CN107179157A - 一种回转体转动惯量的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回转体转动惯量的测量装置。本发明浮标与拉线相连，拉线的下方与配重块相连，配重块自由下落时，浮标也随着拉线向下运动，并经过两个光电传感器的位置，测量时，将配重块置于光电传感器上方，通过配重上方的浮标来触发光电传感器，所述光电传感器通过螺钉固定在光电传感器支架上，光电传感器支架由两部分组成，中间由螺钉进行连接，支撑架由四根L型管和主支撑架组成，通过螺钉连接固定。本发明克服了诸多转动惯量测量仪器所采用接触磨擦和多次装卡方式带来的测量精度较低，稳定性能差，测试过程复杂繁琐，使用不安全、不方便等缺陷。本发明构简单，成本低廉，并且易于操作，专业要求不高，计算不复杂，测量精度高。
Description
技术领域
本发明属于转动惯量测试技术领域，特别涉及一种回转体转动惯量的测量装置。
背景技术
物体的转动惯量是运动系统设计中的重要技术参数，转动惯量的测量在诸如飞机、汽车、机械零部件、电机转子等机械领域都要用到。转动惯量的测试方法有两种：计算法和实验法。传统测试转动惯量的方法有四种：落体法；扭振法；三线摆法和复摆法。都以时间为测定量，并应用理论公式求出转动惯量。
在本发明之前，目前有诸如NB系列转动惯量测试仪可以测量微型弹丸、汽车零部件、电机转子、导弹翼片(风扇叶片)、人体、大型导弹、卫星、舰艇航模、航天飞行器，其测量范围从几克至几十吨，仪器精度达0.5％；又如质量特性参数测量设备可测最大质量1500kg，转动惯量测量不确定度小于0.3％；再如箭弹动态质量形位综合测量仪，是在双面立式动平衡机的基础上配置扭摆式转动惯量测试台，可测最大质量为1000kg，转动惯量测量不确定度小于0.5％；还有质量、质心转动惯量测试台其质量测量精度达0.5％，转动惯量测量精度优于2％，上述这些设备往往造价高，并且操作较复杂，并不适用于普通公司所需。还有一些厂家研制出了转动惯量测量仪器，多采用接触磨擦和多次装卡方式，不同程度存在着测量精度较低，稳定性能差，测试过程复杂繁琐，使用不安全、不方便等。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种回转体转动惯量的测量装置。
本发明的技术方案是：
一种回转体转动惯量的测量装置，其主要技术特征在于，包括芯轴、轴承架、轴承、两个光电传感器、挂重组件、支撑架、光电传感器支架组成，其中挂重组件中包括配重块，拉线，和浮标，其特征在于：所述的一种回转体转动惯量测量装置中，浮标与拉线相连，拉线的下方与配重块相连，配重块自由下落时，浮标也随着拉线向下运动，并经过两个光电传感器的位置。测量时，将配重块置于光电传感器上方，通过配重上方的浮标来触发光电传感器，所述光电传感器通过螺钉固定在光电传感器支架上，光电传感器支架由两部分组成，中间由螺钉进行连接，支撑架由四根L型管和主支撑架组成，通过螺钉连接固定。
所述的光电传感器对回转体转动惯量测量装置，通过螺钉来调节支撑架和光电传感器支架的高度。
所述测量时，通过拉线上的浮标来触发光电传感器，以此测量出配重块下落时经过两点的时间，由光电传感器所测试的时间，以及芯轴的转动惯量计算出回转体的转动惯量：
由芯轴的动量矩定理可得：
式中，J为回转体的转动惯量，JO为芯轴的转动惯量，Mf为系统所受的摩擦力矩；由式(1)可见，回转体的角加速度α为一常数，配重块的加速度a＝r·α亦为常数，配重块的运动方程可表为：
测得配重块通过两光电传感去所需时间，可由式(2)解得配重块的加速度a，带入式(1)，可求得回转体的转动惯量J。为去除摩擦力矩Mf的影响，取重量不同的两个配重块，通过公式(1)建立二元一次方程。
本发明的优点和效果在于与现有转动惯量测试装置相比装置结构简单，成本低廉，并且易于操作，解决了目前转动惯量测试装置专业要求高，价格昂贵等缺点，以及专业要求不高，计算不复杂，测量精度高。
