专利名称：轴系轴向脉动力测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量装置，尤其是涉及一种用于测量轴系的轴向脉动力测 量装置，可用于轴向脉动力测量，也可用于轴向推力的测量。
背景技术：
船舶、舰艇航行时，其艉部的振动、辐射噪声与艉部的复杂结构、主推进 装置及艉部伴流场密切相关。由于螺旋桨来流的不均匀性和非定常性，作用在 螺旋桨叶片上的水动力脉动分量除了引起螺旋桨直接辐射声外，还激励螺旋桨 上方舱底板和叶片振动，并通过轴系和轴承座结构传递到舰艇体结构，弓l起艉
部振动和向水中辐射噪声。实测数据表明，在低航速(4节)时，这部分噪声 比螺旋桨直接辐射声高出10dB以上，即使在高航速(12节)，在辐射噪声频谱 中的低频段，这部分噪声也比螺旋桨直接辐射声高。因此，螺旋桨一轴系一艉 部结构组成系统的振动和声辐射是直接造成舰船和潜艇艉部高振动、高辐射噪 声的重要原因之一。
近年来我国对舰艇螺旋桨不定常力通过轴系激励艇体艉部结构引起的振 动和水下辐射噪声进行了研究，建立了相应的数学物理模型和理论预报方法。 由于在实船上很难直接测量螺旋桨的不定常力，因此只能采用测量轴上传递的 轴向脉动力来换算到螺旋桨不定常力。然而国外的螺旋桨资料表明，螺旋桨轴 向激励的脉动分量幅值约为其静推力分量的6%。，其引起的轴系动应变极为微 小，而且叠加在很大的静应变中，因此，很难采用传统的直接应变测量方法获 取螺旋桨的轴向脉动力参数。国外在轴系轴向振动激励力测量方面一直处于研 究之中，国内以往也未对螺旋桨轴向脉动力进行过实船或实艇的试验研究，还 缺乏螺旋桨不定常激励力、推力轴承动刚度等测试手段，因此，对螺旋桨通过 轴系传递激励艇体结构引起的低频噪声分量的预报分析来讲，就缺乏了准确的 输入，因而阻碍了螺旋桨激励轴系和艉部结构振动噪声的定量评估和控制研究 的进一步深入。
发明内容
3本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种轴系轴向脉动力测 量装置，精确测量轴系的轴向脉动力，为轴系及相关零部件减小振动噪声进行 改进设计提供准确的参数。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案
一种轴系轴向脉动力测量装置，包括第一定位法兰及第二定位法兰，第一 定位法兰及第二定位法兰间隔一定距离固定安装在轴上；两根传力杆对称设 置，分别滑套在第二定位法兰的滑槽中，其一端分别固定连接在第一定位法兰 上；四片测力簧片两两对称装置在第二定位法兰的两侧，测力簧片的一端分别 固定安装在第二定位法兰上，另一端分别与传力杆固定连接；四个应变计分别 贴装在测力簧片上，四个应变计之间采用全桥接线并且其输出端连接遥测数据 采集系统。
进一步的
所述第一定位法兰与第二定位法兰之间的间距与测力簧片轴向长度的比 值为30-50倍。
所述传力杆的截面刚度与测力簧片的截面刚度的比值为80-120倍。
所述测力簧片两端固定连接在法兰固定块及传力杆固定块上，法兰固定块 固定装置在第二定位法兰上，传力杆固定块固定装置在传力杆上。
所述第一定位法兰由两个半圆环形法兰连接构成，所述第二定位法兰由两 个带滑槽的半圆环形法兰连接构成。
所述应变计为半导体应变计。
本发明的技术效果在于
本发明公开的一种轴系轴向脉动力测量装置，为轴系轴向脉动力测量提供 了一种结构简单、测试精度高的测量装置，采用机械放大及应变计全桥接线放 大相结合的微应变测量技术，精确测量轴系的轴向脉动力，为轴系及相关零部 件减小振动噪声进行改进设计提供准确的参数；测量装置采用对称结构，减少 测量装置对轴的影响，减少附加的动不平衡，提高测量精度；另外，采用半导 体应变计使测量精度更高。
