可用于阻力测试的变形壁面机构.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911141587.7 (22)申请日 2019.11.20 (71)申请人 浙江工业大学 地址 310006 浙江省杭州市下城区朝晖六 区潮王路18号 (72)发明人 娄维尧樊美菱马正阳徐凡 林韩波沈伟健杨克允蔡姚杰 (74)专利代理机构 杭州浙科专利事务所(普通 合伙) 33213 代理人 周红芳 (51)Int.Cl. G01M 10/00(2006.01) (54)发明名称 一种可用于阻力测试的变形壁面机构 (57)摘要 本发明公开了一种可用于阻力测试的变形 壁面机。

2、构， 涉及阻力测试技术领域。 本发明由步 进电机通过梅花型联轴器带动凸轮轴上一组相 邻相位差为90度的偏心圆盘凸轮转动， 偏心圆盘 凸轮的转动使得与其相连的凸轮滚子在垂直方 向上做往复运动， 使得弹性元件压缩从而使螺纹 杆的运动传至变形壁面， 由于5个偏心圆盘凸轮 相位各异， 使得与第一支撑板和第二支撑板相连 的变形壁面在同一时间发生不同的运动， 变形壁 面即可输出正弦波形。 本发明机构具有操作简 单、 效率高、 成本低的优点， 且能够实现标准的正 弦运动。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 110864872 A 2020.03.06 CN 110864872 A 1.一种可用于阻。

3、力测试的变形壁面机构， 包括电机 （101） ， 所述电机 （101） 右端设有一 对轴承支座， 其特征在于： 所述轴承支座上设有凸轮结构， 所述凸轮结构包括凸轮轴 （106） ， 所述凸轮轴 （106） 上设有一组相邻相位差为90度的偏心圆盘凸轮 （105） ， 以便输出正弦波 形， 配合所述一组偏心圆盘凸轮 （105） 在垂直方向作往复运动设有一组凸轮滚子 （201） ， 每 个凸轮滚子 （201） 固定在凸轮滚子架 （202） 上， 所述每个凸轮滚子架 （202） 上设有弹性元件 上脚垫 （303） 和弹性元件下脚垫 （301） ， 所述每个凸轮滚子架 （202） 与弹性元件下脚垫 （3。

4、01） 相连， 所述弹性元件上脚垫 （303） 与弹性元件下脚垫 （301） 之间设有弹性元件 （302） ， 所述每 个弹性元件上脚垫 （303） 上设有螺纹杆 （305） ， 所述每个螺纹杆 （305） 一端通过螺纹管 （304） 与弹性元件上脚垫 （303） 连接， 所述该组螺纹杆 （305） 另一端上设有变形壁面 （401） ， 变形壁 面 （401） 通过一组第二支撑板 （404） 与该组螺纹杆 （305） 另一端连接， 所述变形壁面 （401） 包 括两个壁面， 两个壁面连接处固定在正中心的第二支撑板 （404） 上， 变形壁面 （401） 的两端 设为活动端， 两活动端对应的第二。

5、支撑板 （404） 通过第一支撑板 （402） 与变形壁面 （401） 固 定。 2.根据权利要求1所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述偏心 圆盘凸轮 （105） 为5个偏心圆盘凸轮， 凸轮滚子 （202） 为5个凸轮滚子， 螺纹杆 （305） 为5个螺 纹杆， 所述螺纹杆 （305） 为可伸缩的螺纹杆。 3.根据权利要求1所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述第二 支撑板 （404） 为5个第二支撑板， 每个第二支撑板 （404） 上均设有深沟球轴承 （403） ， 变形壁 面 （401） 通过5个第二支撑板 （404） 上的深沟球轴承 （403。

6、） 与5个螺纹杆 （305） 相连， 确保螺纹 杆 （305） 高度的可调节性。 4.根据权利要求3所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述变形 壁面 （401） 为矩形壁面， 采用夹不锈钢网胶板， 所述两个壁面的连接处通过环氧树脂胶搭配 添加物异氰酸酯固定在正中心的第二支撑板 （404） 上， 所述两活动端对应的第二支撑板 （404） 通过第一支撑板 （402） 卡接在两活动端。 5.根据权利要求1所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述每个 凸轮滚子 （201） 与每个偏心圆盘凸轮 （105） 厚度相同， 且内设置螺纹孔， 通过六角头螺栓 （108）。

7、 与凸轮滚子架 （202） 相连， 保证不会发生相对滑动或变形， 每个凸轮滚子架 （202） 下方 刚好卡住凸轮滚子 （201） ， 保证凸轮滚子 （201） 不发生相对滚动。 6.根据权利要求1所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述弹性 元件 （302） 为圆柱形弹簧， 所述每个弹性元件上脚垫 （303） 通过六角头螺栓 （108） 与螺纹管 （304） 连接， 每个弹性元件下脚垫 （301） 通过六角头螺栓 （108） 与滚子架 （202） 相连， 用于补 偿偏心圆盘凸轮 （105） 上下行程差带来的不平衡长度， 螺纹管 （304） 内设置有内螺纹， 用于 与螺纹杆 。

