一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构及拆装方法与流程

1.本发明属于航空航天风洞试验技术领域，具体涉及一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构及拆装方法。


背景技术：

2.风洞试验是航空航天飞行器进行空气动力学研究的重要手段，风洞天平是风洞试验中用于测量飞行器试验模型空气动力/力矩的精密测量装置，是测力试验的关键设备，而支杆是飞行器试验模型及天平的重要支撑装置。为了保证风洞试验模型气动载荷的精确测量，必须保证风洞天平与支杆的可靠连接。
3.风洞天平与支杆的连接方式主要包括圆柱连接、法兰连接和圆锥连接。圆柱连接时通过合理设计圆柱配合公差，通过销或螺钉紧固实现连接，圆柱连接空间占用较小，但圆柱配合段磨损后无法再使用，目前主力风洞很少使用圆柱连接方式；法兰连接时通过法兰盘将天平、支杆连接在一起，当法兰盘足够大时，连接较为可靠，但占用空间较大，对于1米量级及以下风洞不适用；圆锥连接时通过过盈配合将天平和支杆连接在一起，是目前1米量级以下风洞天平-支杆普遍采用的连接方式；对于1米量级及以下风洞尾撑测力试验，模型内部空间有限，模型底部与支杆的径向间隙一般为5mm，因此天平及支杆直径较小，圆锥连接通过过盈配合传递滚转力矩，该连接方式十分适合小杆径条件下连接，不但模型空间占用小，而且可以保证天平与支杆的同轴性，对加工质量要求较低，可以满足滚转力矩不大且工况稳定的试验要求，但是，根据多年风洞应用实践，圆锥连接方式目前还存在以下几处问题：1、目前的圆锥连接安装拆卸采用楔键拉紧及退松，而打紧楔键的过程极易造成天平的损坏；2、对于大展现比布局、飞翼布局以及新型布局模型风洞试验来说，滚转力矩大，模型容易振动，采用锥连接时可靠性差，天平与支杆之间容易发生转动，影响试验精准度及试验效率；3、为了提高滚转力矩传递可靠性，有时在内外锥之间设置防转定位键，但由于杆径小，对于30mm杆径仅0.02mm键配合间隙就会形成1
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的转角误差，若使用紧配合键连接，天平与支杆安装极为困难，反复使用后键磨损会加剧转角误差的增大；4、圆锥连接方式传递的额定滚转力矩较小，进行正反向滚转力矩加载时天平回零性差。
4.针对上述问题，本技术提出一种适用于1米量级及以下风洞尾撑测力试验小杆径要求、连接方便且可靠的风洞天平-支杆连接结构，提高当前风洞试验数据精准度及效率。


