CN102507091A - 物体质心位置测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器或结构部件的静态平衡的测试装置与方法，进一步涉及物体质心位置的测定。本发明提供了一种操作简便的物体质心测量装置和方法。物体质心位置测量装置，包括：水平悬空放置的圆盘；圆盘中心处有1个矩形通孔；位于矩形通孔内的翻板；位于圆盘外缘处的3根吊索；与吊索另一端相连接的支架；位于每根吊索上的拉力传感器。本发明原理简单，易于控制，便于操作，适用大多数复杂的动力设备。

Description

物体质心位置测量装置与方法

技术领域

本发明涉及机器或结构部件的静态平衡的测试装置与方法，进一步涉及物体质心位置的测定。

背景技术

物体质心位置是机械设计中的一个重要物理参量，特别是对于复杂、不规则形状的物体，其质心位置是很难依靠观察来获得，必须借助测试手段，现有技术中的测试物体质心的手段比较复杂也比较不利于大部件的测量，因此，急需一种简便的物体质心测量装置和方法。

发明内容

本发明提供了一种操作简便的物体质心测量装置和方法。对于质量超过500kg，外形尺寸超过1.5m的大型动力设备有更加明显的优势。

本发明所采用的技术方案如下：

物体质心位置测量装置，包括：水平悬空放置的圆盘；圆盘中心处有1个矩形通孔；位于矩形通孔内的，与矩形通孔外形相同的翻板，翻板对称的两个侧面中心位置与对应的圆盘矩形通孔侧面的中心位置铰接，所述翻板可沿铰接处相对于圆盘进行任意角度的翻转，所述翻板用于盛放被测物体；位于圆盘外缘处、等距离分布且垂直于圆盘的3根吊索，其中2条吊索的连线平行于翻板铰接处的连线；与吊索另一端相连接的支架；位于每根吊索上的拉力传感器。

所述矩形通孔外形优选正方形，所述翻板外形优选正方形。

作为进一步优选方案，还包括：位于每根吊索上的绳索长度调节装置。

在上述装置上实现物体质心位置测量方法，定义：三根绳索分别为第一绳索、第二绳索、第三绳索，其对应的拉力传感器分别为第一拉力传感器、第二拉力传感器、第三拉力传感器，在圆盘上，三根绳索与圆盘的结点分别定义为第一结点、第二结点、第三结点，第二结点与第三结点连线平行于翻板铰接处的连线，第二结点与第三结点连线的中点为坐标原点O，第二结点与点三结点的连线且指向第三结点方向为X轴方向，圆盘圆心距离X轴的距离定义为a，第一结点距离X轴的距离定义为b，第二结点或第三结点距离坐标原点的距离定义为c；坐标原点O与第一结点连线且指向第一结点方向为Y轴方向，通过坐标原点O的垂直向上方向为Z轴方向，圆盘的质量定义为M，测量地点的重力加速度定义为g，翻板的旋转角度定义为θ；步骤包括：

步骤一：调整圆盘，使其保持水平；

步骤二：调整翻板，确保θ＝0；

步骤三：将被测物体置于翻板上；

步骤四：读取此时第一拉力传感器读书F₁₁、第二拉力传感器读书F₁₂、第三拉力传感器读书F₁₃；

步骤五：将翻板沿OY方向铰接处旋转θ；

步骤六：读取此时第一拉力传感器读书F₂₁、第二拉力传感器读书F₂₂、第三拉力传感器读书F₂₃；

测量结果：设被测物体质心距离被测物体坐标原点在X、Y、Z方向上的距离分别为X₀、Y₀、Z₀，

$X_0=\frac{(F_{13}-F_{12})*c}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Y_0=\frac{F_{12}*b-\mathrm{Mg}*a}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Z_0=\frac{(F_{23}-F_{22})*c*(1-\cos \mathrm{\θ})}{(F_{21}+F_{22}+F_{23}-\mathrm{Mg})*\sin \mathrm{\θ}}.$

当在每根吊索上安装绳索长度调节装置后，步骤包括：

步骤一：在翻板上不放置任何物体，读取此时第一拉力传感器读书F₀₁、第二拉力传感器读书F₀₂、第三拉力传感器读书F₀₃，如果F₀₁＝F₀₂＝F₀₃，则转步骤三，否则转步骤二；