8、（305） 一端的外螺纹配合以改变波形输出的振幅， 实现螺纹杆 （305） 长度的变化， 从而改变波形曲线的振幅， 便于多样化的正弦波形输出。 7.根据权利要求1所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述轴承 支座包括上轴承支座 （103） 和下轴承支座 （104） ， 内设有防水深沟球轴承 （107） ， 上轴承支座 （103） 通过圆柱六角头螺栓 （108） 与下轴承支座 （104） 固定， 所述凸轮轴 （106） 一端穿过防水 深沟球轴承 （107） 及端盖通过梅花形联轴器 （102） 与电机 （101） 相连， 凸轮轴 （106） 另一端被 封闭在轴承支座封闭端盖 （。

9、109） 内。 权利要求书 1/2 页 2 CN 110864872 A 2 8.根据权利要求1所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述偏心 圆盘凸轮 （105） 作为原动件， 与凸轮滚子 （201） 相连， 正弦波形设置成具有两个推程两个回 程的曲线阶段， 可由两端向中心装配， 一组偏心圆盘凸轮 （105） 根据90度的相位差安装在凸 轮轴 （106） 上， 周向采用套筒固定同时传递扭矩， 径向用普通平键固定， 当电机 （101） 运动 时， 带动凸轮轴 （106） 运动及固定在凸轮轴 （106） 上的偏心圆盘凸轮 （105） 转动， 从而实现凸 轮滚子 （201） 的循。

10、环往复运动。 9.根据权利要求1所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 包括底 座， 所述底座设计为空心底座， 所述电机 （101） 通过六角头螺栓 （108） 固定在底座上， 所述电 机 （101） 为步进电机， 所述一对轴承支座通过六角头螺栓 （108） 分别固定在底座左右两侧。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110864872 A 3 一种可用于阻力测试的变形壁面机构 技术领域 0001 本发明涉及阻力测试技术领域， 具体涉及一种可用于阻力测试的变形壁面机构。 背景技术 0002 湍流是流体力学中常见的流动形式， 不同流体的交界面上普遍存在粘性摩擦力， 固-液界面上的。

11、粘性力是湍流形成的重要因素。 当今科技水平的不断发展， 船舶和水下航行 器的性能日益完善， 数量也是日益增加。 所以， 如何有效地降低船舶、 水下航行器等的表面 摩擦阻力已成为人们创造节能新技术的突破口。 海洋生物如鳐鱼能利用其身体机能与自身 结构将减阻性能发挥得淋漓尽致， 不仅可以肆意地在水下以极低的阻力实现快速游动， 而 且身体不被其他海洋生物、 微生物所附着。 这种低能量， 高效率的游动模式是任何水下航行 器都渴望能够拥有的。 仿生和壁面减阻技术的发展， 需要我们理解和掌握生理结构和鱼的 内部运动机制， 实现低阻游动以控制其外部流的高效率。 但是由于数值模拟和流体实验等 方法存在周期过长。

12、的缺点、 也很难实现对实际海洋环境的流场的近似模拟， 许多研究还仅 仅停留在理论层面， 很多导致现有的水动力减阻技术尚未走向工程领域。 发明内容 0003 鉴于现有技术存在的问题， 本发明的目的在于提供一种可用于阻力测试的变形壁 面机构， 具有操作简单、 高效、 拆卸方便， 且能够实现标准的正弦运动的优点。 0004 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 包括电机， 所述电机右端设有一对 轴承支座， 其特征在于： 所述轴承支座上设有凸轮结构， 所述凸轮结构包括凸轮轴， 所述凸 轮轴上设有一组相邻相位差为90度的偏心圆盘凸轮， 以便输出正弦波形， 配合所述一组偏 心圆盘凸轮在垂直方向作往复运。

13、动设有一组凸轮滚子， 每个凸轮滚子固定在凸轮滚子架 上， 所述每个凸轮滚子架上设有弹性元件上脚垫和弹性元件下脚垫， 所述每个凸轮滚子架 与弹性元件下脚垫相连， 所述弹性元件上脚垫与弹性元件下脚垫之间设有弹性元件， 所述 每个弹性元件上脚垫上设有螺纹杆， 所述每个螺纹杆一端通过螺纹管与弹性元件上脚垫连 接， 所述该组螺纹杆另一端上设有变形壁面， 变形壁面通过一组第二支撑板与该组螺纹杆 另一端连接， 所述变形壁面包括两个壁面， 两个壁面连接处固定在正中心的第二支撑板上， 变形壁面的两端设为活动端， 两活动端对应的第二支撑板通过第一支撑板与变形壁面固 定。 0005 所述的一种可用于阻力测试的变形壁。