技术实现要素：

5.本发明研发目的是为了解决目前用于风洞试验的天平与支杆通过圆锥连接时拆装不便，且在连接时容易造成天平损坏的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以
便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
6.本发明的技术方案：方案一：一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构，包括天平、支杆和模型，天平的前端与模型连接，天平的尾端与支杆建立连接，支杆与风洞支撑设备连接，天平的尾端设置有六棱锥，六棱锥的母线相对与轴线的锥度为1:10，六棱锥的中部表面上设置有多个倾斜沉孔，所述支杆的前端加工有六棱锥内孔，六棱锥内孔上设置有与倾斜沉孔对应的第一倾斜螺纹孔，天平的六棱锥插入支杆的六棱锥内孔中，紧定螺钉旋入支杆的第一倾斜螺纹孔内并顶推六棱锥上的倾斜沉孔。
7.进一步的，所述六棱锥的尾端设置有环向倒角，六棱锥内孔上设置有第二倾斜螺纹孔，第二倾斜螺纹孔布置在第一倾斜螺纹孔的右侧，拆卸螺钉旋入第二倾斜螺纹孔并顶推环向倒角将连接的天平和支杆拆开。
8.进一步的，所述倾斜沉孔和第一倾斜螺纹孔的倾斜角度为30
°
，第二倾斜螺纹孔的倾斜角度相对于第一倾斜螺纹孔为反向30
°
，环向倒角的角度为30
°
，倾斜沉孔的孔径大于第一倾斜螺纹孔的孔径。
9.进一步的，所述倾斜沉孔的数量为4个，第一倾斜螺纹孔的数量为4个，第二倾斜螺纹孔的数量为2个。
10.进一步的，所述六棱锥的长度为1.5倍~2.5倍棱锥大端多边形外接圆的直径。
11.进一步的，所述天平通过拉紧螺钉与模型建立连接。
12.方案二：根据方案一所述的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构的拆装方法，包括天平与支杆的连接方法和天平与支杆的拆卸方法：天平与支杆的连接方法为：将天平尾端的六棱锥插入支杆端部的六棱锥内孔内，直至第一倾斜螺纹孔对准倾斜沉孔，将紧定螺钉旋入第一倾斜螺纹孔内并顶推倾斜沉孔，进而将六棱锥通过型面连接拉紧，实现天平与支杆的连接；天平与支杆的拆卸方法为：将拆卸螺钉旋入第二倾斜螺纹孔内并顶推六棱锥上的环向倒角，进而将六棱锥从六棱锥内孔中推出，实现天平与支杆的拆除。
13.本发明具有以下有益效果：1、本发明的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构利用多边形型面限位功能及锥配合的过盈功能，使连接时多边形型面紧密接触，采用1:10锥度既保障了连接的自锁性也保证了连接的同轴性，在小杆径侧壁上设计的倾斜螺纹孔，通过正反向螺纹顶紧力的轴向分量，获得足够的锥锁紧力以及拆卸力，采用多棱锥型面连接方式安装拆卸方便，适合反复安装拆卸，采用螺钉顶紧不会对天平造成冲击，避免了天平过载损坏的风险；2、本发明的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构的多边形型面限位与锥过盈配合双重保证天平与支杆的可靠连接，即使棱锥表面磨损依然能够保证连接性能；3、本发明的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构相比于圆锥连接，多棱锥型面连接能够保证强度包线内的任意滚转力矩，由于采用无间隙过盈配合，正反向无背隙、力矩传递准确；4、本发明的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构的多棱锥型面连接依然保留了圆锥连接的同轴定位性，保证了天平在风洞中的初始安装角的准确性。
附图说明
14.图1是一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构的整体结构示意图；图2是天平的结构示意图；图3是支杆的结构示意图；图4是图2的a向局部示意图；图5是图4的b-b剖视图；图6是图3的c-c向剖视图；图7是图6的d-d向剖视图。
15.图中1-天平，2-支杆，3-六棱锥，4-倾斜沉孔，5-环向倒角，6-六棱锥内孔，7-第一倾斜螺纹孔，8-第二倾斜螺纹孔，9-紧定螺钉，10-拆卸螺钉，11-拉紧螺钉，12-模型。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
17.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接（即为不可拆卸连接）包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
18.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.实施例1，结合图1-图7说明本实施例，本实施例的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构，包括天平1、支杆2和模型12，天平1的前端与模型12连接，天平1的尾端与支杆2建立连接，支杆2与风洞支撑设备连接，天平1的直径为40mm，六棱锥3母线相对于轴线的锥度为1:10，天平1的尾端采用六棱锥结构形式，六棱锥3的大端六边形外接圆直径为36.7mm，六棱锥3的长度为2倍棱锥大端外接圆直径，六棱锥3的长度为73.4mm，在六棱锥3的中部加工4个倾斜角度为30
