一種三線扭擺法剛體動力學參數測試臺的製作方法

2023-10-07 21:19:29 2

專利名稱：一種三線扭擺法剛體動力學參數測試臺的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及物理參數測試臺，特別是一種帶升降裝置及定心裝置的採用三線扭擺振動理論進行剛體動力學參數測試的測試臺。
背景技術：
剛體動力學參數是進行剛體或多體系統動力學性能理論設計、仿真分析、虛擬試驗等現代設計分析方法所需的基本、必要輸入參數。在工業製造中需要進行剛體動力學參數測試的待測物通常是由多種零部件、多種材料組成，體積大，質量大，形體不規則的複雜剛體。
在採用三維數字模型用數值方法計算剛體動力學參數時，因三維數字模型不完整或不準確，難以得到動力學參數的準確結果，因此通常利用三線扭擺振動理論的三線扭擺法對其進行測試。三線扭擺法是目前精度最高、工程上常用的方法。利用三線扭擺法進行剛體轉動慣量的測量時，需要頻繁將被測物體放置或卸載於通過三根擺線懸吊的託盤上，由於託盤不是完全固定的，移動被測物體時，託盤容易晃動，不利於操作，也有安全隱患；另外，在進行三線擺清零處理和測試剛體轉動慣量的測量前，為了防止託盤的混擺或圓錐擺導致的測量精度致下降，需要人為進行託盤制動，直至託盤完全靜止，才能進行相關操作，致使測試效率低下。

實用新型內容本實用新型旨在至少解決上述技術缺陷之一提出三線扭擺法剛體動力學參數測試臺。所述測試臺包括測試臺底盤(2)、擺線(6)和託盤(4)，其特徵在於，所述測試臺底盤(2)上設置有升降裝置(12)和定心裝置(13);所述升降裝置(12)包括三個千斤頂，所述三個千斤頂以底盤(2)的中心為圓心呈圓周均勻分布；所述定心裝置(13)位於底盤(2)的中心，包括一千斤頂和一定心軸，所述定心軸安裝於所述定心裝置中的千斤頂活塞上端，可以隨所述活塞一起上升或下降。優選地，所述託盤(4)與底盤(2)具有相同的中心軸，所述託盤(4)的中心設一通孔。優選地，所述定心裝置中的千斤頂是手動或電動的液壓千斤頂。優選地，所述升降裝置中的千斤頂是自鎖型同步千斤頂。優選地，所述自鎖型同步千斤頂是液壓自鎖同步千斤頂。優選地，所述液壓自鎖同步千斤頂是電動液壓自鎖同步千斤頂。在本實用新型中，測試臺中的升降裝置(12)可以方便託盤(4)的多次反覆升降，便於被測物體的安放與裝卸，並可在非測試狀態時固定和安放託盤(4)，延長擺線(6)和傳感器(10)的使用壽命；定心裝置(13)可以保證託盤(4)僅做繞中心鉛垂軸線的純扭擺振動，而不發生混擺或圓錐擺運動，提高測量精度和測量效率。

圖1為本實用新型實施例中的三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺。圖2為本實用新型實施例中三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的支架。圖3為本實用新型實施例中三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的振擺系統。圖4為本實用新型實施例中三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的平衡系統。圖5a和圖5b為本實用新型實施例中三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的託盤示意圖。圖6為本實用新型實施例中三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的託盤升降及定心裝置。I立柱加強板；2底盤；3託盤加強筋；4託盤；5配重塊；6擺線；7起重梁加強板；8立柱；9起重梁；10傳感器；11頂盤；12升降裝置；13定心裝置；14託盤參考標識；15託盤圓形通孔。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。本實用新型中的三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺主要包括四個部分:支架、振擺系統、主動平衡系統、託盤升降及定心裝置。