14、面机构， 其特征在于： 所述偏心圆盘凸轮为5 个偏心圆盘凸轮， 凸轮滚子为5个凸轮滚子， 螺纹杆为5个螺纹杆， 所述螺纹杆为可伸缩的螺 纹杆。 0006 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述第二支撑板为5个 第二支撑板， 每个第二支撑板上均设有深沟球轴承， 变形壁面通过5个第二支撑板上的深沟 球轴承与5个螺纹杆相连， 确保螺纹杆高度的可调节性。 0007 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述变形壁面为矩形 说明书 1/4 页 4 CN 110864872 A 4 壁面， 采用夹不锈钢网胶板， 所述两个壁面的连接处通过环氧树脂胶搭配添加物异氰酸酯 。

15、固定在正中心的第二支撑板上， 所述两活动端对应的第二支撑板通过第一支撑板卡接在两 活动端。 0008 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述每个凸轮滚子与 每个偏心圆盘凸轮厚度相同， 且内设置螺纹孔， 通过六角头螺栓与凸轮滚子架相连， 保证不 会发生相对滑动或变形， 每个凸轮滚子架下方刚好卡住凸轮滚子， 保证凸轮滚子不发生相 对滚动。 0009 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述弹性元件为圆柱 形弹簧， 所述每个弹性元件上脚垫通过六角头螺栓与螺纹管连接， 每个弹性元件下脚垫通 过六角头螺栓与滚子架相连， 用于补偿偏心圆盘凸轮上下行程差带来的不平衡。

16、长度， 螺纹 管内设置有内螺纹， 用于与螺纹杆一端的外螺纹配合以改变波形输出的振幅， 实现螺纹杆 长度的变化， 从而改变波形曲线的振幅， 便于多样化的正弦波形输出。 0010 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述轴承支座包括上 轴承支座和下轴承支座， 内设有防水深沟球轴承， 上轴承支座通过圆柱六角头螺栓与下轴 承支座固定， 所述凸轮轴一端穿过防水深沟球轴承及端盖通过梅花形联轴器与电机相连， 凸轮轴另一端被封闭在轴承支座封闭端盖内。 0011 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 所述偏心圆盘凸轮作 为原动件， 与凸轮滚子相连， 正弦波形设置成具有两个推。

17、程两个回程的曲线阶段， 可由两端 向中心装配， 一组偏心圆盘凸轮根据90度的相位差安装在凸轮轴上， 周向采用套筒固定同 时传递扭矩， 径向用普通平键固定， 当电机运动时， 带动凸轮轴运动及固定在凸轮轴上的偏 心圆盘凸轮转动， 从而实现凸轮滚子的循环往复运动。 0012 所述的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 其特征在于： 包括底座， 所述底座设 计为空心底座， 所述电机通过六角头螺栓固定在底座上， 所述电机为步进电机， 所述一对轴 承支座通过六角头螺栓分别固定在底座左右两侧。 0013 本发明的有益效果： 1） 通过本发明的装置， 可以减少实验室水动力实验装置占地空间， 能够实现标准的正 弦。

18、运动， 并对周期和振幅进行有效调整， 增加了实验的多样性； 2） 本发明整体装置互换性强， 成本低， 同时减少了修配带来的麻烦， 提高了研究人员进 行水动力试验的效率。 0014 3） 通过本发明， 为致力于减阻技术的开发的研究者在数值模拟的基础上提供实验 的可靠和准确的工艺参数， 推动减阻技术向更深一步发展。 附图说明 0015 图1为本发明的结构示意图； 图2为发明的凸轮轴和凸轮结构示意图； 图3为发明的支撑结构轴承座结构示意图； 图4为发明的滚子结构及伸缩螺纹杆结构示意图； 图5为发明的支撑板及变形壁面结构示意图。 0016 图中： 101-步进电机； 102-梅花型联轴器； 103-上。

19、轴承支座； 104-下轴承支座； 105- 说明书 2/4 页 5 CN 110864872 A 5 偏心圆盘凸轮； 106-凸轮轴； 107-防水深沟球轴承； 108-六角头螺栓； 109-封闭端盖； 201-凸 轮滚子； 202-滚子架； 301-弹性元件下脚垫； 302-弹性元件； 303-弹性元件上脚垫； 304-螺纹 管； 305-螺纹杆； 401变形壁面； 402-第一支撑板； 403-深沟球轴承； 404-第二支撑板。 具体实施方式 0017 下面结合附图对本发明作进一步的说明， 但本发明所保护的范围不局限于所述范 围。 0018 如图1-5所示， 一种可用于阻力测试的变形壁面机。

