物體慣性積測量裝置與方法
2023-07-11 02:36:46 3
專利名稱：物體慣性積測量裝置與方法
技術領域：
本發明涉及機器或結構部件的靜態平衡的測試裝置與方法，進一步涉及物體慣性積的測定。
背景技術：
物體慣性積是機械設計中的一個重要物理參量，現有技術中尚無關於這方面的記載。因此，急需一種簡便的物體質心測量裝置和方法。
發明內容
本發明提供了一種操作簡便的物體慣性積測量裝置和方法。對於質量超過500kg， 外形尺寸超過1. 5m的大型動力設備有更加明顯的優勢。本發明所採用的技術方案如下物體慣性積測量裝置，包括水平懸空放置的第一平板，第一平板的幾何外形是圓形或邊數為3N的正多邊形， N為大於或等於1的整數；第一平板中心處有1個通孔，通孔為的幾何外形為圓形或邊數為 2N的正多邊形，N為大於或等於2的整數；與正多邊形通孔外形相似的翻板，翻板用於盛放被測物體；位於翻板對稱的2個側面中心位置與對應的第一平板多邊形等邊通孔側面的中心位置至少1對鉸接點，所述翻板可沿鉸接點連線分別相對於第一平板進行任意角度的翻轉；位於第一平板外緣處、等距離分布、等長度且垂直於第一平板的3根吊索；與吊索另一端相連接的支架；位於每根吊索上的拉力傳感器；位於第一平板上的微小豁口 ；位於豁口處的光電傳感器，靜止穩定狀態下，所述光電傳感器與支架保持固定的位置關係，當第一平板沿圓心發生微小轉動時，光電傳感器的信號發生變化；光電信號讀取裝置，與光電信號傳感器相連。所述正多邊形通孔優選正方形，所述翻板外形優選正方形；所述第一平板的幾何外形優選等邊三角形或等邊六邊形，與吊索的連接處位於頂點處。在上述裝置上實現物體慣性積測量方法，定義三根繩索分別為第一繩索、第二繩索、第三繩索，其長度定義為L，其對應的拉力傳感器分別為第一拉力傳感器、第二拉力傳感器、第三拉力傳感器，在第一平板上，三根繩索與第一平板的結點分別定義為第一結點、第二結點、第三結點，第一平板中心處為坐標原點0，吊索結點距離第一平板中心的水平距離定義為R，測量地點的重力加速度定義為g，扭擺周期為T，第一平板與翻板共同的轉動慣量為 Ipi ；以被測物體的質心為坐標原點O1，垂直於翻板方向為Z軸，平行於翻板的另外兩個方向為X軸和Y軸，建立被測物體的直角坐標系；步驟包括步驟一調整水平支架，確保與繩索的結點處於同一水平面；調整第一平板，使其保持水平面，調整翻板至水平位置；將被測物體置於翻板上，確保被測物體的質心與第一平板的中心處於同一垂直線上；給第一平板一個微小力，使其以一個小角度扭振，所述角度大於0，且小於等於5度；通過光電傳感器讀取扭振周期Tl ；此時，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數分別為Fn、F12、F13 ；第一平板與翻板共同的轉動慣量為Ipl步驟二 讓被測物體首先圍繞O1Z軸旋轉一個角度，然後讓翻板沿圍繞鉸接點旋轉一定的角度，讓被測物體在翻版上平移，確保坐標原點O1與第一平板的中心處於同一垂直線上，測量此時O1X軸、O1Y軸、O1Z軸與垂直方向的夾角αι、βρ Y1;然後給第一平板一個微小力，使其以一個小角度扭振，所述角度大於0，且小於等於5度；通過光電傳感器讀取扭振周期T2 ；此時，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數分別為F21、F22、F23 ；步驟三翻板恢復水平狀，重複步驟二，測得至少另外四組不同的夾角α」 β」 Y i，讀取扭振周期Ti,讀取第一、第二、第三拉力傳感器的讀數Fn、Fi2, Fi3 ；步驟四依照公式
權利要求
1.物體慣性積測量裝置，其特徵在於，包括水平懸空放置的第一平板，第一平板的幾何外形是圓形或邊數為3N的正多邊形，N為大於或等於1的整數；第一平板中心處有1個通孔，通孔為的幾何外形為圓形或邊數為2N的正多邊形，N為大於或等於2的整數；與正多邊形通孔外形相似的翻板，翻板用於盛放被測物體；位於翻板對稱的2個側面中心位置與對應的第一平板正多邊形通孔2個側面的中心位置至少1對鉸接點，所述翻板可沿鉸接點連線分別相對於第一平板進行任意角度的翻轉； 位於第一平板外緣處、等距離分布、等長度且垂直於第一平板的3根吊索； 與吊索另一端相連接的支架； 位於每根吊索上的拉力傳感器； 位於第一平板上的微小豁口；位於豁口處的光電傳感器，靜止穩定狀態下，所述光電傳感器與支架保持固定的位置關係，當第一平板沿圓心發生微小轉動時，光電傳感器的信號發生變化； 光電信號讀取裝置，與光電信號傳感器相連。
