一种双侧360

一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置
技术领域
1.本发明涉及一种旋转装置，具体涉及一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置。


背景技术：

2.随着风力机的发展，风力机的叶片朝着大型化，柔性化的方向发展，百米级的叶片也出现在人们的视野中，以及高展弦比的飞机机翼。而对大型的风力机整机和完整的飞机机翼进行气动特性研究，是非常困难且要消耗巨大成本的，所以多是对叶片或者机翼的翼段进行气动特性研究，在实验研究的过程中，翼段起始攻角的大小是一个主要的研究对象，攻角的不同会影响气动力的大小，同时高展弦比的机翼和叶片会发生非线性的气动弹性问题，达到一定风速后，出现抖动，严重时出现颤振，传统的固定攻角方法或者是相机阻尼云台都是通过顶丝进行松紧固定，这样的固定方式在受到较大外力作用时，会出现打滑现象，改变原有的固定角度，而颤振的出现会在很短的时间内改变原有的初始攻角，对实验造成误差，增加了颤振实验的操作难度。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供了一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，可为翼段的初始攻角进行调节，并保证初始攻角在受到较大外力后保持不变，以达到机械锁死的效果，且可避免手动调节引起的测量误差，提高了探究翼段初始攻角下对颤振实验的影响的准确度和效率。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
5.一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，包括双侧齿轮固定架、以及分别安装在双侧齿轮固定架上下侧的两单侧360
°
旋转调节固定机构，每一个单侧360
°
旋转调节固定机构均包括圆柱直齿轮、带有孔槽的圆柱直齿轮和外齿圈，所述圆柱直齿轮、带有孔槽的圆柱直齿轮与安装在双侧齿轮固定架上的外齿圈啮合，形成行星齿轮机构，且所述带有孔槽的圆柱直齿轮上安装有一用于将其机械锁死的环形卡柱，所述环形卡柱通过圆柱导轨固定在直流式吸盘电磁铁下方，所述圆柱导轨上安装有一复位弹簧；两外齿圈的表面上均安装用于固定闭环步进电机的电机固定平台，且所述外齿圈的表面安装旋转把手，两外齿圈的表面分别设置有一号工作台和二号工作台，用于提供操作平台。
6.进一步地，所述的双侧齿轮固定架上开设有用于固定圆柱直齿轮和带有孔槽的圆柱直齿轮的旋转轴，旋转轴中心开设用于安装一号齿轮帽和二号齿轮帽的螺纹孔，用于限制圆柱直齿轮沿着轴向滑动。
7.进一步地，所述的双侧齿轮固定架侧表面上开设有角度刻度盘，刻度范围0
°‑
360
°
，最小精度1
°
，作为辅助装置，便于闭环步进电机和旋转把手对外齿圈进行角度旋转后的确认。
8.进一步地，所述的外齿圈上安装有圆柱导轨，外齿圈表面开设有用于安装环形卡
住的孔槽，用于限制环形卡柱沿轴向滑动。
9.进一步地，所述的电机固定平台、一号工作台、二号工作台分别通过螺栓固定在外齿圈上，且外齿圈上通过螺栓安装有电机转动梁。
10.进一步地，所述的外齿圈上表面开设有指针，与双侧齿轮固定架侧表面上开设的角度刻度盘所对应。
11.进一步地，所述的旋转把手通过螺栓固定在外齿圈上表面开设的六边形凹槽内。
12.进一步地，外齿圈上表面中心开设有特殊螺栓孔，用特殊螺栓将双侧齿轮固定架和外齿圈连接在一起。
13.进一步地，直流式吸盘电磁铁在通电后借助磁性可以将环形卡柱与带有孔槽的圆柱直齿轮断开，直流式吸盘电磁铁断电后失去磁性，环形卡柱借助复位弹簧与带有孔槽的圆柱直齿轮进行机械锁死。
14.进一步地，所述的型闭环步进电机的旋转轴与电机转动梁设有键槽配合机构，型闭环步进电机可以对外齿圈进行最小精度为1
°
的角度调节。
15.本发明具有以下有益效果：
16.本发明结构简单，可以做到360
°
旋转、也可以做到任意角度的机械锁死，消除了颤振实验中，出现打滑现象，从而改变了原本不同初始攻角，对颤振实验造成了误差影响。
17.本发明可以做到机械锁死机构的电动控制，可以对外齿圈做到最小精度1
