CN104180940B - 用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置，它包括由两根对称设置的板簧支撑臂和两根对称设置的刀口支撑臂组成的十字支撑臂；所述十字支撑臂通过固接的方式与支承座相结合，所述支承座以动配合的方式支撑在直立轴系的旋转立轴中上部，在旋转立轴上端以固接的方式安装有承物盘；所述刀口支撑臂通过刀口副架放在机座上，所述两根对称设置的板簧支撑臂的水平外延端分别通过板簧和压紧块与机座相连；在所述板簧支撑臂下方布置一位移传感器，所述位移传感器与升降装置相连接，升降装置与机座相结合。本发明通过在一台设备上完成物体质心、转动惯量和惯性积的测量，解决了多种参数集成测量难题，测量精度明显提高，测量周期明显缩短。

Description

用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量设置，具体说是涉及一种用于测量物体质心、转动惯量和惯性积（立式动平衡）的测量装置。

背景技术

本发明是中国专利ZL 00 1 15925.9的续篇。

上述专利公开了一种用于测量物体质心、形心和质心偏离量的测量装置，它包括通过同心、刚性的连接方式相结合的承物盘和旋转立轴，安装在旋转立轴下端的动力机构，所述旋转立轴通过固接在支承座上的十字支撑臂架放在机座上；所述十字支撑臂是由位于同一水平轴线方向的两根对称设置的摆动支撑臂和位于同一水平轴线方向的两根对称设置的传感支撑臂组成；所述摆动支撑臂通过刀口副架放在机座上，所述传感支撑臂通过柱销状零件放置在安装于机座上的传感元件上；在位于机座一侧的升降臂上设置有用于测量位移的传感器；所述旋转立轴上连接有一角度测量元件。

上述发明相比当时已有技术明显提高了质心测量精度，并在相应领域得到了一定的应用。但使用过程中，陆续发现了一些问题，有些问题显然是结构本身的制约造成的。第一，其主体结构是基于测力传感器作为测量支撑臂的传感元器件，被测物体主体重量由刀口承担，用测力传感器进行测量，由于质心与刀口不重合造成的“偏量力”，其偏量由测量传感器以“力”的数据获取，没有对应位移量，而传感器受力后向下变形，这个变形将使得被测物体发生同方向的倾斜，使得物体质心相对偏移，而此偏移又造成“偏量力”的增加，这样测量数据将发生失真。为了解决该问题，就要通过配平解决，即通过配重使得质心与刀口重合来减小偏量力数值以消除虚增偏量，最后通过配重计算被测物体质心位置。这是一个相对较长的过程，也就是说其结构上的弱点导致测量周期过长，也是制约该技术的瓶颈问题之一。

第二，测力传感器只能提供一维约束，轴系的平移约束依靠刀口端部布置的约束机构实现，其摩擦力对刀口灵敏度具有一定影响，使得测量精度难以继续提高。

第三，由于测力传感器频响不高，又不能提供平移约束，其轴系不能高速转动，一般只是1转/分钟左右，无法进行动平衡试验，不能测量惯性积。

第四，其转动惯量测量功能是由沿切向布置的两组弹簧提供，通过连接零件在做转动惯量时将其与承物盘固结，通过圆周摆动周期测量转动惯量，测量完毕将其脱开。在提供周期摆动的弹性零部件方面，扭杆稳定性最好，板簧结构与之比较接近。弹簧因其存在蠕变、塑变现象相对较差，所以该结构弹簧测量精度较差。同时是用切向位移代替圆周位移，也存在误差。当然其连接与脱开还将花费一定的操作时间。

第五，弹簧结构摆动振幅衰减较快，一般可测周期数只有5次左右，对测量精度有一定影响。

第六，由于圆周摆动轴系与产品旋转轴系是同一个轴系，所以被测物体放置一次只能测量一维转动惯量，不同方向的测量要人为的沿该方向再次放置。

第七，质心测量与转动惯量测量对轴系的要求导致设计与机械加工装配产生矛盾，工艺问题突出。具体说就是质心测量是以旋转轴线为基准的，一般需要精密加工后通过预紧安装轴承来保证轴系不产生径向跳动，而转动惯量测量则要求轴系转动非常灵活，要完成一套既没有间隙、又灵活转动的轴系非常困难，即使通过调整得以实现其长远稳定性也不好。

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可在同一台测量装置上高精度、高效率地完成飞行体质量特性参数测量、且有较好的制造工艺性的用于测量物体质心、转动惯量和惯性积（立式动平衡）的测量装置。

