динамометр для измерения усилий на модели гребного винта регулируемого шага

Формула изобретения

Динамометр для измерения усилий на модели гребного винта регулируемого шага, содержащий корпус с радиальными цилиндрическими углублениями, в которых размещены комли с лопастями, одна из которых измерительная, механизм дискретного разворота лопастей, шкальный механизм, установленный внутри корпуса упругий чувствительный элемент с тензорезисторами и двумя фланцами, один из которых жестко связан с корпусом, а другой подвижный с измерительной лопастью гребного винта, отличающийся тем, что упругий чувствительный элемент выполнен в виде пятистержневой пружины с центральным и четырьмя периферийными стержнями, попарно расположенными в ортогональных плоскостях, ориентированных по осям центрального стержня, заключенными между фланцами, при этом центральный и периферийный стержни с тензорезисторами, включенными в измерительные мосты, образуют датчики боковой, осевой силы, двух изгибающих моментов и момента скручивания лопасти, в днище радиального цилиндрического углубления для измерительной лопасти выполнены гнезда под неподвижный фланец упругого чувствительного элемента, а ось упомянутого фланца совпадает с осями центрального стержня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения гидродинамических и ледовых усилий, возникающих на лопастях модели гребного винта регулируемого шага.

Известно устройство (авт.св. СССР N 1735725, кл. G 01 L 1/04) для экспериментального определения усилий, возникающих на лопастях модели гребного винта регулируемого шага, содержащее корпус с радиальными цилиндрическими углублениями, в которых размещены комли с лопастями, одна из которых измерительная, механизм дискретного разворота лопастей, шкальный механизм и установленный внутри корпуса упругий чувствительный элемент с тензорезисторами и двумя фланцами, один из которых жестко связан с корпусом, а другой, подвижный, - с измерительной лопастью гребного винта (прототип).

Недостатком известного устройства является невозможность измерения боковой силы и изгибающих лопасть моментов, а также недостаточная достоверность результатов измерения скручивающего лопасть момента и упора лопасти, ввиду значительного влияния на них неизмеряемых динамометром компонент нагрузки (боковая сила, изгибающие моменты). Последнее объясняется тем, что скручивающий момент и упор лопасти определяется на фоне действия значительных по величине боковой силы и изгибающих моментов. Поэтому в отсутствие данных о величине этих влияющих на измерение компонент нагрузки невозможно получить достаточно достоверные результаты измерений скручивающего момента и упора лопасти.

Кроме того, в настоящее время всю большую актуальность приобретают вопросы отработки форм движителя и судовых инженерных конструкций, защищающих гребной винт при плавании судна во льдах. Отсутствие экспериментальных данных измерений боковой силы и изгибающих лопасть моментов ограничивает возможности проектирования наиболее эффективных профилей лопастей гребного винта и средств его защиты.

Задачей изобретения является обеспечение возможности экспериментального определения боковой составляющей силы и изгибающих лопасть моментов, а также повышение достоверности измерения скручивающего момента и упора лопасти.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном динамометре упругий чувствительный элемент выполнен в виде пятистержневой пружины с центральным и четырьмя периферийными стержнями, попарно расположенными в ортогональных плоскостях, ориентированных по осям центрального стержня, заключенными между фланцами, при этом центральный и периферийные стержни с тензорезисторами, включенными в измерительные мосты, образуют датчики боковой, осевой силы, двух изгибающих моментов и момента скручивания лопасти, в днище радиального цилиндрического углубления для измерительной лопасти выполнены гнезда под неподвижный фланец упругого чувствительного элемента, а ось упомянутого фланца совпадает с осями центрального стержня.

На фиг. 1 изображен динамометр, разрез, вид сбоку; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1 по осям лопастей; на фиг. 3 - динамометр, вид сверху, на фиг. 4 - сечение Б-Б по упругому элементу; на фиг. 5, 6 - фотографии динамометра, упругого элемента с промежуточной опорой и измерительной лопастью.

Динамометр содержит (фиг. 1 - 3) корпус 1 с радиально расположенными цилиндрическими углублениями 2 (контур углублений на фиг. 1 показан штриховой линией), лопасти 3, измерительную лопасть 4 с комлями 5 и подвижным индексом 6, упругий чувствительный элемент 7 измерителя сил и моментов на отдельной лопасти в виде пятистержневой пружины, заключенной между двумя фланцами 8, 9, с центральным стержнем 10 и четырьмя периферийными стержнями 11, механизм дискретного поворота лопастей с втулками 12 и гребенками-стопорителями 13, обтекателями 14, накидную гайку 15 и штепсельный разъем 16. Чувствительный элемент закреплен в корпусе динанометра винтами 17. Центральный и периферийные стержни чувствительного элемента (фиг. 2 и 4) оснащены тензорезисторами 18, 19, 20, 21, которые образуют измерительные мосты датчиков осевой, боковой силы, двух изгибающих моментов и моменты скручивания лопасти. Втулки 12 механизма поворота лопастей закреплены на комлях лопастей винтами 22. Неподвижный фланец 9 чувствительного элемента выполнен в форме квадрата и соединен с цилиндрическим буртиком 23, расположенным под ним. Оси неподвижного фланца и буртика совпадают с осями центрального стержня 10. В днище цилиндрического углубления корпуса для измерительной лопасти выполнены ответные гнезда 24 под неподвижный фланец упругого элемента, оси которых совпадают с продольной и поперечной осями корпуса динамометра.

Гребенки-стопорители 13 вводятся в зацепление с зубчатыми венцами, выполненными на втулках 12, с помощью винтов 25. Лопасть 4 закреплены на фланце 8 через промежуточную опору 26 винтами 27.

Места расположения тензорезисторов соответствующего датчика на стержнях упругого чувствительного элемента выбраны в зоне наибольших деформаций на поверхности стержней от соответствующей измеряемой силы или момента, при этом неизмеряемые силы и моменты создают в этих зонах минимальные деформации. С учетом этого обстоятельства, а также аналитических свойств мостовой измерительной цепи, которые проявляются при соответствующем включении тензорезисторов в плечи этой цепи, обеспечиваются практически независимое измерение пяти компонент сил и моментов. В случае неполного устранения взаимного влияния отдельных компонент на показания измерительных датчиков схемно-техническими средствами в процессе градуировки динамометра устанавливают коэффициенты и знак влияния, а во время измерений автоматически с помощью ЭВМ выполняют корректировку результата измерения. Этим обеспечивается высокая точность измерения всех пяти компонентов нагрузки.

Динамометр работает следующим образом.

Гидродинамические и ледовые силы, действующие на измерительную лопасть 4, через промежуточную опору 26 передаются на упругий чувствительный элемент 7, деформируя его центральный и периферийные стержни. Эти деформации с помощью групп тензорезисторов 18, 19, 20, 21, включенных в измерительные мосты, преобразуются в электрические сигналы, пропорциональные действующим продольной и боковой силам, а также двум изгибающим и скручивающему лопасть моментам, и передаются по проводам (не показаны на фиг. 1) к соответствующим штырям разъема 16.