非對稱雙臂離心加載裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種非對稱雙臂離心加載裝置，包括一個與槳轂連接的立柱、立柱上設置的兩個側臂，每個側臂末端各有一個重錘，兩個側臂及其上面的重錘通過立柱繞槳轂轉軸旋轉時，產生的扭力彎矩和推力彎矩方向相反，轉葉力矩和離心力方向相同，調整兩個側臂的長度以及與轉軸的夾角，可精確模擬槳轂所受的離心力和推力彎矩、扭力彎矩、調距轉葉扭矩三個力矩。在離心加載試驗過程中，可以利用本加載裝置精確模擬（平均誤差<1%）槳轂所受到的槳葉離心力和推力彎矩、扭力彎矩、調距轉葉扭矩所有三個方向的力矩。從而可有效地對槳轂組件，特別是對連接槳轂與槳葉的葉根螺栓的強度進行加載試驗驗證。
【專利說明】非對稱雙臂離心加載裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種模擬螺旋槳在流體中工作的受力狀態的裝置，尤其是能精確模擬 螺旋槳所受的離心力及其所受所有三個方向力矩的離心加載裝置。

【背景技術】
[0002] 槳轂是調距槳裝置設計中需要重點考慮的構件。能夠對槳轂強度設計有效驗證的 試驗主要有兩種：水中全尺寸模擬試驗和陸地離心加載重塊模擬試驗。水中全尺寸模擬試 驗所得結果真實、準確、有效，但是試驗費用高、試驗周期長并且對水體深度、流速等要求很 高。陸地離心加載重塊模擬試驗，采用離心加載裝置代替槳葉，如圖1、圖2所示，利用離心 加載裝置在旋轉過程中產生的離心力模擬槳葉工作工況所受離心力及水動力（矩）。離心 加載試驗在陸地試驗臺上進行，其試驗經費、試驗周期和試驗的難度都遠小于水中全尺寸 模擬試驗。
[0003] 目前，現有的離心加載裝置由重錘、側臂以及立柱三部分構成，為單臂、單重錘結 構。將離心加載裝置安裝到槳轂上，轉軸在工作轉速下運行，利用離心加載裝置產生的離心 力能夠模擬槳轂實際所受的離心力、推力彎矩及扭力彎矩。槳轂的實際受力包括槳葉的離 心力、推力、扭力以及相應的轉葉扭矩、推力彎矩和扭力彎矩，而試驗測試中能否精確模擬 槳轂實際受力中的：槳葉的離心力雜及槳轂受到的推力彎矩、扭力彎矩和轉葉扭矩，就決 定了能否正確有效校核、驗證槳轂強度。現有的（單臂）離心加載裝置不能同時模擬推力 彎矩、扭力彎矩和轉葉扭矩，因此隨著試驗要求的提高，現有的離心加載裝置不能滿足試驗 要求。