本发明是以现有刀口技术为前提，发明的本质是板簧结构及其结合方式，同时实现了转动惯量的高精度集成测量和立式动平衡功能，从而测量应用上也有突出的创新。

本发明的目的可通过以下措施来实现：

本发明的用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置包括由两根对称设置的板簧支撑臂和两根对称设置的刀口支撑臂组成的十字支撑臂；所述十字支撑臂通过固接的方式与支承座相结合，所述支承座以动配合的方式支撑在直立轴系的旋转立轴中上部，在旋转立轴上端以固接的方式安装有承物盘；所述刀口支撑臂通过刀口副架放在机座上，所述两根对称设置的板簧支撑臂的水平外延端分别通过板簧和压紧块与机座相连；在所述板簧支撑臂下方布置一位移传感器，所述位移传感器与升降装置相连接，升降装置与机座相结合。

更具体说，本发明中所述板簧以横置于板簧支撑臂端部的方式设置，且板簧中心线与刀口方向平行；板簧支撑臂通过连接件连接在板簧中间部位，板簧的两端分别通过压紧块和用于张拉板簧的张紧机构与机座相连。

所述的两根对称设置的板簧支撑臂和两根对称设置的刀口支撑臂组成的十字支撑臂的中心线垂直相交。

本发明在机座上安装位移驱动装置，在板簧支撑臂上固定设置有与位移驱动装置相配合的位移传递块；所述位移驱动装置由驱动电机及减速机和位移压轮组成。

本发明中用于驱动旋转立轴运转的动力机构为偏置一侧的电机及减速机，同步带及其轮组。

本发明的有益效果如下：

本发明通过在一台设备上完成物体质心、转动惯量和惯性积（立式动平衡）测量的这一技术方案的实施，从根本上解决了多种参数集成测量的难题，并使得这三种参数的测量精度得以明显地提高，测量周期明显缩短。与现有技术对比具有6大优点：①从结构上采用板簧支撑，具有三维约束作用，允许高速转动，可以进行立式动平衡测量；②板簧支撑下刀口摆动稳定线性好，无衰减摆动周期数量显著提高，可达50次以上，远高于切向弹簧，提高了测量精度；③取代了切向布置弹簧，无需连接和脱开安装，简化操作，节约时间；④直接测量位移，无需一直配平至平衡状态，由位移可以计算附加偏量，简化操作，节约时间；⑤刀口摆动与轴系旋转相结合，一次放置可以测量两个方位转动惯量，简化操作，节约时间；⑥设计上要求轴系精密无间隙转动，可以采用预紧措施，此时无需过分关注轴系的灵活性，因为转动惯量采用刀口摆动，改善了工艺性，提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明的主视图（图2的A-A旋转剖视图）。

图2是图1的俯视图（除去上面承物盘后的视图）。

图3是图1中板簧机构的B-B剖视图。

图4是图1的位移传感器布置的C-C剖视图。

图5是位移驱动装置的结构示意图（图2的D-D剖视图）。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作以详细的描述。

如图1、2所示，本发明的用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置包括由以中心线垂直相交的两根对称设置的板簧支撑臂9和两根对称设置的刀口支撑臂6组成的十字支撑臂；所述十字支撑臂通过固接的方式与支承座14相结合，所述支承座14以动配合的方式支撑在直立轴系的旋转立轴5中上部，在旋转立轴5上端以固接的方式安装有承物盘1；所述刀口支撑臂6通过刀口副架7、连接件8放在机座16上，所述两根对称设置的板簧支撑臂9的水平外延端分别通过板簧2和压紧块3与机座16相连；在所述板簧支撑臂9下方布置一位移传感器10，所述位移传感器10与升降装置11相连接，升降装置11与机座16相结合（参见图4）；用于驱动旋转立轴5运转的动力机构为偏置一侧的电机及减速机12，同步带及其轮组13。

更具体说，本发明中所述板簧2以横置于板簧支撑臂9端部的方式设置，且板簧2中心线与刀口方向平行；板簧支撑臂9通过连接件连接在板簧2中间部位，板簧2的两端分别通过压紧块3和用于张拉板簧2的张紧机构4与机座16相连（参见图3）。

如图2、5所示，本发明在机座16上安装位移驱动装置18，在板簧支撑臂9上固定设置有与位移驱动装置18相配合的位移传递块17；所述位移驱动装置18由驱动电机及减速机18-1和位移压轮18-2组成。

