CN100464169C - 气浮式转动惯量实验台 - Google Patents

Abstract

一种气浮式转动惯量实验台。主要由框架，转盘，气浮机构和提升机构组成，长方体框架为中空铁管，框架顶面固定一台面，台面上安装固定转轴的气浮式转盘，转盘底部配装有光电耦合器，台面上开有多个通孔，风机提供气流通过空气分配过滤器连接节流管，与台面的通孔相连通，形成气浮式结构，台面侧面安装滑轮，滑轮的轮槽内装丝线，一端连接到转盘的豁口处，另一端连接重锤，右侧板上安装一行程开关，台面上安装门形支撑架，在其横梁上、正对转盘中心处安装提升机构，下端连接有起重电磁铁，控制器和风机、锁定电磁铁、起重电磁铁、光电耦合器以及行程开关相连。本发明采用了固定转动轴的气浮技术，减小了系统的摩擦，并采用电子控制，提高了精度。

Description

气浮式转动惯量实验台

技术领域

本发明涉及一种测量物体转动惯量的装置，具体的说是一种气浮式转动惯量实验台，该装置设有一个固定转轴的气浮式转盘。

背景技术

目前，国内测量物体转动惯量的方法主要是利用测扭摆摆动周期的振动方法。测量仪器有三线摆，单丝扭摆和用蜗卷弹簧为弹性元件、带有固定转动轴的扭摆。还有一种根据刚体绕定轴转动的力学理论制成的由转轴支承的转动惯量实验仪。三线摆和单丝扭摆无固定中心转轴，稳定性差，而有固定转轴的装置在推力轴承处要产生摩擦，这些都影响了测量的精度。以上设备由于方法单一，或承载能力较弱，以及无法选择转动中心，使实验范围受到了限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，设计合理的测量物体转动惯量的装置，并且可以减小系统的摩擦，提高测量精度，克服以上提到的现有技术的缺点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：十二根空心铁管同处于一长方体的十二条棱边上，各铁管内部相通，组成一长方体框架，下方四角安装有四个可调支撑脚，框架的前、后、左、右四面分别安装前侧板、后侧板、左侧板、右侧板，前后左、右侧板与各铁管保持距离，框架顶面固定一台面，中心开一微型轴承孔，安装有一微型轴承，芯轴插接在轴承内圈，垂直于芯轴，在台面上安装一圆形转盘，其侧面开槽，槽边上开有豁口，转盘底面中心开有通孔，和芯轴插接，转盘开有两个中心对称的插孔，台面上安装一个锁定电磁铁，其衔铁吸合时与插孔插接，转盘底部开有齿带，并安装有光电耦合器，正对转盘，台面上开有多个通孔，形成圆形阵列，框架内装一风机，风机出口与框架上部铁管相通，下部铁管通过冷却风出口与空气分配过滤器相连通，空气分配过滤器的出口均布多个节流管，分别与台面的通孔相连通，台面侧面安装一支撑板，滑轮安装在支撑板上，滑轮的轮槽内装丝线，一端连接到转盘的豁口处，丝线下端连接有重锤，正对重锤，右侧板上安装一行程开关，垂直于台面，横跨转盘安装一门形支撑架，在其横梁上、正对转盘中心处安装一提升机构，下端连接有起重电磁铁，控制器通过导线和风机、锁定电磁铁、起重电磁铁、光电耦合器以及行程开关相连。

本发明的优点是：

由于本发明采用了有固定转动轴的气浮技术，设有一个定转轴的气浮式转盘，减小了系统的摩擦，并采用了电磁锁紧与释放，光电测速，自动数据采集等一系列先进技术，稳定性好，承载能力强，操作方便，确保了测量的精度，便于测量大质量和不规则形状物体的转动惯量。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1中A部分的局部放大图；

图3是图1中B部分的局部放大图；

图4是图1的俯视图；

图5是图1的左视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

由图1一图5可知，本发明主要由框架，转盘，气浮机构和提升机构组成，十二根空心铁管同处于一长方体的十二条棱边上，各铁管内部相通，组成一长方体框架1，下方四角安装有四个可调支撑脚2，可以调整整个台面的水平。框架1的前、后、左、右四面分别安装前侧板3、后侧板4、左侧板5、右侧板6，并与各铁管保持距离，起到通风的作用。框架1顶面固定一大理石台面7，中心开一微型轴承孔，配装有一微型轴承8，芯轴9与轴承8内圈紧密配合，垂直于芯轴9，在台面7上安装一圆形转盘10，其侧面开槽，槽边上开有豁口28，转盘10底面中心开有通孔，和芯轴9配合，转盘10开有两个中心对称的插孔，台面7上安装一个锁定电磁铁11，其衔铁吸合时与插孔配合，用于锁定或释放转盘10。转盘10底部开有齿带12，并配装有光电耦合器13，二者配合可以实现光电测速，精度较高。正对转盘10，台面7上开有多个通孔，形成圆形阵列。框架1内装一风机14，风机产生空气气流。风机出口15与框架1上部铁管相通，下部铁管通过冷却风出口16与空气分配过滤器17相连通。这种结构强制空气通过框架1，使空气温度降低，以消除温度对转盘10的影响。空气分配过滤器17的出口均布多个节流管18，分别与台面7的通孔相连通。由风机14产生气流到空气分配过滤器17，再到通孔，这就形成了大气隙结构的气浮推力轴承，减小了空气粘滞的影响。

