CN102213633A

CN102213633A - 用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构

Info

Publication number: CN102213633A
Application number: CN 201110061315
Authority: CN
Inventors: 卢志辉; 游广飞; 薄悦; 孙志扬; 费星如; 葛静; 张伟伟
Original assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: CN102213633B

Abstract

一种用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构，所述测量机构包括在其中心部位设置Y向旋转轴的机座，安装在Y向旋转轴下端的用于实现Y向旋转轴进行周期摆动的扭杆机构，安装在Y向旋转轴上端的支撑托板，安装在支撑托板上方的水平横梁，通过对称设置在水平横梁中部两侧的支撑架以及做周期摆动的Z向中心扭杆机构安装在水平横梁上的惯量支架；在水平横梁底面与机座顶面之间设置的多组称重传感器以及升降机构；在所述惯量支架上设有由旋转驱动装置驱动其转动的左、右支撑滚轮，以及安放在左、右支撑滚轮上的辅助X轴向做周期摆动的左支撑滚道、右支撑滚道；在惯量支架左端通过连接件设置有做周期摆动的X向中心扭杆机构。

Description

用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构

技术领域

本发明涉及一种测量设备，具体说是涉及一种用于测量带翼飞行体的质量、三维质心和三维转动惯量的用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构。

背景技术

物体的质量、三维质心和三维转动惯量的测量多用于各类飞行物体的质量特性参数测量，这些参数的准确测量为物体飞行姿态模拟和理论计算提供重要的基础参数，同时这些参数也是航空航天、武器系统、工程机械等领域许多零部件和产品的重要评价参数。

目前，物体质量的测量多采用三个以上的称重传感器直接测量，取所有的传感器读数之和即可。质心的测量方式依据被测对象的外形、测量精度要求，采用的测量方式差异很大，主体结构部分包括立式、卧式、传感器直接测量、刀口结构、旋转传感器结构等等。与本发明结构相近的属于卧式结构，其横向质心y_c和z_c的测量通过滚轮旋转驱动产品转动进行动态测量而得到，轴向质心x_c的测量是由称重传感器读数和几何尺寸直接计算得到的。

当前三维转动惯量的测量是通过水平工装和竖直工装来改变被测产品相对于测量设备的姿态实现的，一般需要2-3套工装共同完成，分别由1-2套水平工装测量Jy和Jz，竖直工装测量Jx。

卧式结构对于圆柱体外形的被测产品，可以通过上述方法进行三维质心和三维转动惯量测量，只是对于转动惯量测量时需要2-3套工装和产品多次吊装，造价高，效率低。尤其是对于带翼飞行体或复杂外形体测量的情况下，物体改变姿态时效率很低，而且Jy、Jz、Jx的测量转换显得尤为繁琐，由于无法由滚轮驱动，其质心测量也需2套工装和2次吊装，此时要实现一次吊装装卡完成全部三维测量，必须在一套工装上实现三维转动惯量的测量，而且避免物体变换姿态测量。

综上所述，目前通过一次吊装可以实现三维质心和一维转动惯量的测量，但若是要进行三维质心和三维转动惯量的测量，至少要两套工装才能完成，并且需要进行工装的起吊转换，产品的重新放置定位，这样不但操作繁琐而且费时费工。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构。

本发明的目的可采用下述技术措施来实现：

本发明的用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构包括在其中心部位设置Y向旋转轴的机座，安装在Y向旋转轴下端的用于实现Y向旋转轴进行周期摆动的扭杆机构，安装在Y向旋转轴上端的支撑托板，安装在支撑托板上方的水平横梁，通过对称设置在水平横梁中部两侧的支撑架以及做周期摆动的Z向中心扭杆机构安装在水平横梁上的惯量支架；在水平横梁底面与机座顶面之间环绕支撑托板周边设置的多组称重传感器以及用于质心、转动惯量测量转换的升降机构；在所述惯量支架上设有由旋转驱动装置(测量横向质心时所需的装置)驱动其转动的左、右支撑滚轮，以及安放在左、右支撑滚轮上的辅助X轴向做周期摆动的左支撑滚道、右支撑滚道；在惯量支架左端通过连接件以与左支撑滚道共轴线、与Z向中心扭杆机构轴线相垂直的方式设置有做周期摆动的X向中心扭杆机构；用于驱动支撑托板摆动的惯量拨动机构通过拨杆与支撑托板相结合；在X向中心扭杆机构与惯量支架之间设置有用于测量绕X向中心扭杆机构摆动的X向周期测量装置；在支撑托板与机座之间设置有用于测量支撑托板绕Y向转轴摆动的周期测量装置；在支撑托板与惯量支架之间设置有用于测量绕Z向中心扭杆机构中的Z向旋转轴摆动的Z向周期测量装置；在支撑托板与惯量支架之间设置有用于限制惯量支架绕Z向旋转轴作摆动运动的仰俯定位机构。