一:三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的支架三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的支架包括底盤2、立柱8、起重梁9和頂盤11。本實用新型中三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的支架底盤2呈放射狀，底盤結構以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊。支架頂盤11與底盤2類似，同樣呈放射狀，頂盤結構同樣以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊，為了給託盤升降裝置12預留安裝空間，頂盤延長邊相對於底盤延長邊位於中心三角形的相反側。例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側延伸，則頂盤中心三角形各邊是沿各邊長的右側延伸，如圖2所示。為了加強支架的穩定，底盤2中心正三角形邊長大於或等於頂盤11的中心正三角形邊長，且底盤外接圓半徑大於或等於頂盤外接圓半徑。底盤2和頂盤11是利用型材或槽鋼組成，連接方式可以採用焊接、鉚接、螺栓等。支架包括三根立柱8，立柱可以利用型材、鋼管或無縫鋼管經過截斷加工而成。每根立柱8兩端分別連接底盤中心三角形一個延長邊頂端和頂盤中心三角形一個延長邊頂端，每根立柱下端連接於底盤2中心三角形一個延長邊頂端，上端連接於頂盤11中心三角形對應延長邊頂端；立柱兩端可以通過焊接、鉚接或螺栓方式連接立柱加強板1，立柱兩端的加強板I與底盤2、頂盤11 的連接方式可以採用螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運輸；底盤外接圓半徑大於或等於頂盤外接圓半徑，三根立柱均垂直向上擺放或均向支架中心線(即底盤或頂盤的中軸線)傾斜一定角度，以保證本實用新型所述測試臺支架作為起吊被測剛體的支架時的穩定性，便於起吊被測剛體，也無需地腳螺栓固定。為了適應於大體積，大質量的複雜剛體的測量，立柱8長度範圍可以設置在1000^15000 mm之間；立柱向支架中心線的傾角範圍在0 30°之間。支架包括起重架，起重架是由三根相同長度的起重梁9兩端兩兩相連構成的正三角形結構，如圖1所示，其中兩兩連接方式可以是焊接、鉚接或螺栓等；三根起重梁分別位於三根立柱的兩兩之間，可利用型材(如:方鋼、工字鋼等)切斷而成，正三角形起重架上的每一頂點焊有一起重梁加強板7，與焊接於立柱中部的起重梁加強板7通過螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運輸；起重架位於底盤2與頂盤11之間，且平行於頂盤和頂盤，用於懸掛起重設備如手拉葫蘆或電動葫蘆(可以採用橋式電動葫蘆)，以便將被測剛體吊上託盤4或吊離託盤4。藉助於該支架，可以安裝三線擺振擺系統，可以安裝託盤4的升降裝置12，可以安裝被測剛體起吊裝置，同時該支架可以穩定地放置於水平地面而無需地腳螺栓固定。二:三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的振擺系統如圖3所示，三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的振擺系統包括三根擺線6、託盤4、託盤加強筋3。託盤4為圓盤，可以通過型材加工而成，例如用鋼板通過切割加工成的圓盤。託盤加強筋3固定於託盤下方，託盤加強筋3為等邊三角形結構，或者是與本實用新型中底盤結構或頂盤結構類似，即以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊。若為後者，託盤加強筋中心正三角形的三條延長邊相對於底盤中心正三角形的延長邊位於相反側，例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側延伸，則託盤加強筋中心三角形各邊是沿各邊長的右側`延伸。託盤加強筋3通過槽鋼等型材焊接而成。