°
的电机驱动旋转，避免了手动操作引起的测量误差，提高了探究不同初始攻角下对颤振实验的准确度和效率，也设置了手动旋转把手，为了进一步降低实验成本。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1为本发明实施例的整体结构示意图。
20.图2为本发明实施例的外部结构示意图。
21.图3为本发明实施例的内部结构示意图。
22.图4为本发明应用例的整体示意图。
23.图5为外齿圈结构示意图。
24.图6为环形卡柱结构示意图。
25.图7为双侧齿轮固定架结构示意图。
26.图8为特殊螺栓机构示意图。
27.图中：1、一种两自由度气弹性能实验装置；2、一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置；3、翼段；4、双侧齿轮固定架；5、外齿圈；6、圆柱直齿轮；7、带有孔槽圆柱直齿轮；8、环形卡柱；9、直流式吸盘电磁铁；10、圆柱导轨；11、闭环步进电机；12、复位弹簧；13、电机固定平台；14、旋转把手；15、一号工作台；16、二号工作台；17、一号齿轮帽；18、二号齿轮帽；19、电机转动梁；20、指针；21扭转轴；22、扭转固定螺母；23、扭转杆；24、翼段扭转螺栓；25、特殊螺栓；26电机旋转轴；27、电磁铁固定平台；28、深沟球轴承；29、翼段端板；30、扭转轴接口。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
29.如图1-图3所示，本发明实施例的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，包括双侧齿轮固定架4、以及分别安装在双侧齿轮固定架4上下侧的两个单侧360
°
旋转调节固定机构，每一个单侧360
°
旋转调节固定机构均包括圆柱直齿轮6、带有孔槽的圆柱直齿轮7和外齿圈5，所述圆柱直齿轮6、带有孔槽的圆柱直齿轮7与安装在双侧齿轮固定架4上的外齿圈5啮合，形成行星齿轮机构，且所述带有孔槽的圆柱直齿轮7上安装有一用于将其机械锁死的环形卡柱8，所述环形卡柱8通过圆柱导轨10固定在直流式吸盘电磁铁9下方，所述圆柱导轨10上安装有一复位弹簧12；两外齿圈5的表面上均安装用于固定闭环步进电机11的电机固定平台13，且所述外齿圈5的表面安装旋转把手14，两外齿圈5的表面分别设置有一号工作台15和二号工作台16，用于提供操作平台。
30.本实施例中，单侧360
°
角度旋转用到了8个圆柱直齿轮6、1个带有孔槽的圆柱直齿轮7和一个外齿圈5。圆柱直齿轮6齿数为72个，一个齿所对应5
°
，外齿圈5齿数为360个，一个齿所对应1
°
，依据传动比：α1d1＝α2d2，构成行星齿轮组可以得到圆柱直齿轮6转动一个齿即5
°
，外齿圈5转动1个齿即1
°
，对任意的圆柱直齿轮6和带有孔槽的圆柱直齿轮7进行机械锁死，就可以对外齿圈5进行固定。
31.本实施例中，如图3所示，双侧齿轮固定架4和圆柱直齿轮6、带有孔槽的圆柱直齿轮7之间安装深沟球轴承28，消除转动过程中摩擦力，提高装置精度和寿命，并在圆柱直齿轮6和带有孔槽的圆柱直齿轮7上安装一号齿轮帽17和二号齿轮帽18，限制齿轮轴向运动，保证行星齿轮组完全啮合。
32.本实施例中，如图8所示，设计特殊螺栓25，将外齿圈5和双侧齿轮固定架4进行螺栓连接，既可以保证外齿圈5不会发生轴向运动，并在特殊螺栓25安装轴承用于满足径向旋转功能。
33.本实施例中，如图1-图2所示，外齿圈5上设有指针20和双侧齿轮固定架4侧表面上开设有角度刻度盘，刻度范围0
°‑
360
°
，最小精度1
°
，构成辅助装置，便于闭环步进电机11和旋转把手14对外齿圈5进行角度旋转后的确认。
34.本实施例中，如图5所示，外齿圈5表面设有圆柱导轨10，用于固定复位弹簧12的轴向运动，外齿圈5表面设有环形卡柱8的孔槽，用于其轴向滑动。
35.本实施例中，如图2所示，将环形卡柱8安装在外齿圈5的圆柱导轨10上，并安装复位弹簧12，实现齿轮的锁死装置。
36.本实施例中，如图2所示在圆柱导轨10上采用螺栓连接电磁铁固定平台27，并安装直流式吸盘电磁铁11，电磁铁通电就可以通过磁性压缩复位弹簧12，打开环形卡柱8的锁死装置，实现齿轮转动，电磁铁断电，复位弹簧12恢复原长，关闭环形卡住8的锁死装置，实现齿轮固定。