本发明在所述支撑托板与水平横梁之间设置有用于实现质心与惯量状态相互切换的垫板。

本发明的所述的X向中心扭杆机构、Z向中心扭杆机构结构相同；包括支撑座、安装在支撑座端部的轴承盖，通过轴承安装在支撑座中心轴孔内的中空柱形结构的旋转轴，穿装在旋转轴中空腔内的用于转动惯量测量的弹性元件中心扭杆；所述中心扭杆的一端与轴承盖相固接，另一端通过以螺纹连接方式旋装在旋转轴中空腔端口内的螺柱以及与螺柱内锥孔相配合的套装在中心扭杆端部的锥套型结构的固定夹与旋转轴相连接。

其中：所述X向中心扭杆机构的右端通过与轴承盖相结合的连接柱与左支撑滚道相连接；所述X向中心扭杆机构的左端通过固定套装在旋转轴上的固定支座和连接杆件固定在惯量支架的左端。

所述Z向中心扭杆机构以对称设置的方式安装在水平横梁中部两侧的支撑架上，一端通过轴承盖与惯量支架连接，另一端通过固定套装在旋转轴上的固定支座与相应侧的支撑架相结合。

本发明以机座、惯量支架为基础，通过安装在机座台面上的四组称重传感器组件、液压升降机构和垫板，可使转动惯量测量状态与质心测量状态进行相互切换，同时惯量支架依据测量需要进行转动惯量测量状态（扇形摆动状态）质心测量状态（旋转状态）进行相互切换。在质心测量状态下，根据四组称重传感器读数和几何尺寸，即可直接计算出轴向质心x_c，而横向质心y_c和z_c的测量是由驱动装置带动支撑滚轮及其上方的支撑滚道周向旋转带动产品旋转进行动态采集一组数据，并采用特殊的数学处理手段求得的。产品的质量可直接根据四组称重传感器读数求出。在转动惯量测量状态下，首先通过Y向旋转轴的圆周摆动进行Jy转动惯量测量，固定惯量支架，通过X向旋转轴的圆周摆动完成Jx转动惯量测量，通过Z向旋转轴的圆周摆动完成Jz转动惯量测量。至此就完成了质量、三维质心和三维转动惯量的测量。

本发明的有益效果如下：

由于本发明将三维质心测量和三维转动惯量测量，在设计上采取三轴的惯量支架结构，并在惯量支架结构上设计了能够进行整周旋转和扇形圆周摆动的转换机构，从而实现一次吊装完成所有项目的测量内容的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的俯视图。

图4为去掉惯量支架4后的俯视图。

图5为中心扭杆机构。

图中序号：1机座，2 Y向旋转轴，3 支撑托板，4 惯量支架，5 X向中心扭杆机构，6固定夹，7旋转轴（中空柱形结构的旋转轴），8 中心扭杆，9升降机构，10称重传感器，11驱动装置，12绕X向转轴摆动周期测量装置，13绕Y向转轴摆动周期测量装置，14 绕Z向转轴摆动周期测量装置，15垫板， 16拨动组件，17右支撑滚道，18右支撑滚轮，19仰俯定位机构 20 Z向中心扭杆机构，21螺柱，22 轴承盖，23 轴承，24 支撑座，25 固定支座，26 左支撑滚道，27 左支撑滚轮。

图6为安装在Y向旋转轴下端的用于实现Y向旋转轴进行周期摆动的扭杆机构结构图。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1、图2、图3所示，本发明的用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构包括在其中心部位设置Y向旋转轴2的机座1，安装在Y向旋转轴下端的用于实现Y向旋转轴2进行周期摆动的扭杆机构，安装在Y向旋转轴上端的支撑托板3，安装在支撑托板上方的水平横梁，通过对称设置在水平横梁中部两侧的支撑架以及做周期摆动的Z向中心扭杆机构20安装在水平横梁上的惯量支架4；在水平横梁底面与机座1顶面之间环绕支撑托板周边设置的多组称重传感器10以及用于质心、转动惯量测量转换的升降机构9（参见图4）；在所述惯量支架4上设有由旋转驱动装置11（测量横向质心时所需的装置）驱动其转动的左、右支撑滚轮27、18，以及安放在左、右支撑滚轮上的辅助X轴向做周期摆动的左支撑滚道26、右支撑滚道17；在惯量支架4左端通过连接件以与左支撑滚道26共轴线、与Z向中心扭杆机构轴线相垂直的方式设置有做周期摆动的X向中心扭杆机构5；用于驱动支撑托板3摆动的惯量拨动机构16通过拨杆与支撑托板相结合；在X向中心扭杆机构与惯量支架4之间设置有用于测量绕X向中心扭杆机构摆动的X向周期测量装置12设置；在支撑托板3与机座1之间设置有用于测量支撑托板3绕Y向转轴摆动的周期测量装置13；在支撑托板3与惯量支架4之间设置有用于测量绕Z向中心扭杆机构中的Z向旋转轴8摆动的Z向周期测量装置14；在支撑托板3与惯量支架4之间设置有用于限制惯量支架4绕Z向旋转轴8作摆动运动的仰俯定位机构19。