託盤加強筋3與其上的託盤4通過焊接或鉚接或螺栓剛性連接在一起，以增加託盤的翹曲剛度，提高測試精度。託盤加強筋3的懸點所在圓周的半徑等於或大於託盤4的外圓半徑，從而擴展測試臺可測試剛體的形體尺寸上限，同時又不用增大託盤的質量及其轉動慣量，進而擴展測試臺可測試剛體的質量下限。三根擺線6長度相等；擺線上端通過力傳感器10懸掛於三線擺測試臺的頂盤11的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，擺線下端懸掛於託盤4或託盤加強筋3的三個呈圓周均勻分布的下懸點上；三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。三根擺線上懸點所在圓半徑與下懸點所在圓半徑相等時，相較於上、下懸點半徑不等的情形，轉動慣量計算公式簡單，測量參數少，因而測量精度高。本實用新型中，可以在託盤上開鑿若干圓形通孔15(如圖3所示)，通孔是在以託盤中心點為圓心的圓周上均勻分布，以便在託盤剛度滿足要求的情況下，減輕託盤自身重量，從而擴展測試臺可測試剛體的質量下限。三:三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺的主動平衡系統主動平衡系統包括力傳感器10、配重塊5以及託盤參考標識14。如圖4所示，主動平衡系統中的力傳感器10共三隻，分別位於三根擺線的上端，擺線6通過力傳感器10剛性固定於頂盤11的三個呈圓周均勻分布的上懸點上。可利用力傳感器測量被測物體的質量。另外，由於在進行轉動慣量的測量時，需要滿足對心的要求，進而保證託盤在扭擺過程中質心僅做上下運動，而力傳感器則可在用於被測物體質量測量的同時，還用來判斷三根擺線拉力是否相等，當三隻力傳感器測量數值一致時，表明三根擺線拉力相同，滿足了對心的要求，而當三隻力傳感器測量數值不一致時，表明三根擺線拉力不同，託盤受力不均衡，不滿足對心要求，此時，可以進行被測物體的位置、配重塊的位置或大小的調整。其中，三個上懸點或下懸點所在圓的直徑為200-5000mm。主動平衡系統包括若干配重塊5，用於被測剛體在託盤4上因偏置，導致被測剛體不對心(三根擺線6拉力不相等)時，將合適的配重塊5放置於託盤4上，調整其位置，直至三根擺線6拉力相等，從而使被測剛體+配重塊5的質心與託盤中心共鉛垂線，滿足三線擺測試臺的對心要求。其中，託盤4上所放置的配重塊5的質心位置將通過託盤4上表面的參考標識點來確定。所述配重塊5是已知質量及繞其質心鉛垂軸的轉動慣量的任意形狀的質量塊，例如圓盤形質量塊，因其形體規則，其質心即其中心。繞其質心鉛垂軸的轉動慣量可直接基於理論公式計算，準確，精度高，從而確保三線擺的測試精度。圓盤形配重塊5中心可以開設一通孔(比如直徑20 mm),以便觀察並用記號筆標記其質心在託盤上的投 影點；圓盤形質量塊的外圓直徑和厚度因而質量可以任意設定，例如，外圓直徑250 mm、厚度約60 mm的20 kg質量塊,外圓直徑250 mm、厚度約30 mm的10kg質量塊,外圓直徑145 mm、厚度約40 mm的5 kg質量塊,外圓直徑95 mm、厚度約40 mm的2 kg質量塊；質量塊的形狀不僅僅限於圓盤形質量塊，還可以是圓臺形、立方體形等。託盤參考標識14是位於託盤表面的位置標識。如圖5a所示，託盤參考標識可以是標註在託盤表面的以託盤中心為原點的極坐標系141，以託盤中心為原點標識出多個不同半徑的圓環，基於此，可以確定託盤上任一點的位置信息，從而確定配重塊5的放置位置。可替換地，託盤參考標識也可以以託盤中心為圓心、不同半徑圓周上均勻分布的若干個標記點142,如圖5b所示,標記點為直徑1mm、深Imm的錐孔,標記點在不同半徑的圓周上均勻分布，每個圓周上分布的標記點個數點分別為四、八、十二等。託盤4上所放置的配重塊5的質量及其繞扭擺軸線的轉動慣量將從整個扭擺系統(即託盤加強筋3+託盤4+被測剛體+配重塊5)的質量及其繞扭擺軸線的轉動慣量中扣除。