步骤二：调整相应的绳索长度调节装置；

步骤三：调整翻板，确保θ＝0；

步骤四：将被测物体置于翻板上；

步骤五：读取此时第一拉力传感器读书F₁₁、第二拉力传感器读书F₁₂、第三拉力传感器读书F₁₃；

步骤六：将翻板沿铰接处旋转θ；

步骤七：读取此时第一拉力传感器读书F₂₁、第二拉力传感器读书F₂₂、第三拉力传感器读书F₂₃；

测量结果：设被测物体质心距离被测物体坐标原点在X、Y、Z方向上的距离分别为

X₀、Y₀、Z₀，

$X_0=\frac{(F_{13}-F_{12})*c}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Y_0=\frac{F_{12}*b-\mathrm{Mg}*a}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Z_0=\frac{(F_{23}-F_{22})*c*(1-\cos \mathrm{\θ})}{(F_{21}+F_{22}+F_{23}-\mathrm{Mg})*\sin \mathrm{\θ}}.$

本发明原理简单，易于控制，便于操作，适用大多数复杂的动力设备。

附图说明

图1是实施例的示意图。图中1代表支架，2代表拉力传感器；3代表被测物体，4代表吊索，5代表绳索长度调节装置，6代表圆盘，7代表电荷放大器，8代表计算机，10代表翻板。

图2是实施例中的水平坐标系。

图3是实施例中的立体坐标系。

具体实施方式

对照图1-3说明本发明的具体实施方式。

物体质心位置测量装置，包括：水平悬空放置的圆盘6；圆盘中心处有1个矩形通孔；位于矩形通孔内的，与矩形通孔外形相同的翻板10，翻板对称的两个侧面中心位置与对应的圆盘矩形通孔侧面的中心位置铰接，所述翻板可沿铰接处相对于圆盘进行任意角度的翻转，所述翻板用于盛放被测物体3；位于圆盘外缘处、等距离分布且垂直于圆盘的3根吊索4，其中2条吊索的连线平行于翻板铰接处的连线；与吊索另一端相连接的支架1；位于每根吊索上的拉力传感器2；位于每根吊索上的绳索长度调节装置5；与拉力传感器串联的电荷放大器7，与电荷放大器相连的计算机8。

所述矩形通孔外形为正方形，所述翻板外形为正方形。

在上述装置上实现物体质心位置测量方法，定义：三根绳索分别为第一绳索、第二绳索、第三绳索，其对应的拉力传感器分别为第一拉力传感器、第二拉力传感器、第三拉力传感器，在圆盘上，三根绳索与圆盘的结点分别定义为第一结点、第二结点、第三结点，第二结点与第三结点连线平行于翻板铰接处的连线，第二结点与第三结点连线的中点为坐标原点O，第二结点与点三结点的连线且指向第三结点方向为X轴方向，圆盘圆心距离X轴的距离定义为a，第一结点距离X轴的距离定义为b，第二结点或第三结点距离坐标原点的距离定义为c；坐标原点O与第一结点连线且指向第一结点方向为Y轴方向，通过坐标原点O的垂直向上方向为Z轴方向，圆盘的质量定义为M，测量地点的重力加速度定义为g，翻板的旋转角度定义为θ；步骤包括：

步骤一：在翻板上不放置任何物体，读取此时第一拉力传感器读书F₀₁、第二拉力传感器读书F₀₂、第三拉力传感器读书F₀₃，如果F₀₁＝F₀₂＝F₀₃，则转步骤三，否则转步骤二；

步骤二：调整相应的绳索长度调节装置；

步骤三：调整翻板，确保θ＝0；

步骤四：将被测物体置于翻板上；

步骤五：读取此时第一拉力传感器读书F₁₁、第二拉力传感器读书F₁₂、第三拉力传感器读书F₁₃；

步骤六：将翻板沿铰接处旋转θ；

步骤七：读取此时第一拉力传感器读书F₂₁、第二拉力传感器读书F₂₂、第三拉力传感器读书F₂₃；

测量结果：设被测物体质心距离被测物体坐标原点在X、Y、Z方向上的距离分别为

X₀、Y₀、Z₀，

$X_0=\frac{(F_{13}-F_{12})*c}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Y_0=\frac{F_{12}*b-\mathrm{Mg}*a}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Z_0=\frac{(F_{23}-F_{22})*c*(1-\cos \mathrm{\θ})}{(F_{21}+F_{22}+F_{23}-\mathrm{Mg})*\sin \mathrm{\θ}}.$

Claims (6)

1.物体质心位置测量装置，其特征在于，包括：水平悬空放置的圆盘；圆盘中心处有1个矩形通孔；位于矩形通孔内的，与矩形通孔外形相同的翻板，翻板对称的两个侧面中心位置与对应的圆盘矩形通孔侧面的中心位置铰接，所述翻板可沿铰接处相对于圆盘进行任意角度的翻转，所述翻板用于盛放被测物体；位于圆盘外缘处、等距离分布且垂直于圆盘的3根吊索，其中2条吊索的连线平行于翻板铰接处的连线；与吊索另一端相连接的支架；位于每根吊索上的拉力传感器。

