CN102620887B - 测试零部件质量特性的装置 - Google Patents
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Abstract
测试零部件质量特性的装置,它涉及一种测试质量特性的装置。解决目前测试零部件质量特性时需要多个设备,测试过程复杂,测试结果精度低的问题。气浮旋转台设在质心测量台内,质心测量台设在框架内,质心测量台上均布设有多个称重传感器,静U形主支架设置在气浮旋转台的上方,静U形主支架的开口处与动U形主支架、内转动环和外转动环三者转动连接,动U形主支架的开口处与外转动环的外壁转动连接,内转动环与外转动环连接,静U形主支架的底部上设有多个传感器压动头,动U形主支架上装有尾部支撑装置,X轴驱动装置设在动U形主支架的外部且与尾部支撑装置传动连接,Y轴驱动装置装在动U型主支架的上面。本发明用于测试零部件质量特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试质量特性的装置。
背景技术
质量特性是航天、航空及汽车零部件、整机等生产制造、测试及在轨运行过程中的重要参数,随着航空航天及汽车工业的迅速发展,质量特性的测试过程要求既要提高测试精度又能够减少装卡过程,以提高测试效率和安全性。质量特性包括质量、质心、转动惯量和惯性积,测试上述参数时,需要多个设备,测量过程中需要对被测件进行多次装拆和转换设备,测试过程复杂,周期长、效率低,测试过程中精度一致性容易受到多次装卸的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种测试零部件质量特性的装置,以解决目前测试零部件质量特性时需要多个设备,测试过程复杂,测试结果精度低的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:所述装置包括底台、框架、气浮旋转台、静U形主支架、动U形主支架、内转动环、外转动环、尾部支撑装置,X轴驱动装置、质心测量台、两个Y轴驱动装置、多个功能限位导柱、多个螺旋升降装置和多个称重传感器,底台上固装有框架、气浮旋转台、多个功能限位导柱和多个螺旋升降装置,气浮旋转台设在质心测量台内,质心测量台设在框架内,质心测量台上均布设有多个称重传感器,静U形主支架设置在气浮旋转台的上方,质心测量台和静U形主支架通过多个螺旋升降装置上下移动,质心测量台通过多个功能限位导柱限位,静U形主支架的开口处与动U形主支架、内转动环和外转动环三者转动连接,动U形主支架的开口处与外转动环的外壁转动连接,外转动环设在动U形主支架内,内转动环由上半环和下半环连接构成,内转动环与外转动环连接,静U形主支架的底部上设有多个传感器压动头,动U形主支架内的底部上装有尾部支撑装置,X轴驱动装置设在动U形主支架的外部且与尾部支撑装置传动连接,Y轴驱动装置装在动U形主支架的上面。
本发明具有以下有益效果:1、测量精度高,本发明采用气浮旋转台,实现无摩擦的自由扭摆;质量质心测量时采用动态测量方式,多组数据,优化模型,相关检测;2、本发明具有测量质量、质心、转动惯量、惯性积的多种功能;即可实现静态质心测量,又可实现动态质心测量;可以实现任意轴的转动惯量测量;旋转方式灵活,六种姿态任意选取;3、整个测试过程只需对零部件进行一次装卡,使用安全限位装置和螺旋升降装置巧妙实现功能切换,在质量质心和转动惯量测量功能的转换上,不需要二次装卡;内转动环采用上下半环方式,以中心线分割的两体结构方式便于被测件的吊装;静U型支架的设计保证产品支撑安全可靠;4、本发明结构设计巧妙,便于组装、运输、存贮各个轴方向的转动均与质心为原点,不需要配平;内转动环中的各个滚动轴采用偏置结构形式,可消除内外环间间隙。