本发明在所述支撑托板3与水平横梁之间设置有用于实现质心与惯量状态相互切换的垫板15（即惯量测量时通过液压升降机构9顶起惯量支架4，在支撑托板3上装入垫板15，而后降落液压升降机构9，使惯量支架完全落在支撑托板3的垫板15上，便将测量机构由质心状态切换到了惯量测量状态；质心测量时则是通过液压升降机构9顶起惯量支架4，撤除垫板15，而后通过液压升降机构9将惯量支架4完全落在四组称重传感器10上便可进行质心测量）。

如图5所示，本发明的所述的X向中心扭杆机构5、Z向中心扭杆机构20结构相同；包括支撑座24、安装在支撑座端部的轴承盖22，通过轴承23安装在支撑座24中心轴孔内的中空柱形结构的旋转轴7，穿装在旋转轴中空腔内的用于转动惯量测量的弹性元件中心扭杆8；所述中心扭杆的一端与轴承盖22相固接，另一端通过以螺纹连接方式旋装在旋转轴中空腔端口内的螺柱21以及与螺柱内锥孔相配合的套装在中心扭杆端部的锥套型结构的固定夹6与旋转轴7相连接。

其中：所述X向中心扭杆机构5的右端通过与轴承盖22相结合的连接柱与左支撑滚道26相连接；所述X向中心扭杆机构5的左端通过固定套装在旋转轴7上的固定支座25和连接杆件固定在惯量支架4的左端。

所述Z向中心扭杆机构20以对称设置的方式安装在水平横梁中部两侧的支撑架上，一端通过轴承盖22与惯量支架4连接，另一端通过固定套装在旋转轴7上的固定支座25与相应侧的支撑架相结合。

如图6所示：用于实现Y向旋转轴进行周期摆动的扭杆机构结构包括支撑座1'，安装在支撑座底部的用于固定中心扭杆的连接盘2'，通过设置在支撑座上下端的轴承以与支撑座共轴线的方式安装在支撑座内的中空柱形结构的旋转轴7'，穿装在旋转轴中空柱腔内的用于转动惯量测量的弹性元件中心扭杆6'；所述中心扭杆的上端通过以螺纹连接方式旋装在旋转轴的上端口内的螺柱10'以及与螺柱内锥孔相配合的套装在中心扭杆端部的锥套型结构的固定夹11'与旋转轴的上端口相结合，所述中心扭杆的下端竖直向下延伸至连接盘2'的中心孔内，并通过以螺纹连接方式旋装在连接盘2'中心孔内的螺柱4'以及与螺柱内锥孔相配合的套装在中心扭杆端部的锥套型结构的固定夹5'与连接盘2'的中心孔相结合；更具体讲，所述的锥套型结构的固定夹5'为开口式结构；设置在支撑座上下端的轴承通过轴承盖3'、9'加以固定限位；所述的螺柱4'的一端设置有内六方或四方沉孔，另一端加工有内锥孔，且该内锥孔与锥套型结构的固定夹5'相配合，这一结构可以快速的实现中心扭杆与旋转轴的紧固或松开。

本发明的工作原理如下：

质量测量：将产品装卡于左右支撑滚道上并定位吊装在惯量支架4上，通过以一定几何形状分布在机座1上的四个用于测量质心的称重传感器10，直接测量出产品的重量G，G=w1+w2+w3+w4，式中w1、w2、w3、w4分别为四组称重传感器10的实际读数。由物理公式m=G/g，式中m-产品质量，G-产品重量，g-常数取为9.8 N/kg。

质心测量：包括横向质心y_c、z_c和轴向质心x_c的测量，通过液压升降机构9和撤除垫板15将惯量支架4切换到质心测量状态，即：惯量支架放置在以一定几何形状分布的三组称重传感器10上，而与惯量支架以外的其它部件全部脱开。根据四组称重传感器10读数和几何尺寸，即可直接计算出轴向质心x_c，而横向质心y_c和z_c的测量是由驱动装置带动X向旋转轴作周向旋转带动产品旋转并进行动态采集一组数据，对此数据采用特殊的数学处理手段求得的。