图l为本发明的结构示意图。
图2为本发明的三维结构示意图。图3为应变计的全桥接线示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。 如图1、 2所示，本发明包括第一定位法兰2及第二定位法兰4，第一定位 法兰2及第二定位法兰4间隔一定距离固定安装在轴1上。两根传力杆3对称 设置，分别滑套在第二定位法兰4的滑槽7中，两根传力杆3的一端分别焊接 在第一定位法兰2上，在本实施例中，第一定位法兰2由两个半圆环形法兰201 连接构成，两个半圆环形法兰201通过螺钉固定连接并卡套在轴1上；第二定 位法兰4由两个带滑槽7的半圆环形法兰401连接构成,两个半圆环形法兰401 通过螺钉固定连接并卡套在轴1上。四片测力簧片5两两对称装置在第二定位 法兰4的两侧，测力簧片5的一端与第二定位法兰4固定连接，测力簧片5的 另一端与传力杆3固定连接，第一定位法兰2与第二定位法兰4之间的间距L 与测力簧片轴向长度M的比值的最佳范围为30~50倍，传力杆3的截面刚度 与测力簧片5的截面刚度的比值的最佳范围为80~120倍。四个应变计6分别 贴装在测力簧片5上，四个应变计6 (应变计A、应变计B、应变计C、应变 计D)之间采用全桥接线(如图3)并且其输出端连接遥测数据采集系统8， 应变计6可采用电阻应变计、半导体应变计等。在本实施例中，测力簧片5两 端焊接法兰固定块402及传力杆固定块301上，也就是说，两片测力簧片5分 别焊接在法兰固定块402的两侧，并分别与两块传力杆固定块301焊接，法兰 固定块402通过螺钉固定装置在第二定位法兰4上，传力杆固定块301通过螺 钉固定装置在传力杆3上，第一定位法兰2、第二定位法兰4及传力杆3均为 刚性构件，测力簧片5为弹性元件，应变计6采用半导体应变计。传力杆3可 在滑槽7中轴向自由滑动，测力簧片5及应变计6均为市售商品，遥测数据采 集系统8选用德国KMT公司的MT32遥测数据采集系统。使用时，第一定位法 兰2及第二定位法兰4紧固于轴1上，当轴l受到轴向周期脉动激励时，应力 波通过轴传递到第一定位法兰2及第二定位法兰4固定截面时，在第一定位法 兰2及第二定位法兰4的截面间产生相对周期变形，该变形通过与第一定位法 兰2刚性连接的传力杆3及第二定位法兰4共同作用到测力簧片5上，由测力 簧片5上的应变计6将变形量转化为电信号输出，由遥测数据采集系统8采集、 发射、接收并输入计算机测算出轴向脉动力(图3)。在对某一型号船轴系轴向脉动力测量时，第一定位法兰2、第二定位法兰 4、传力杆3、传力杆固定块301及法兰固定块402均采用铝合金材料制造，测 力簧片5为0. 3毫米厚的锰铜质弹性元件。传力杆3的横截面为矩形，与第二 定位法兰4上的矩形滑槽7配合，滑槽7与传力杆3之间留有0. 2毫米的间隙， 使用时可在滑槽7与传力杆3之间涂上润滑油，保证传力杆3在滑槽7中自由 滑动。将第一定位法兰2与第二定位法兰4之间的间距L设定为1米，测力簧 片5轴向长度M设定为0.025米，传力杆3宽度为30毫米，高15毫米；测力 簧片5的宽度10毫米，L/M的值为40，传力杆3的截面刚度与测力簧片5的 截面刚度的比值为100，综合传力杆3的截面刚度、测力簧片5的截面刚度及 L/M的值，经计算本装置实际对螺旋桨脉动引起的轴系纵向微小应变进行机械 放大约28倍；四个应变计之间全桥接线，电放大为4倍，本装置总的放大可 达到110倍左右。