轴向力进行校准。(The invention relates to a thrust and torque composite calibration isolation structure based on a flexible support.A standard torque sensor is connected with a driving mechanism at one end and is connected with a power instrument shaft at the other end through a corrugated pipe, the standard torque sensor realizes the measurement level isolation with the thrust part of a power instrument main shaft through the corrugated pipe, so that the thrust of the power instrument main shaft cannot be transmitted to the standard torque sensor, the driving mechanism drives the standard torque sensor, the corrugated pipe and the power instrument main shaft to rotate, the standard torque sensor outputs a torque value, and the torque of a power instrument shaft system is calibrated; the power meter main shaft is connected with the two flexible supports through the two high-precision bearings arranged in the shaft sleeve, the lower end of the shaft sleeve is connected with the standard thrust sensor through the dowel bar, the flexible support seat is combined with the high-precision bearings to isolate the torque and the thrust calibration part of the power meter main shaft, so that the metering magnitude isolation is realized, and the standard thrust sensor outputs data to calibrate the axial force of the power meter main shaft.)

基于挠性支承的推力扭矩复合校准隔离结构

技术领域

本发明涉及一种轴系扭矩和推力复合加载复合校准系统，尤其是一种采用挠性支承、轴承以及波纹管进行复合校准的综合隔离结构。

背景技术

目前，国内船模推进器轴系推力、扭矩校准采用静态校准的方法获得设备测量单元的校准系数，而且推力和扭矩是分别进行校准的，不符合实际工况，无法从原位状态实现对推进器模型推力、扭矩的校准，仅能从总体上对测试系统的一致性做初步评价，无法深入评估准确性和可靠性。

为了实现高准确的旋转扭矩和推力同时校准，需要研制动力仪扭矩和推力的新型复合校准装置，实现动力仪轴系旋转情况下标准推力的准确加载和传递，通过动力仪推力测量单元和标准推力传感器/标准砝码的比较实现动力仪推力的校准。加载的轴向力应该只有平移方向，并没有转角且横、纵向具有一定的刚度。同时，为实现旋转扭矩的校准，标准扭矩传感器连接端不可受轴向力的影响，需要隔离轴向力对扭矩的影响，加载的动态载荷必须是克服了摩擦力和阻尼后的纯扭矩，因此，需要在轴上考虑设计加装轴向力隔离部件。

发明内容

本发明是针对动力仪现场扭矩与推力复合校准的需求，而提供一种基于挠性支承的推力扭矩复合校准隔离结构，通过同时采用挠性支承、轴承、波纹管等结构，使得轴系扭矩、推力互不影响，实现计量级的隔离，可同时对轴系扭矩和推力进行加载、高准确度校准，解决动力仪长期静态分别校准扭矩和推力的问题，使得校准条件与实际工况一致，更有利于对动力仪和船模进行评价。

本发明的技术方案为：一种基于挠性支承的推力扭矩复合校准隔离结构，具有一个动力仪主轴、一个驱动动力仪轴旋转的驱动机构、一个标准扭矩传感器及标准推力传感器，所述标准扭矩传感器一端连接驱动机构，另一端通过波纹管连接动力仪轴，所述标准扭矩传感器通过波纹管实现与动力仪主轴的推力部分计量级隔离，使动力仪主轴推力无法传递到标准扭矩传感器，并由驱动机构带动标准扭矩传感器、波纹管及动力仪主轴旋转，使标准扭矩传感器输出扭矩值，对动力仪轴系扭矩进行校准；所述动力仪主轴上通过两个安装在轴套内的高精度轴承与两个挠性支承连接，轴套下端通过传力杆连接标准推力传感器，由挠性支承座结合高精度轴承，将动力仪主轴的扭矩与推力校准部分隔离，从而实现计量级隔离，并由标准推力传感器输出数据对动力仪主轴轴向力进行校准。

进一步，所述轴套上方设有用于标定标准推力传感器的标定机构，所述标定机构由龙门架、滑轮、标准砝码组成，其中，所述龙门架置于所述轴套上方，并通过两侧的滑轮和绳索连接左、右标准砝码，且绳索中间连接所述轴套上端。

进一步，当标定完成后，卸载所述砝码，由标准力传感器在线对动力仪主轴推力进行校准。

进一步，所述挠性支承的材料为铍青铜，所述挠性支承中间设有上、下细颈，上细颈与上面支承座组成零刚度系统；所述挠性支承的零刚度特性可保证轴向推力可无损耗的传递到标准推力传感器，从而实现扭矩对推力的隔离。