转动惯量测量：包括横向转动惯量Jy、Jz和轴向转动惯量Jx的测量，通过液压升降机构9顶起惯量支架4，在支撑托板3上装入垫板15；而后降落液压升降机构9，使惯量支架完全落在支撑托板3的垫板15上，便将测量机构由质心状态切换到了惯量测量状态。通过惯量拨动组件16驱动支撑托板3发生摆动，支撑托板3连接于Y向旋转轴2，Y向旋转轴2作用于支撑座内，支撑座与机座1通过螺栓连接，Y向旋转轴2下端与扭杆及夹持机构连接，扭杆及夹持机构可使惯量支架4在支撑托板3上通过Y向旋转轴2行周期摆动，其摆动的周期可由主周期测量装置13测得；然后固定惯量支架以及通过仰俯定位机构限制支架在Z向旋转轴的周向摆动，此时惯量支架只在沿X向旋转轴周向做摆动，其摆动的周期可由周期测量装置12测得，释放仰俯定位机构，惯量支架可在沿Z向旋转轴周向摆动，其摆动的周期可由周期测量装置14测得。

至此，当产品通过左右支撑滚道装卡在惯量支架4上时，其质量、三维质心和三维转动惯量的测量根据上述操作方法，便可以实现一次吊装完成所有项目的测量。

Claims

1.一种用于实现带翼飞行体质量特性的三维测量机构，其特征在于：所述测量机构包括在其中心部位设置Y向旋转轴（2）的机座（1），安装在Y向旋转轴下端的用于实现Y向旋转轴（2）进行周期摆动的扭杆机构，安装在Y向旋转轴上端的支撑托板（3），安装在支撑托板上方的水平横梁，通过对称设置在水平横梁中部两侧的支撑架以及做周期摆动的Z向中心扭杆机构（20）安装在水平横梁上的惯量支架（4）；在水平横梁底面与机座（1）顶面之间环绕支撑托板周边设置的多组称重传感器（10）以及用于质心、转动惯量测量转换的升降机构（9）；在所述惯量支架（4）上设有由旋转驱动装置（11）驱动其转动的左、右支撑滚轮（27、18），以及安放在左、右支撑滚轮上的辅助X轴向做周期摆动的左支撑滚道（26）、右支撑滚道（17）；在惯量支架（4）左端通过连接件以与左支撑滚道（26）共轴线、与Z向中心扭杆机构轴线相垂直的方式设置有做周期摆动的X向中心扭杆机构（5）；用于驱动支撑托板（3）摆动的惯量拨动机构（16）通过拨杆与支撑托板相结合；在X向中心扭杆机构与惯量支架（4）之间设置有用于测量绕X向中心扭杆机构摆动的X向周期测量装置（12）；在支撑托板（3）与机座（1）之间设置有用于测量支撑托板（3）绕Y向转轴摆动的周期测量装置（13）；在支撑托板（3）与惯量支架（4）之间设置有用于测量绕Z向中心扭杆机构中的Z向旋转轴（8）摆动的Z向周期测量装置（14）；在支撑托板（3）与惯量支架（4）之间设置有用于限制惯量支架（4）绕Z向旋转轴（8）作摆动运动的仰俯定位机构（19）。

2.根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于：在所述支撑托板（3）与水平横梁之间设置有用于实现质心与惯量状态相互切换的垫板（15）。

3.根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于：所述的X向中心扭杆机构（5）、Z向中心扭杆机构（20）结构相同；包括支撑座（24）、安装在支撑座端部的轴承盖（22），通过轴承（23）安装在支撑座（24）中心轴孔内的中空柱形结构的旋转轴（7），穿装在旋转轴中空腔内的用于转动惯量测量的弹性元件中心扭杆（8）；所述中心扭杆的一端与轴承盖（22）相固接，另一端通过以螺纹连接方式旋装在旋转轴中空腔端口内的螺柱（21）以及与螺柱内锥孔相配合的套装在中心扭杆端部的锥套型结构的固定夹（6）与旋转轴（7）相连接。

4.根据权利要求3所述的测量机构，其特征在于：所述X向中心扭杆机构（5）的右端通过与轴承盖（22）相结合的连接柱与左支撑滚道（26）相连接；所述X向中心扭杆机构（5）的左端通过固定套装在旋转轴（7）上的固定支座（25）和连接杆件固定在惯量支架（4）的左端。

5.根据权利要求3所述的测量机构，其特征在于：所述Z向中心扭杆机构（20）以对称设置的方式安装在水平横梁中部两侧的支撑架上，其一端通过轴承盖（22）与惯量支架（4）连接，另一端通过固定套装在旋转轴（7）上的固定支座（25）与相应侧的支撑架相结合。