2.根據權利要求1所述物體慣性積測量裝置，其特徵在於，所述正多邊形通孔為正方形，所述翻板外形為正方形。
3.根據權利要求1所述物體慣性積測量裝置，其特徵在於，所述第一平板的幾何外形是等邊三角形或正六邊形，與吊索的連接處位於頂點處。
4.在權利要求1至3任何一項所述裝置上實現物體慣性積測量方法，定義三根繩索分別為第一繩索、第二繩索、第三繩索，其長度定義為L，其對應的拉力傳感器分別為第一拉力傳感器、第二拉力傳感器、第三拉力傳感器，在第一平板上，三根繩索與第一平板的結點分別定義為第一結點、第二結點、第三結點，第一平板中心處為坐標原點0，吊索結點距離第一平板中心的水平距離定義為R，測量地點的重力加速度定義為g，扭擺周期為T，第一平板與翻板共同的轉動慣量為Ipi ；以被測物體的質心為坐標原點O1，垂直於翻板方向為Z軸，平行於翻板的另外兩個方向為X軸和Y軸，建立被測物體的直角坐標系； 其特徵在於，步驟包括步驟一調整水平支架，確保與繩索的結點處於同一水平面；調整第一平板，使其保持水平面，調整翻板至水平位置；將被測物體置於翻板上，確保被測物體的質心與第一平板的中心處於同一垂直線上；給第一平板一個微小力，使其以一個小角度扭振，所述角度大於 0，且小於等於5度；通過光電傳感器讀取扭振周期T1 ；此時，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數分別為Fn、F12、F13 ；第一平板與翻板共同的轉動慣量為Ipl步驟二 讓被測物體首先圍繞O1Z軸旋轉一個角度，然後讓翻板沿圍繞鉸接點旋轉一定的角度，讓被測物體在翻版上平移，確保坐標原點O1與第一平板的中心處於同一垂直線上， 測量此時O1X軸、O1Y軸、O1Z軸與垂直方向的夾角αι、βρ Y1 ；然後給第一平板一個微小力，使其以一個小角度扭振，所述角度大於0，且小於等於5度；通過光電傳感器讀取扭振周期T2 ；此時，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數分別為F21、F22、F23 ；步驟三翻板恢復水平狀，重複步驟二，測得至少另外四組不同的夾角α」 β」 Yi，讀取扭振周期Ti,讀取第一、第二、第三拉力傳感器的讀數Fn、Fi2、Fi3 ；步驟四依照公式/z = (Fll+Fl2+f13)*尺-/對計算獲得Ιζ，在其它旋轉角度下，首先計算獲得第一平板與翻板共同的轉動慣量Ipi，(F- + F-, + Fi)^ R2 ^ Τ·2 Ii的數值計算方法如下= ( n z2 V3j1 -ImΑπ2 ^L然後將12、13、14、15、I6的數值和對應的角α ρ β ρ Y i值帶入下面等式，_ Ix-Τ 1Xy-τ 1XZCOS <2/k = [cosCH COS A. COS^]*-τ Ayxh-T氺cosA.-τ 1ZX-τ 1Zyh __cos,z._在Iz已知的情況下，聯立方程求得另外五個變量值IX、Iy、Ixy、Ixz、Iyz ； 進而，可以獲得被測物體關於質心的慣量橢球方程。
全文摘要
本發明涉及機器或結構部件的靜態平衡的測試裝置與方法，進一步涉及物體慣性積的測定。本發明提供了一種操作簡便的物體轉動慣量測量裝置和方法。裝置包括水平懸空放置的第一平板；第一平板中心處有1個通孔；與正多邊形通孔外形相似的翻板；翻板可沿鉸接點連線分別相對於第一平板進行任意角度的翻轉；位於第一平板外緣處的3根吊索；與吊索另一端項連接的支架；位於每根吊索上的拉力傳感器；位於第一平板上的微小豁口；位於豁口處的光電傳感器；光電信號讀取裝置，與光電信號傳感器相連。該方法原理簡單，易於控制，便於操作，適用大多數複雜的動力設備。
文檔編號G01M1/12GK102494845SQ20111037592
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者張俊紅, 畢鳳榮, 畢曉陽, 王霞, 邵康 申請人:天津大學