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图,图2是图1的侧视图,图3是图1的俯视图,图4是图1中A处的立体图,图5是静U形主支架7的立体图,图6是动U形主支架8、内转动环9和外转动环10三者整体结构的立体图,图7是转轴公式角度示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1-图6说明,本实施方式的所述装置包括底台1、框架2、气浮旋转台3、静U形主支架7、动U形主支架8、内转动环9、外转动环10、尾部支撑装置11,X轴驱动装置12、质心测量台13、两个Y轴驱动装置14、多个功能限位导柱4、多个螺旋升降装置5和多个称重传感器6,底台1上固装有框架2、气浮旋转台3、多个功能限位导柱4和多个螺旋升降装置5,气浮旋转台3设在质心测量台13内,质心测量台13设在框架2内,质心测量台13上均布设有多个称重传感器6,静U形主支架7设置在气浮旋转台3的上方,质心测量台13和静U形主支架7通过多个螺旋升降装置5上下移动,质心测量台13通过多个功能限位导柱4限位,静U形主支架7的开口处与动U形主支架8、内转动环9和外转动环10三者转动连接,动U形主支架8的开口处与外转动环10的外壁转动连接,外转动环10设在动U形主支架8内,内转动环9由上半环和下半环连接构成,内转动环9与外转动环10连接,静U形主支架7的底部上设有多个传感器压动头7-1,动U形主支架8内的底部上装有尾部支撑装置11,X轴驱动装置12设在动U形主支架8的外部且与尾部支撑装置11传动连接,Y轴驱动装置14装在动U形主支架8的上面。
所有转轴的驱动均采用伺服电机驱动,各转角重复精度可达到2″;
具体实施方式二:本实施方式的称重传感器6的数量为3个或4个。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理:该设备用于完成某型号异形大尺寸飞行器质量特性的测量。测试项目主要包括:1、产品质量,2、产品X向、Y向、Z向质心坐标,3、产品X向、Y向、Z向转动惯量,4、产品惯性积Jxy、Jyz、Jxz。
待测工件的尾部与尾部支撑装置11连接,待测工件的前装在内转动环9内。
质量测量:先将本发明空载,将3个称重传感器的读数P11~P31求和,得到其工装质量Mg,即:P1=P11+P21+P31,然后加载待测产品,再次将3个称重传感器的读数P12~P32求和,得到其工装和产品的总质量M′,即:P2=P12+P22+P32;所以,产品的质量Mc为:P=P2-P1;
质量质心测量:采用经典的三点法(或四点法)。多个螺旋升降装置5上升,带动质心测量台13和静U型主支架7一同升起,使静U型主支架7脱离气浮旋转台3,此时静U型主支架7并不与多个称重传感器6接触。随后,多个螺旋升降装置5下降,通过多个功能限位导柱4维持称重传感器6位置不变,这样就使得称重传感器6与静U型主支架7接触,而脱离了气浮旋转台3,完成了功能转换。整个过程不需要重复装卡。为提高测量精度,采用动态测量方法。
横向质心坐标测量:将待测产品垂直放置在工装上,其中P1~P3为测量台下面的3个称重传感器,故质心y、z坐标可表示为:
纵向质心坐标测量:测量纵向坐标时,需要将产品环绕轴旋转一定角度θ,质心沿y轴正方向产生一定的偏移,根据一些几何关系,推导出最后x的坐标为:
P=P2-P1
通过自由旋转环和X旋转轴实现待测产品绕X轴匀速旋转一周,旋转过程中,称重传感器6持续采样,经过数据处理得到产品质量和X、Y、Z三个方向的质心坐标。
本方案为提高测试精度,采用动态测量,通过自由旋转环和X旋转轴实现待测产品绕X轴匀速旋转一周,旋转过程中,称重传感器持续采样,经过数据处理得到产品质量和X、Y、Z三个方向的质心坐标。
测量转动惯量时,采用成熟的扭摆法原理,待测产品在高精度的气浮旋转台上实现无摩擦的自由扭摆。通过自由旋转环和X、Y向旋转轴完成待测产品的空间位置变换(共六个姿态),联立六个方程,求解出产品X向、Y向、Z向转动惯量和惯性积Jxy、Jyz、Jxz。
测量转动惯量采用扭摆法。
被测物体安放在由轴承支撑的扭摆台(即气浮旋转台)上,扭摆台由弹性扭杆与机壳连接。当有外接激励后,被测物体随扭摆台自由摆动,根据摆动曲线可以计算出转动惯量。
扭摆台工作的理论模型为:
设扭杆摆动角为θ,扭摆台与物体的转动惯量为J,扭杆刚度系数K,阻尼力矩系数为C,在摆角很小时认为是扭杆刚度系数为常数。假设空气阻尼产生的阻尼力矩与扭摆台的角速度成正比,则系统运动方程为