【發明內容】

[0004] 本發明是要提供一種非對稱雙臂離心加載裝置，可克服現有的離心加載裝置不能 模擬槳轂所受所有力矩的不足；該非對稱雙臂離心加載裝置不僅能模擬離心力、推力彎矩 和扭力彎矩，而且還能同時模擬轉葉力矩，具有較高的可調節性和模擬外負荷的準確性。
[0005] 為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種非對稱雙臂離心加載裝置，包括一個 與槳轂連接的立柱、立柱上設置的兩個側臂，每個側臂末端各有一個重錘，其特點是：兩個 側臂及其上面的重錘通過立柱繞槳轂轉軸旋轉時，產生的扭力彎矩和推力彎矩方向相反， 轉葉力矩和離心力方向相同，調整兩個側臂的長度以及與轉軸的夾角，產生精確模擬槳轂 所受的離心力和推力彎矩、扭力彎矩、調距轉葉扭矩三個力矩。
[0006] 兩個側臂的長度及截面均不相同，并且兩個側臂的軸線與槳轂轉軸所成角度不相 同。兩個側臂的長度以及與槳轂轉軸的夾角分別可參數化調整。
[0007] 本發明的有益效果是：
[0008] 本發明的立柱上設置兩個側臂，每個側臂末端各有一個重錘，為了模擬槳轂所受 力系的不對稱性，兩個側臂的長度及截面均不相同，并且兩個側臂的軸線與轉軸所成角度 也不相同。兩個側臂及其上面的重錘繞轉軸旋轉時，產生的扭力彎矩和推力彎矩符號相反， 轉葉力矩和離心力符號相同。利用力偶原理，通過調整兩個側臂的長度以及與轉軸的夾角， 這樣就解決了傳統單臂加載裝置無法同時模擬轉葉扭矩、推力力矩和扭力彎矩的問題。通 過本發明可以產生模擬槳轂所受的離心力及推力彎矩、扭力彎矩、調距轉葉扭矩三個力矩。
[0009] 在離心加載試驗過程中，可以利用本加載裝置精確模擬（平均誤差< 1% )槳轂所 受到的槳葉離心力和推力彎矩、扭力彎矩、調距轉葉扭矩所有三個方向的力矩。從而可有效 地對槳轂組件，特別是對連接槳轂與槳葉的葉根螺栓的強度進行加載試驗驗證。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是帶槳葉的調距槳示意圖；
[0011] 圖2是帶非對稱雙臂離心加載裝置的調距槳示意圖；
[0012] 圖3是本發明的非對稱雙臂離心加載裝置與葉根法蘭連接的示意圖；
[0013] 圖4是定軸轉動示意圖；
[0014] 圖5是慣性積平移變換示意圖；
[0015] 圖6是坐標系的旋轉示意圖；
[0016] 圖7是本發明的實施例的結構主視圖；
[0017] 圖8是本發明的實施例的俯視圖；
[0018] 圖9是圖8中沿A-A剖視圖；
[0019] 圖10是圖8中沿B-B剖視圖。

【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0021] 如圖3、7、8、9、10所示，一種非對稱雙臂離心加載裝置，包括一個與葉根法蘭6連 接的立柱3、立柱3上設置的兩個側臂。
[0022] 第一側臂2和第二側臂4的末端分別有第一重錘1和第二重錘5,為了模擬槳轂所 受力系的不對稱性，第一側臂2和第二側臂4的長度及截面均不相同，并且第一側臂2和第 二側臂4的軸線與槳轂轉軸7所成角度也不相同。兩個側臂的長度以及與槳轂轉軸7的夾 角分別可參數化調整。兩個側臂及其上面的重錘繞轉軸7旋轉時，產生的扭力彎矩和推力 彎矩符號（方向）相反，轉葉力矩和離心力符號（方向）相同。利用力偶原理，通過調整兩 個側臂的長度以及與轉軸的夾角，這樣就解決了傳統單臂加載裝置無法同時模擬槳轂受到 的轉葉扭矩、推力彎矩和扭力彎矩的問題。通過本發明可以精確模擬槳轂實際受到的離心 力和推力彎矩、扭力彎矩、調距轉葉扭矩三個力矩。
[0023] 本發明的設計方法：
[0024] 第一步，建立單臂結構的參數化計算模型
[0025] 一、定軸轉動剛體的慣性力系的簡化，如圖4所示： (1)
[0027] 式中：m為剛體的質量；x。，y。為剛體質心的坐標；/ζ = Σ?,.?彳+>〇為剛體對軸ζ 的轉動慣量；而

【權利要求】
1. 一種非對稱雙臂離心加載裝置，包括一個與槳轂連接的立柱、立柱上設置的兩個側 臂，每個側臂末端各有一個重錘，其特征在于：所述兩個側臂及其上面的重錘通過立柱繞槳 轂轉軸旋轉時，產生的扭力彎矩和推力彎矩方向相反，轉葉力矩和離心力方向相同，調整所 述兩個側臂的長度以及與槳轂轉軸的夾角，產生精確模擬槳轂所受的離心力和推力彎矩、 扭力彎矩、調距轉葉扭矩三個力矩。
2. 根據權利要求1所述的非對稱雙臂離心加載裝置，其特征在于：所述兩個側臂的長 度及截面均不相同，并且兩個側臂的軸線與槳轂轉軸所成角度不相同。
3. 根據權利要求1或2所述的非對稱雙臂離心加載裝置，其特征在于：所述兩個側臂 的長度以及與槳轂轉軸的夾角分別可參數化調整。
【文檔編號】G01M13/00GK104089770SQ201410362422
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】胡舉喜, 謝清程, 史俊武, 楊文凱, 聶冉 申請人:中國船舶重工集團公司第七0四研究所