°
的倾斜沉孔4，倾斜沉孔4的直径为6.6mm，所述支杆2的前端加工有六棱锥内孔6，六棱锥内孔6的大端六边形外接圆直径同为36.7mm，在六棱锥内孔6上对应位置加工4个倾斜角度为30
°
的第一倾斜螺纹孔7；将天平1的六棱锥3插入支杆2的六棱锥内孔6内，通过4个紧定螺钉9分别旋入支杆2上的各个第一倾斜螺纹孔7内，并顶推六棱锥3表面上的4个倾斜沉孔4，进而将天平1和支杆2拉紧，随后将天平1通过m10拉紧螺钉11与模型12连接，支杆2安装在1.2m的风洞支架上；具体的，所述六棱锥3的尾端设置有环向倒角5，环向倒角5的角度为30
°
，六棱锥内
孔6上加工有2个第二倾斜螺纹孔8，第二倾斜螺纹孔8布置在第一倾斜螺纹孔7的右侧，其倾斜角度相对于第一倾斜螺纹孔7为反向30
°
，当天平1与支杆2之间拆卸时，通过2个m6拆卸螺钉10分别旋入第二倾斜螺纹孔8内，顶推六棱锥3上环向倒角5的30
°
倒角面，进而将天平1和支杆2拆开。
20.实施例2，结合图1-图7说明本实施例，本实施例的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构，包括天平1、支杆2和模型12，天平1的前端与模型12连接，天平1的尾端与支杆2建立连接，支杆2与风洞支撑设备连接，天平1的直径为40mm，六棱锥3母线相对于轴线的锥度为1:10，天平1的尾端采用六棱锥结构形式，六棱锥3的大端六边形外接圆直径为36.7mm，六棱锥3的长度为1.5倍棱锥大端外接圆直径，六棱锥3的长度为55.05mm，在六棱锥3的中部加工4个倾斜角度为30
°
的倾斜沉孔4，倾斜沉孔4的直径为6.6mm，所述支杆2的前端加工有六棱锥内孔6，六棱锥内孔6的大端六边形外接圆直径同为36.7mm，在六棱锥内孔6上对应位置加工4个倾斜角度为30
°
的第一倾斜螺纹孔7；将天平1的六棱锥3插入支杆2的六棱锥内孔6内，通过4个紧定螺钉9分别旋入支杆2上的各个第一倾斜螺纹孔7内，并顶推六棱锥3表面上的4个倾斜沉孔4，进而将天平1和支杆2拉紧，随后将天平1通过m10拉紧螺钉11与模型12连接，支杆2安装在1.2m的风洞支架上；具体的，所述六棱锥3的尾端设置有环向倒角5，环向倒角5的角度为30
°
，六棱锥内孔6上加工有2个第二倾斜螺纹孔8，第二倾斜螺纹孔8布置在第一倾斜螺纹孔7的右侧，其倾斜角度相对于第一倾斜螺纹孔7为反向30
°
，当天平1与支杆2之间拆卸时，通过2个m6拆卸螺钉10分别旋入第二倾斜螺纹孔8内，顶推六棱锥3上环向倒角5的30
°
倒角面，进而将天平1和支杆2拆开。
21.实施例3，结合图1-图7说明本实施例，本实施例的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构，包括天平1、支杆2和模型12，天平1的前端与模型12连接，天平1的尾端与支杆2建立连接，支杆2与风洞支撑设备连接，天平1的直径为40mm，六棱锥3母线相对于轴线的锥度为1:10，天平1的尾端采用六棱锥结构形式，六棱锥3的大端六边形外接圆直径为36.7mm，六棱锥3的长度为2.5倍棱锥大端外接圆直径，六棱锥3的长度为91.75mm，在六棱锥3的中部加工4个倾斜角度为30
°
的倾斜沉孔4，倾斜沉孔4的直径为6.6mm，所述支杆2的前端加工有六棱锥内孔6，六棱锥内孔6的大端六边形外接圆直径同为36.7mm，在六棱锥内孔6上对应位置加工4个倾斜角度为30
°
的第一倾斜螺纹孔7；将天平1的六棱锥3插入支杆2的六棱锥内孔6内，通过4个紧定螺钉9分别旋入支杆2上的各个第一倾斜螺纹孔7内，并顶推六棱锥3表面上的4个倾斜沉孔4，进而将天平1和支杆2拉紧，随后将天平1通过m10拉紧螺钉11与模型12连接，支杆2安装在1.2m的风洞支架上；具体的，所述六棱锥3的尾端设置有环向倒角5，环向倒角5的角度为30
°
，六棱锥内孔6上加工有2个第二倾斜螺纹孔8，第二倾斜螺纹孔8布置在第一倾斜螺纹孔7的右侧，其倾斜角度相对于第一倾斜螺纹孔7为反向30
°
，当天平1与支杆2之间拆卸时，通过2个m6拆卸螺钉10分别旋入第二倾斜螺纹孔8内，顶推六棱锥3上环向倒角5的30
°
倒角面，进而将天平1和支杆2拆开。
22.实施例4，结合图1-图7说明本实施例，本实施例的一种小杆径天平与支杆多棱锥型面连接结构的拆装方法，包括天平1与支杆2的连接方法和天平1与支杆2的拆卸方法：天平1与支杆2的连接方法为：将天平1尾端的六棱锥3插入支杆2端部的六棱锥内
孔6内，直至第一倾斜螺纹孔7对准倾斜沉孔4，将紧定螺钉9旋入第一倾斜螺纹孔7内并顶推倾斜沉孔4，进而将六棱锥3通过型面连接拉紧，实现天平1与支杆2的连接；天平1与支杆2的拆卸方法为：将拆卸螺钉10旋入第二倾斜螺纹孔8内并顶推六棱锥3上的环向倒角5，进而将六棱锥3从六棱锥内孔6中推出，实现天平1与支杆2的拆除。
23.本实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。