为了计算方便,ωn定义为无阻尼自振频率,ζ定义为系统阻尼比,则式(1)变形为
当ζ<1时,扭摆台做欠阻尼运动,(2)式的解如下。
Td、Tn分别为有阻尼振动周期、无阻尼振动周期,ωd为有阻尼振动频率,由此可得到转动惯量的计算公式
K的值可以通过测量标定砝码获得,Td可以实际测出;此外,还需要知道阻尼比ζ的值。在测量精确度要求不高的场合,可以忽略阻尼,认为ζ=0,只需要测量扭摆周期,就可以计算出转动惯量。对于本设备,在阻尼不能忽略的情况下,需要测量出扭摆台摆角随时间变化的曲线,根据曲线振幅的衰减规律计算出阻尼比和周期,经过空气阻尼补偿后再由式(4)计算出转动惯量。
首先阐述一下转动惯量的转轴公式:
设物体对于直角坐标系坐标轴x,y,z的转动惯量和惯性积为Jx,Jy,Jz和Jxy,Jyz,Jxz;则物体对于通过坐标轴原点并与x,y,z轴成α,β,γ角的轴A(如图7所示)的转动惯量为:
JA=JXcos2α+JYcos2β+JZcos2γ-2JYZcosβcosγ-2JXZcosαcosγ-2JXYcosαcosβ
如图7所示,如果上式中JA和轴A与三个坐标轴的夹角α,β,γ是已知的,通过六个方程联立,可求出所有的六个未知量Jx,Jy,Jz,Jxy,Jyz,Jxz。
JXcos2α1+JYcos2β1+JZcos2γ1-2JXYcosα1cosβ1-2JYZcosβ1cosγ1-2JXZcosα1cosγ1=J1
JXcos2α2+JYcos2β2+JZcos2γ2-2JXYcosα2cosβ2-2JYZcosβ2cosγ2-2JXZcosα2cosγ2=J2
JXcos2α3+JYcos2β3+JZcos2γ3-2JXYcosα3cosβ3-2JYZcosβ3cosγ3-2JXZcosα3cosγ3=J3
JXcos2α4+JYcos2β4+JZcos2γ4-2JXYcosα4cosβ4-2JYZcosβ4cosγ4-2JXZcosα4cosγ4=J4
JXcos2α5+JYcos2β5+JZcos2γ5-2JXYcosα5cosβ5-2JYZcosβ5cosγ5-2JXZcosα5cosγ5=J5
JXcos2α6+JYcos2β6+JZcos2γ6-2JXYcosα6cosβ6-2JYZcosβ6cosγ6-2JXZcosα6cosγ6=J6
因此,改变物体状态,分别测出物体绕六个轴的摆动周期,进而通过方程组联立,便可求出对于定义坐标系的三个轴的转动惯量和惯性积数值。
Claims (2)
1.一种测试零部件质量特性的装置,其特征在于所述装置包括底台(1)、框架(2)、气浮旋转台(3)、静U形主支架(7)、动U形主支架(8)、内转动环(9)、外转动环(10)、尾部支撑装置(11),X轴驱动装置(12)、质心测量台(13)、两个Y轴驱动装置(14)、多个功能限位导柱(4)、多个螺旋升降装置(5)和多个称重传感器(6),底台(1)上固装有框架(2)、气浮旋转台(3)、多个功能限位导柱(4)和多个螺旋升降装置(5),气浮旋转台(3)设在质心测量台(13)内,质心测量台(13)设在框架(2)内,质心测量台(13)上均布设有多个称重传感器(6),静U形主支架(7)设置在气浮旋转台(3)的上方,质心测量台(13)和静U形主支架(7)通过多个螺旋升降装置(5)上下移动,质心测量台(13)通过多个功能限位导柱(4)限位,静U形主支架(7)的开口处与动U形主支架(8)转动连接,动U形主支架(8)的开口处与外转动环(10)的外壁转动连接,外转动环(10)设在动U形主支架(8)内,内转动环(9)由上半环和下半环连接构成,内转动环(9)与外转动环(10)连接,静U形主支架(7)的底部上设有多个传感器压动头(7-1),动U形主支架(8)内的底部上装有尾部支撑装置(11),X轴驱动装置(12)设在动U形主支架(8)的外部且与尾部支撑装置(11)传动连接,Y轴驱动装置(14)装在动U形主支架(8)的上面。
2.根据权利要求1所述测试零部件质量特性的装置,其特征在于称重传感器(6)的数量为3个或4个。
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