进一步，所述轴套内的高精度轴承通过压环和蝶形垫圈与轴套固定，所述高精度轴承的摩擦扭矩可通过试验测量予以剔除，从而实现计量级隔离。

进一步，所述驱动机构由伺服电机、联轴器、驱动轴、轴承座组成，所述伺服电机通过联轴器连接轴承座内的驱动轴，驱动轴连接标准扭矩传感器，由伺服电机通过联轴器和驱动轴经标准扭矩传感器、波纹管带动动力仪主轴旋转，所述轴承座支撑标准扭矩传感器。

进一步，所述基于挠性支承的推力扭矩复合校准隔离结构将扭矩与推力相互影响引入的测量不确定度控制在0.1％以内，可实现扭矩与推力的复合校准。

本发明的有益效果在于：

1.动力仪主轴系布置在基础平台上，由电机进行驱动，标准扭矩传感器输出扭矩值，对轴系扭矩进行校准；

2.标准扭矩传感器由扭矩标准机进行静态溯源和转速特性校准装置进行动态溯源；

3.标准扭矩传感器由波纹管实现与推力部分计量级隔离，对校准不确定度的影响在0.1％以内；

4.采用挠性支承结合高精度轴承将轴系扭矩与推力校准部分隔离，轴承的摩擦扭矩可通过试验测量予以剔除，从而实现计量级隔离；

5.挠性支承的零刚度特性保证了轴向推力可无损耗的传递到标准推力传感器，由标准推力传感器输出数据对轴向力进行校准，挠性支承引入的测量不确定度在0.1％以内；

6.标准推力传感器现场标定，由龙门架、滑轮、标准砝码实现。标定完成后，卸载砝码，由标准推力传感器在线对动力仪进行校准；

7.基于挠性支承的隔离结构；挠性支承的材料为铍青铜，设计了2处细颈，与上面部件组成零刚度系统；

8.挠性支承的细颈特征为非机械切削而成，采用压制的工艺，使得细颈处具有很好的韧性，能够支承上部的重量。

综上，本发明的基于挠性支承的推扭复合校准隔离结构，利用挠性支承的零刚度原理，综合运用波纹管和高精度轴承，将轴系扭矩与推力进行计量级的隔离。该结构设计构思巧妙，结构简洁，将扭矩与推力相互影响引入的测量不确定度控制在0.1％以内，可实现扭矩与推力的复合校准。由此，扭矩和推力的校准状态与动力仪实际工况相符，更能够准确反映动力仪的真实数据和技术特性。

附图说明

图1为本发明的轴系推扭复合校准系统结构示意图；

图2为挠性支承座结构示意图；

图中：1—伺服电机基座，2—伺服电机，3—联轴器，4—轴承座，5—标准扭矩传感器，6—波纹管，7—压环，8—轴承，9—轴套，10—蝶形垫圈，11—动力仪主轴，12—基础平台，13—龙门架，14—滑轮，15—标准砝码，16—挠性支承，17—传力杆，18—标准力传感器，19-细颈。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种动力仪轴系推扭复合校准系统，轴系布置在基础平台上，伺服电机2安装在其基座1上，由伺服电机2进行带动联轴器3、标准扭矩传感器5、波纹管6及动力仪主轴11旋转，轴承座4支撑标准扭矩传感器5。标准扭矩传感器5输出扭矩值，对动力仪轴系扭矩进行校准；标准扭矩传感器5由扭矩标准机进行静态溯源和转速特性校准装置进行动态溯源；标准扭矩传感器5由波纹管6实现与推力部分计量级隔离，标准扭矩传感器5的扭矩值可传递到动力仪轴系，动力仪轴系推力不能够传递到标准扭矩传感器，推力对扭矩校准不确定度的影响在0.1％以内。

采用挠性支承16结合高精度轴承8，将轴系扭矩与推力校准部分隔离。轴承8安装在轴套9内，并用压环7和蝶形垫圈10将其固定，高精度轴承8的摩擦扭矩可通过试验测量予以剔除，从而实现计量级隔离。

轴套由两件挠性支承16支撑。标准推力传感器现场标定，由龙门架13、滑轮14、标准砝码15实现。标定完成后，卸载砝码15，由标准力传感器18在线对动力仪推力进行校准。挠性支承16的零刚度特性保证了轴向推力可无损耗的传递到标准推力传感器18，从而实现了扭矩对推力的隔离，由标准推力传感器18输出数据对轴向力进行校准，扭矩对推力校准不确定度的影响在0.1％以内，实现计量级隔离。

图2所示为挠性支承16，挠性支承16的材料为铍青铜，设计了2处细颈19，与上面部件组成零刚度系统；挠性支承的细颈特征为非机械切削而成，采用轧制的工艺，使得细颈处具有很好的韧性和弹性，便于形成零刚度系统，且能够支承上部的重量。