37.本实施例中，通过下式对电磁铁功能进行设置：
38.其中：φ：通过铁芯极化面的磁通量mx；s：为铁芯极化面面积cm2；δ：未吸合时衔铁和铁芯的气息长度cm；α：修正系数，一般在3～4之间。同时还要满足f≥kl+mg，其中k为复位弹簧12刚度；l为复位弹簧12压缩位移；m为环形卡柱质量；g为重力加速度g＝9.8m/s2。
39.本实施例中，如图1所示，采用螺栓连接将电机固定平台13与外齿圈5进行固定，并将闭环步进电机11安装在电机固定平台13上，电机转动梁19和电机旋转轴21进行键槽配合，电机转动梁19与外齿圈5表面采用螺栓固定，形成电动驱动装置。
40.本实施例中，对闭环步进电机11的脉冲信号和脉冲频率进行设定，从而对外齿圈5进行最小精度为1
°
的角度调节，即给定一个脉冲信号对外齿圈5进行1
°
调节。
41.本实施例中，为节约成本，在外齿圈5开设有六边形凹槽与旋转把手14通过螺栓固定，实现手动驱动装置。
42.本实施例中，所述的电机固定平台13、一号工作台15、二号工作台16分别通过螺栓固定在外齿圈5上。
43.本实施例中，如图4所示，将一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，应用于探究不同初始攻角对颤振影响的实验中。该实验装置包括：一种两自由度气弹性能实验装置1；一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置2；翼段3；扭转轴21；扭转固定螺母22；扭转杆23；翼段扭转螺栓24；翼段端板29；扭转轴接口30。
44.本实施例中，如图4所示，将扭转轴21与扭转轴接口30进行螺栓固定，对一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置2上的二号工作台16进行特殊设计，用螺栓将扭转轴接口30与二号工作台16进行连接。
45.应用例
46.如图4所示，将翼段3与翼段端板29用翼段扭转螺栓24连接，一号工作台15设计为翼段工作台，二号工作台16设计为扭转轴工作台，翼段扭转螺栓24安装扭转杆23，采用扭转固定螺母与一号工作台15进行连接。
47.本实施例中，对于不同的实验，针对不同的实验要求只需要对一号工作台15和二号工作台16进行特殊设计，从而应用于风力机叶片和飞机飞行器翼段进行风洞试验领域，以及其他旋转领域。
48.测试时，包括如下步骤：
49.步骤一，完成探究不同初始攻角下对颤振实验影响平台搭建。
50.步骤二，打开电源对二号工作台16下的直流式吸盘电磁铁9进行通电，吸起环形卡柱8，压缩复位弹簧12。
51.方案一：使用闭环步进电机11进行电机驱动，给定脉冲信号，使其外齿圈5的指针20与双侧齿轮固定架4的0
°
对齐，关闭闭环步进电机11和直流式吸盘电磁铁9，环形卡住8对带有孔槽的圆柱直齿轮7进行机械锁死。
52.方案二：使用旋转把手14进行手动调节，使其外齿圈5的指针20与双侧齿轮固定架4的0
°
对齐。
53.步骤三，打开电源对一号工作台15下的直流式吸盘电磁铁9进行通电，吸起环形卡柱8，压缩复位弹簧12。
54.方案一：使用闭环步进电机11进行电机驱动，给定脉冲信号，设定翼段初始攻角为16
°
，使其外齿圈5的指针20与双侧齿轮固定架4的16
°
对齐，关闭闭环步进电机11和直流式吸盘电磁铁9，环形卡住8对带有孔槽的圆柱直齿轮7进行机械锁死。
55.方案二：使用旋转把手14进行手动调节设定翼段初始攻角为16
°
，使其外齿圈5的指针20与双侧齿轮固定架4的16
°
对齐。
56.步骤四：开启风洞，收集初始攻角16
°
下，颤振实验数据。
57.步骤五：对二号工作台16一侧不做任何调整。
58.步骤六：打开电源对一号工作台15下的直流式吸盘电磁铁9进行通电，吸起环形卡柱8，压缩复位弹簧12。使用闭环步进电机11进行电机驱动或是旋转把手14手动驱动，设定翼段初始攻角为18
°
，使其外齿圈5的指针20与双侧齿轮固定架4的118
°
对齐，关闭闭环步进电机11和直流式吸盘电磁铁9，环形卡住8对带有孔槽的圆柱直齿轮7进行机械锁死。
59.步骤七：开启风洞，收集初始攻角18