2.根据权利要求1所述物体质心位置测量装置，其特征在于，所述矩形通孔为正方形，所述翻板外形为正方形。

3.根据权利要求1所述物体质心位置测量装置，其特征在于，还包括：位于每根吊索上的绳索长度调节装置。

4.根据权利要求3所述物体质心位置测量装置，其特征在于，所述矩形通孔为正方形，所述翻板外形为正方形。

5.在权利要求1或2所述装置上实现物体质心位置测量方法，定义：三根绳索分别为第一绳索、第二绳索、第三绳索，其对应的拉力传感器分别为第一拉力传感器、第二拉力传感器、第三拉力传感器，在圆盘上，三根绳索与圆盘的结点分别定义为第一结点、第二结点、第三结点，第二结点与第三结点连线平行于翻板铰接处的连线，第二结点与第三结点连线的中点为坐标原点O，第二结点与点三结点的连线且指向第三结点方向为X轴方向，圆盘圆心距离X轴的距离定义为a，第一结点距离X轴的距离定义为b，第二结点或第三结点距离坐标原点的距离定义为c；坐标原点O与第一结点连线且指向第一结点方向为Y轴方向，通过坐标原点O的垂直向上方向为Z轴方向，圆盘的质量定义为M，测量地点的重力加速度定义为g，翻板的旋转角度定义为θ；其特征在于，步骤包括：

步骤一：调整圆盘，使其保持水平；

步骤二：调整翻板，确保θ＝0；

步骤三：将被测物体置于翻板上；

步骤四：读取此时第一拉力传感器读书F₁₁、第二拉力传感器读书F₁₂、第三拉力传感器读书F₁₃；

步骤五：将翻板沿OY方向铰接处旋转θ；

步骤六：读取此时第一拉力传感器读书F₂₁、第二拉力传感器读书F₂₂、第三拉力传感器读书F₂₃；

测量结果：设被测物体质心距离被测物体坐标原点在X、Y、Z方向上的距离分别为X₀、Y₀、Z₀，

$X_0=\frac{(F_{13}-F_{12})*c}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Y_0=\frac{F_{12}*b-\mathrm{Mg}*a}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Z_0=\frac{(F_{23}-F_{22})*c*(1-\cos \mathrm{\θ})}{(F_{21}+F_{22}+F_{23}-\mathrm{Mg})*\sin \mathrm{\θ}}.$

6.在权利要求3或4所述装置上实现物体质心位置测量方法，定义：三根绳索分别为第一绳索、第二绳索、第三绳索，其对应的拉力传感器分别为第一拉力传感器、第二拉力传感器、第三拉力传感器，在圆盘上，三根绳索与圆盘的结点分别定义为第一结点、第二结点、第三结点，第二结点与第三结点连线平行于翻板铰接处的连线，第二结点与第三结点连线的中点为坐标原点O，第二结点与点三结点的连线且指向第三结点方向为X轴方向，圆盘圆心距离X轴的距离定义为a，第一结点距离X轴的距离定义为b，第二结点或第三结点距离坐标原点的距离定义为c；坐标原点O与第一结点连线且指向第一结点方向为Y轴方向，通过坐标原点O的垂直向上方向为Z轴方向，圆盘的质量定义为M，测量地点的重力加速度定义为g，翻板的旋转角度定义为θ；其特征在于，步骤包括：

步骤一：在翻板上不放置任何物体，读取此时第一拉力传感器读书F₀₁、第二拉力传感器读书F₀₂、第三拉力传感器读书F₀₃，如果F₀₁＝F₀₂＝F₀₃，则转步骤三，否则转步骤二；

步骤二：调整相应的绳索长度调节装置；

步骤三：调整翻板，确保θ＝0；

步骤四：将被测物体置于翻板上；

步骤五：读取此时第一拉力传感器读书F₁₁、第二拉力传感器读书F₁₂、第三拉力传感器读书F₁₃；

步骤六：将翻板沿铰接处旋转θ；

步骤七：读取此时第一拉力传感器读书F₂₁、第二拉力传感器读书F₂₂、第三拉力传感器读书F₂₃；

测量结果：设被测物体质心距离被测物体坐标原点在X、Y、Z方向上的距离分别为

X₀、Y₀、Z₀，

$X_0=\frac{(F_{13}-F_{12})*c}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Y_0=\frac{F_{12}*b-\mathrm{Mg}*a}{F_{11}+F_{12}+F_{13}-\mathrm{Mg}},$

$Z_0=\frac{(F_{23}-F_{22})*c*(1-\cos \mathrm{\θ})}{(F_{21}+F_{22}+F_{23}-\mathrm{Mg})*\sin \mathrm{\θ}}.$

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