台面7侧面安装一支撑板19，滑轮20安装在支撑板19上，滑轮20的轮槽内装丝线21，一端由一螺钉卡在转盘10的豁口28处，丝线21下端连接有重锤22，正对重锤22，右侧板6上安装一行程开关23。重锤22撞击行程开关23，发出信号，则可由控制器27记录重锤22下落时间。

垂直于台面7，横跨转盘10安装一门形支撑架24，在其横梁上、正对转盘10中心处安装一提升机构25，下端连接有起重电磁铁26。控制器27安装在台面7上，通过导线和风机14、锁定电磁铁11、起重电磁铁26、光电耦合器13以及行程开关23相连。

下面简述其工作原理。

本发明可以用两种方法测量物体的转动惯量。当使用第1种方法测试时，需撤下重锤22及相连的丝线21，将具有导磁性的被测物体放于转盘10的中心位置。打开电源，气浮式转盘10脱离台面7浮起。松开提升机构25使起重电磁铁26下移至物体表面，由控制器27控制起重电磁铁26吸合物体，然后扳动提升机构25使物体刚好离开转盘10。锁定电磁铁11可以锁定或释放转盘10，此时要由控制器27使其受激励，将转盘释放。手动拨动转盘10使其获得一定转速。由光电耦合器13和齿带12可以测出转盘10的瞬时速度。控制器27控制起重电磁铁26释放物体，使物体放于转盘10上，此时物体随转盘10一同转动，控制器27同时也记录下了物体下落后的转盘10的速度。由于转盘10的转动惯量已知，由物体下落前后的转盘10的速度，便可求得被测物体的转动惯量。当使用第2种方法测试时，需使用丝线21、行程开关23和重锤22。由控制器切换方式，将转盘10转到锁定位置后，锁定电磁铁11将其锁定。将连接重锤22的丝线21绕在气浮式转盘10上，将被测物体的转动中心放置于转盘10的旋转中心，记录下重锤22距行程开关23的距离。锁定电磁铁11释放转盘10，转盘10在重锤22的重力作用下开始加速转动，在重锤22撞击行程开关23的瞬间，控制器27记录下转盘10的转速和下落时间。由转盘10的转速，重锤22的重量，下落的距离及时间可求得物体的转动惯量。

Claims (1)

1.一种气浮式转动惯量实验台，主要由框架，转盘，气浮机构和提升机构组成，其特征在于：十二根空心铁管同处于一长方体的十二条棱边上，各铁管内部相通，组成一长方体框架(1)，下方四角安装有四个可调支撑脚(2)，框架(1)的前、后、左、右四面分别安装前侧板(3)、后侧板(4)、左侧板(5)、右侧板(6)，前、后、左、右侧板(3)、(4)、(5)、(6)与各铁管保持距离，框架(1)顶面固定一台面(7)，中心开一微型轴承孔，安装有一微型轴承(8)，芯轴(9)插接在轴承(8)的内圈，垂直于芯轴(9)，在台面(7)上安装一圆形转盘(10)，其侧面开槽，槽边上开有豁口(28)，转盘(10)底面中心开有通孔，和芯轴(9)插接，转盘(10)开有两个中心对称的插孔，台面(7)上安装一个锁定电磁铁(11)，其衔铁吸合时与插孔插接，转盘(10)底部开有齿带(12)，并安装有光电耦合器(13)，正对转盘(10)，台面(7)上开有多个通孔，形成圆形阵列，框架(1)内装一风机(14)，风机出口(15)与框架(1)上部铁管相通，下部铁管通过冷却风出口(16)与空气分配过滤器(17)相连通，空气分配过滤器(17)的出口均布多个节流管(18)，分别与台面(7)的通孔相连通，台面(7)侧面安装一支撑板(19)，滑轮(20)安装在支撑板(19)上，滑轮(20)的轮槽内装丝线(21)，一端连接到转盘(10)的豁口(28)处，另一端连接有重锤(22)，正对重锤(22)，右侧板(6)上安装一行程开关(23)，垂直于台面(7)，横跨转盘(10)安装一门形支撑架(24)，在其横梁上、正对转盘(10)中心处安装一提升机构(25)，下端连接有起重电磁铁(26)，控制器(27)通过导线和风机(14)、锁定电磁铁(11)、起重电磁铁(26)、光电耦合器(13)以及行程开关(23)相连。

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