因為託盤加強筋3+託盤4的質量及繞扭擺軸線的轉動慣量可以預先獲得，此外，配重塊5的質量Ma及繞其質心鉛垂軸的轉動慣量Ja已知，配重塊5繞扭擺軸線的轉動慣量可由託盤參考標示所確定的配重塊質心投影點到託盤中心的距離r計算得到:Ja+Ma*r2，因而只需一次測試即可獲得被測剛體繞扭擺軸線的轉動慣量Jb，(即將測得的整個扭擺系統繞扭擺軸線的轉動慣量減去託盤加強筋、託盤、配重塊繞扭擺軸線的轉動慣量)，無需卸載被測剛體後再次專門測量配重塊的轉動慣量，以提高測試效率，縮短測試時間，減少誤差環節，提聞測量精度。四:三線扭擺法複雜剛體動力學參數測試臺託盤升降及定心裝置如圖6所示，升降及定心裝置包括升降裝置12、定心裝置13。[0056]升降裝置12，由三個千斤頂組成，三個千斤頂屬於同步千斤頂，分別安裝於三線擺測試臺的底盤2上，呈圓周均勻分布。千斤頂的類型可以根據需要靈活選擇，如自鎖型同步千斤頂、液壓自鎖同步千斤頂、電動液壓自鎖同步千斤頂等。定心裝置13包括一個千斤頂，千斤頂活塞上端安裝一定心軸，可以隨活塞一起上升或下降。定心軸上端有5x5倒角，起擺前定心軸隨活塞上升穿過託盤4的中心孔使託盤定位，以便於託盤起擺；起擺後落下定心軸以消除其與託盤4中心孔壁間的摩擦，減小扭擺振動的阻尼，提高周期測量精度。其中，定心裝置可以是手動或電動的液壓千斤頂；相應地，在三線擺測試臺振擺系統中的託盤4的中心設一通孔，以便穿入上述的定心軸，保證託盤僅繞中心鉛垂軸線做純扭擺振動，而不會出現混擺或圓錐運動，確保周期測量精度。儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用·新型的範圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求1.一種三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，所述測試臺包括測試臺底盤(2)、擺線(6)和託盤(4)，其特徵在於，所述測試臺底盤(2)上設置有升降裝置(12)和定心裝置(13); 所述升降裝置(12)包括三個千斤頂，所述三個千斤頂以底盤(2)的中心為圓心呈圓周均勻分布； 所述定心裝置(13)位於底盤(2)的中心，包括一千斤頂和一定心軸，所述定心軸安裝於所述定心裝置中的千斤頂活塞上端，可以隨所述活塞一起上升或下降。
2.如權利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特徵在於，所述託盤(4)與底盤(2)具有相同的中心軸，所述託盤(4)的中心設一通孔。
3.如權利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特徵在於，所述定心裝置中的千斤頂是手動或電動的液壓千斤頂。
4.如權利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特徵在於，所述升降裝置中的千斤頂是自鎖型同步千斤頂。
5.如權利要求4所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特徵在於，所述自鎖型同步千斤頂是液壓自鎖同步千斤頂。
6.如權利要求5所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特徵在於，所述液壓自鎖同步千斤頂是 電動液壓自鎖同步千斤頂。
專利摘要本實用新型提出一種三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，所述測試臺包括測試臺底盤、擺線和託盤，其特徵在於，所述測試臺底盤上設置有升降裝置和定心裝置；所述升降裝置包括三個千斤頂，所述三個千斤頂以底盤的中心為圓心呈圓周均勻分布；所述定心裝置位於底盤的中心，包括一千斤頂和一定心軸，所述定心軸安裝於所述定心裝置中的千斤頂活塞上端，可以隨所述活塞一起上升或下降。本實用新型中測試臺的升降裝置可以方便託盤的多次反覆升降，便於被測物體的安放與裝卸，並可在非測試狀態時固定和安放託盤，延長擺線和傳感器的使用壽命；定心裝置可以保證託盤僅做繞中心鉛垂軸線的純扭擺振動，而不發生混擺或圓錐擺運動，提高測量精度和測量效率。
文檔編號G01M1/10GK203116911SQ20132008501
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者範讓林 申請人:北京科技大學