本发明的工作原理如下：

本发明的装置进行质心测量时，先将被测体安装在承物盘1上，之后再分别将位于两根刀口支撑臂6下放使得上下刀口接触，两根板簧支撑臂9与板簧2连接，此时使得支承座14可灵活地绕刀口副母线摆动，此时启动电机及减速机12，通过同步带及其轮组13驱动直立轴系的旋转立轴5带动被测体缓慢同步旋转，随着被测体旋转角度的变化，如果被测体的质心如果不在旋转轴心位置处，其质心位置将会绕旋转轴心做圆周运动（质心位置相对于旋转轴心的方位改变），由于利用天平原理设置的刀口副反应非常灵敏，使得位于刀口母线相垂直设置的两根板簧支撑臂9将会随质心位置的变化而绕刀口摆动（刀口母线与两根对称设置的摆动支撑臂轴线位于同垂面且相平行），与此同时，与板簧支撑臂9端部相连的板簧2将发生弹性变形产生上下位移，位移传感器10将会反应出对应的周期性量值变化量，此变化量与力值一一对应，可以通过标定得到。如果被测体转动一周，位移传感器的读数不变，则说明质心正好位于旋转轴心。如果被测体转动一周，位移传感器的读数做周期性变化，根据读数变化规律可得到质心偏离旋转轴心的方位和大小，通过承物盘1上已设计好的配平槽（配平槽距旋转轴心的距离为已知定数）进行配平，在质心相反的方向配放一定的配重，之后重复上述工作，测量得到偏心产生的位移量，此时不需再次配重，而是根据位移量和第一次配重所得到的标定系数直接计算，这也是本发明在质心测量上与已有技术的差别，可以明显减少配平次数。

用本发明装置进行转动惯量测量时，通过位移驱动装置18的驱动电机及减速机18-1带动位移压轮18-2公转，位移压轮18-2接触到板簧支撑臂9上的位移传递块17后，一方面产生自转，一方面下压位移传递块17，使得板簧支撑臂9产生初始位移后位移压轮18-2与传递块17脱开，此时板簧支撑臂9与支撑座14连带被测物体，在板簧弹性元件作用下，沿刀口母线做周期摆动，通过位移传感器可以测量摆动周期，可以测量30个周期以上计算平均值以进一步提高精度。

旋转立轴5带动被测物体转动90度后，重复上述操作，即可得到相互垂直的两个方位的转动惯量。

惯性积测量（立式动平衡）步骤与质心测量相同，只需在被测物体上选择好上下试重面，通过配平到测量精度所要求的位移量以下，就可以根据配重计算结果。

Claims (5)

1.一种用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置，其特征在于：它包括由两根对称设置的板簧支撑臂（9）和两根对称设置的刀口支撑臂（6）组成的十字支撑臂；所述十字支撑臂通过固接的方式与支承座（14）相结合，所述支承座（14）以动配合的方式支撑在直立轴系的旋转立轴（5）中上部，在旋转立轴（5）上端以固接的方式安装有承物盘（1）；所述刀口支撑臂（6）通过刀口副架（7）放在机座（16）上，所述两根对称设置的板簧支撑臂（9）的水平外延端分别通过板簧（2）和压紧块（3）与机座（16）相连；在所述板簧支撑臂（9）下方布置一位移传感器（10），所述位移传感器（10）与升降装置（11）相连接，升降装置（11）与机座（16）相结合。

2.根据权利要求1所述的用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置，其特征在于：所述板簧（2）以横置于板簧支撑臂（9）端部的方式设置，且板簧（2）中心线与刀口方向平行；板簧支撑臂（9）通过连接件连接在板簧（2）中间部位，板簧（2）的两端分别通过压紧块（3）和用于张拉板簧（2）的张紧机构（4）与机座（16）相连。

3.根据权利要求1所述的用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置，其特征在于：两根对称设置的板簧支撑臂（9）和两根对称设置的刀口支撑臂（6）组成的十字支撑臂的中心线垂直相交。

4.根据权利要求1所述的用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置，其特征在于：在机座（16）上安装位移驱动装置（18），在板簧支撑臂（9）上固定设置有与位移驱动装置（18）相配合的位移传递块（17）；所述位移驱动装置（18）由驱动电机及减速机（18-1）和位移压轮（18-2）组成。

5.根据权利要求1所述的用于测量物体质心、转动惯量和惯性积的测量装置，其特征在于：用于驱动旋转立轴（5）运转的动力机构为偏置一侧的电机及减速机（12），同步带及其轮组（13）。