20、构， 包括电机101， 本发明电机 101为步电机， 电机101右端设有一对轴承支座， 轴承支座上设有凸轮轴106， 轴承支座包括 上轴承支座103和下轴承支座104， 内设有防水深沟球轴承107， 上轴承支座103通过圆柱六 角头螺栓108与下轴承支座104固定， 凸轮轴106一端穿过防水深沟球轴承107和端盖通过梅 花形联轴器102与电机101相连， 实现与电机101同轴转动， 凸轮轴106另一端被封闭在轴承 支座封闭端盖109内， 凸轮轴106上设有一组相邻相位差为90度的偏心圆盘凸轮105， 以便输 出正弦波形， 偏心圆盘凸轮105可由两端向中心进行装配， 一组偏心圆盘凸轮105根据9。

21、0度 的相位差安装在凸轮轴106上， 周向采用套筒固定同时传递扭矩， 径向用普通平键固定， 本 发明中偏心圆盘凸轮为5个偏心圆盘凸轮， 配合每个偏心圆盘凸轮105在垂直方向作往复运 动设有一组凸轮滚子201， 本发明凸轮滚子201为5个， 使用凸轮滚子201将增加滑动摩擦的 接触面积， 同时提高传动的精度。 每个凸轮滚子201与偏心圆盘凸轮105厚度相同， 且内设置 螺纹孔， 通过六角头螺栓108与凸轮滚子架202相连， 保证不会发生相对滑动或变形， 凸轮滚 子架202下方刚好卡住凸轮滚子201， 保证凸轮滚子201不发生相对滚动， 每个凸轮滚子架 202上均设有弹性元件上脚垫303和弹性元件。

22、下脚垫301， 弹性元件上脚垫303与弹性元件下 脚垫301之间设有弹性元件302， 本发明的弹性元件302为圆柱形弹簧， 每个弹性元件下脚垫 301通过六角头螺栓108固定在滚子架202上， 每个弹性元件上脚垫303上设有螺纹杆305， 本 发明螺纹杆305为5个， 本发明的螺纹杆305为可升缩的螺纹杆， 每个螺纹杆305通过螺纹管 304与弹性元件上脚垫303相连， 每个弹性元件上脚垫303通过六角头螺栓108与螺纹管304 相连， 用于补偿偏心圆盘凸轮105上下行程差带来的不平衡长度， 螺纹管304内设置有内螺 纹， 用于与螺纹杆305一端的外螺纹配合以改变波形输出的振幅， 输出波形的周。

23、期由电机 101频率控制， 可以实现不同正弦波形的测试。 实现螺纹杆305长度的变化， 从而改变相位 差， 便于多样化的正弦波形输出， 该组螺纹杆305另一端设有变形壁面401， 变形壁面401通 过螺纹杆305的深沟球轴承403固定， 可以实现滑动的精确性。 变形壁面401为矩形壁面， 包 括两个壁面， 两个端面设为活动端， 两个壁面的连接处通过环氧树脂胶搭配添加物异氰酸 酯固定在正中心的第二支撑板404上， 两活动端对应的第二支撑板404通过第一支撑板402 卡接在两活动端， 壁面超出第一支撑板402的长度可用于补偿波动时变形壁面401的长度变 化， 防止变形壁面401被拉断或扁塌另一端伸。

24、进有卡槽的支撑板中自由伸缩， 以保证运动变 形时带来的变形差。 变形壁面401材料采用夹不锈钢网胶板， 可以保持一定的扯断力和伸长 率， 当变形壁面401水平时弹性元件302处于自由长度， 当偏心圆盘凸轮105运动时， 弹性元 件302被压缩或者被拉伸， 回复力可以带动变形壁面401恢复水平形状。 0019 本发明的一种可用于阻力测试的变形壁面机构， 包括底座， 底座设计为空心， 电机 101通过六角头螺栓108固定在底座上， 一对轴承支座通过六角头螺栓108分别固定在底座 说明书 3/4 页 6 CN 110864872 A 6 左右两侧。 0020 实验开始时， 启动电机101， 带动凸轮。

25、轴106转动， 引导凸轮轴106上的偏心圆盘凸 轮105转动。 偏心圆盘凸轮105的转动使得与其紧密相连的凸轮滚子201在垂直方向上做往 复运动， 导致弹性元件302压缩从而使螺纹杆305的运动传递至变形壁面401。 由于5个偏心 圆盘凸轮105相位各异， 与第一支撑板402相连的变形壁面401在同一时间即发生不同的运 动， 即整体可变形壁面401输出呈现正弦波形。 说明书 4/4 页 7 CN 110864872 A 7 图1 说明书附图 1/4 页 8 CN 110864872 A 8 图2 图3 说明书附图 2/4 页 9 CN 110864872 A 9 图4 说明书附图 3/4 页 10 CN 110864872 A 10 图5 说明书附图 4/4 页 11 CN 110864872 A 11 。