另外应变计使用1000欧姆封装式半导体应变计，其测量精 度可达到0.01微应变级。为了能够降低噪声干扰和准确地从旋转推进轴上采 集参数，遥测数据采集系统8选用德国KMT公司的MT32遥测数据采集系统， 该系统包括信号调理模块、编码发射模块、接收模块。实船测试前，先在实验 室标准轴段上进行系统静态标定，即在轴段两端施加轴向力，测取系统的灵敏 度系数。实船测试时，桥路供电采用6V的CR-P2高性能锂电池，桥路输出端 与MT32遥测系统的信号调理模块连接，通过编码发射模块和接收模块输入计 算机。电池与信号调理模块、编码发射模块及发射线圈用胶带固定在轴上，随 轴一起转动。实船测试结果表明，轴系轴向脉动力测装置的测试精度高，信噪 比大，信号稳定，完全能够满足实船轴系0.001微应变级的测试要求。
本发明的机械放大量取决于第一定位法兰2与第二定位法兰4之间的间距 L与测力簧片轴向长度M的比值，因此测量时需要尽可能长的轴系布置，综合 考虑测量的经济性及测量的精度，通常L/M的比值在30 50倍。为了增加本发 明的电放大倍数，采用对称布置测量簧片及应变计，并且四个应变计采用全桥 接线。
权利要求
1.一种轴系轴向脉动力测量装置，其特征在于包括第一定位法兰及第二定位法兰，第一定位法兰及第二定位法兰间隔一定距离固定安装在轴上；两根传力杆对称设置，分别滑套在第二定位法兰的滑槽中，其一端分别固定连接在第一定位法兰上；四片测力簧片两两对称装置在第二定位法兰的两侧，测力簧片的一端分别固定安装在第二定位法兰上，另一端分别与传力杆固定连接；四个应变计分别贴装在测力簧片上，四个应变计之间采用全桥接线并且其输出端连接遥测数据采集系统。
2. 按照权利要求1所述的轴系轴向脉动力测量装置，其特征在于所述 第一定位法兰与第二定位法兰之间的间距与测力簧片轴向长度的比值为30~50 倍。
3. 按照权利要求1所述的轴系轴向脉动力测量装置，其特征在于所述 传力杆的截面刚度与测力簧片的截面刚度的比值为80-120倍。
4. 按照权利要求1所述的轴系轴向脉动力测量装置，其特征在于所述测力簧片两端固定连接在法兰固定块及传力杆固定块上，法兰固定块固定装置 在第二定位法兰上，传力杆固定块固定装置在传力杆上。
5. 按照权利要求1所述的轴系轴向脉动力测量装置，其特征在于所述 第一定位法兰由两个半圆环形法兰连接构成，所述第二定位法兰由两个带滑槽 的半圆环形法兰连接构成。
6. 按照权利要求1所述的轴系轴向脉动力测量装置，其特征在于所述 应变计为半导体应变计。
全文摘要
本发明涉及一种轴系轴向脉动力测量装置，可用于轴向脉动力及轴向推力的测量，其特征在于包括第一定位法兰及第二定位法兰，第一定位法兰及第二定位法兰间隔一定距离固定安装在轴上；两根传力杆对称设置，分别滑套在第二定位法兰的滑槽中；四片测力簧片两两对称装置在第二定位法兰的两侧；四个应变计分别贴装在测力簧片上，四个应变计之间采用全桥接线并且其输出端连接遥测数据采集系统。本发明为轴系轴向脉动力测量提供了一种结构简单、测试精度高的测量装置，采用机械放大及应变计全桥接线放大相结合的微应变测量技术，精确测量轴系的轴向脉动力，为轴系及相关零部件减小振动噪声进行改进设计提供准确的参数。
文档编号G01L5/00GK101598617SQ200910032170
公开日2009年12月9日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者吴文伟, 谢基榕 申请人:中国船舶重工集团公司第七○二研究所