°
下，颤振实验数据。重复实验操作收集其他攻角下的颤振实验数据。
60.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

技术特征：
1.一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：包括双侧齿轮固定架(4)、以及分别安装在双侧齿轮固定架(4)上下侧的两单侧360
°
旋转调节固定机构，每一个单侧360
°
旋转调节固定机构均包括圆柱直齿轮(6)、带有孔槽的圆柱直齿轮(7)和外齿圈(5)，所述圆柱直齿轮(6)、带有孔槽的圆柱直齿轮(7)与安装在双侧齿轮固定架(4)上的外齿圈(5)啮合，形成行星齿轮机构，且所述带有孔槽的圆柱直齿轮(7)上安装有一用于将其机械锁死的环形卡柱(8)，所述环形卡柱(8)通过圆柱导轨(10)固定在直流式吸盘电磁铁(9)下方，所述圆柱导轨(10)上安装有一复位弹簧(12)；两外齿圈(5)的表面上均安装用于固定闭环步进电机(11)的电机固定平台(13)，且所述外齿圈(5)的表面安装旋转把手(14)，两外齿圈(5)的表面分别设置有一号工作台(15)和二号工作台(16)，用于提供操作平台。2.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：所述的双侧齿轮固定架(4)上开设有用于固定圆柱直齿轮(6)和带有孔槽的圆柱直齿轮(7)的旋转轴，旋转轴中心开设用于安装一号齿轮帽(17)和二号齿轮帽(18)的螺纹孔，用于限制圆柱直齿轮沿着轴向滑动。3.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：所述的双侧齿轮固定架(4)侧表面上开设有角度刻度盘，刻度范围0
°‑
360
°
，最小精度1
°
，作为辅助装置，便于闭环步进电机(11)和旋转把手(14)对外齿圈(5)进行角度旋转后的确认。4.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：所述的外齿圈(5)上安装有圆柱导轨(10)，外齿圈(5)表面开设有用于安装环形卡住(8)的孔槽，用于限制环形卡柱沿轴向滑动。5.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：所述的电机固定平台(13)、一号工作台(15)、二号工作台(16)分别通过螺栓固定在外齿圈(5)上，且外齿圈(5)上通过螺栓安装有电机转动梁(19)。6.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：所述的外齿圈(5)上表面开设有指针(20)，与双侧齿轮固定架(4)侧表面上开设的角度刻度盘所对应。7.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：所述的旋转把手(14)通过螺栓固定在外齿圈(5)上表面开设的六边形凹槽内。8.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：外齿圈(5)上表面中心开设有特殊螺栓孔，用特殊螺栓(25)将双侧齿轮固定架(4)和外齿圈(5)连接在一起，限制了外齿圈的轴向运动，也保证了外齿圈的径向旋转运动。9.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：直流式吸盘电磁铁(9)在通电后借助磁性可以将环形卡柱(8)与带有孔槽的圆柱直齿轮(7)断开，直流式吸盘电磁铁(9)断电后失去磁性，环形卡柱(8)借助复位弹簧(12)与带有孔槽的圆柱直齿轮(7)进行机械锁死。10.如权利要求1所述的一种双侧360
°
旋转且任意角度固定的旋转装置，其特征在于：所述的型闭环步进电机(11)的旋转轴(26)与电机转动梁设有键槽配合机构，型闭环步进电机(11)可以对外齿圈(5)进行最小精度为1
°
的角度调节。

技术总结
本发明公开了一种双侧360


技术研发人员：高志鹰 郑琪 汪建文 东雪青 马剑龙 温彩凤 白叶飞 张立茹
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/6/27