附图说明
图1——本发明结构原理示意图。
图中各标记表示对应的部件名称如下：
轴承1、轴承架2、回转体3(可以是任何形式的回转体，图形在此以齿轮形状画出)、芯轴4、第一光电传感器5、浮标6、拉线7、第二光电传感器8、光电传感器支架9、配重块10、支撑架11。
具体实施方式
本发明的技术思路是：
在平衡状态时，使配重块自由落下，回转体随着芯轴转动。通过测量配重块经过两光电传感器之间所需的时间，可计算回转体绕芯轴的转动惯量(即极转动惯量)的大小。
下面结合附图1，对本发明作进一步说明：
轴承架2安装在支撑架11的上部，轴承1在轴承架2上，而且芯轴4与轴承1形成转动连接，芯轴4上连接有回转体3，且可随着芯轴4转动，拉线7的上端与芯轴4相连，且拉线7可绕在芯轴4上，拉线7的下端与配重块10相连，浮标6固定于于拉线7上，在拉线7的整个垂直线路上，光电传感器支架9从上向下依次连接第一光电传感器5和第二光电传感器8，浮标6起始位置位于第一光电传感器5上部，第一光电传感器5和第二光电传感器8固定于光电传感器支架9上；光电传感器支架9与支撑架11相连接，支撑架11与光电传感器支架9都可通过自身螺钉调节各自的高度。
本发明的测量方法及过程说明：
当将配重块10放下时，配重块10将进入自由落体运动，拉线7被配重块10向下拉，则连接在拉线7上的浮标6也跟着落下，浮标6依次经过第一光电传感器5、第二光电传感器8，并在经过光电传感器时触发光电传感器开关，由此可测得浮标6经过第一传感器5和第二传感器8所需时间，即可测得配重块10下落的时间。
再由动量矩定理可得：
式中，J为回转体的转动惯量，JO为芯轴的转动惯量，通过公式计算出芯轴4的转动惯量。Mf为系统所受的摩擦力矩。由式(1)可见，回转体的角加速度α为一常数，配重块的加速度a＝r·α亦为常数。
配重块5的运动方程可表为：
测得浮标6通过第一光电传感器5和第二光电传感器8所需时间，测试开始时，浮标紧靠第一光电传感器5，故v0＝0，可由式(2)解得配重块的加速度a，带入式(1)，为去除摩擦力矩Mf的影响，取重量分别为W1、W2的配重块。通过公式(1)建立二元一次方程，可求得回转体的转动惯量J。
Claims (3)
1.一种回转体转动惯量的测量装置，其特征在于：包括芯轴，轴承架，轴承，第一光电传感器，挂重组件，支撑架，第二光电传感器，光电传感器支架组成，其中挂重组件中包括配重块，拉线，和浮标，浮标与拉线相连，拉线的下方与配重块相连；通过光电传感器测量挂重组件在一定距离的下落时间并通过计算来确定转动惯量的装置，将挂重组件中的浮标置于光电传感器上方，测量时，通过浮标来触发光电传感器，以此测量出经过两点的时间；光电传感器由光电传感器支架固定在光电传感器支架上，光电传感器支架由两部分组成，中间由螺钉进行连接；支撑架由四根L型管和主支撑架组成，通过螺钉连接固定。
2.根据权利要求1所述的一种回转体转动惯量的测量装置，其特征在于通过螺钉来调节支撑架和光电传感器支架的高度。
3.根据权利要求1和2所述的一种回转体转动惯量的测量装置，其特征在于测量时，通过拉线上的浮标来触发光电传感器，以此测量出配重块下落时经过两点的时间，由光电传感器所测试的时间，以及芯轴的转动惯量计算出回转体的转动惯量：
由芯轴的动量矩定理可得：
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mo>+</mo>
<msub>
<mi>J</mi>
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<mo>(</mo>
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</mrow>
</mrow>
式中，J为回转体的转动惯量，JO为芯轴的转动惯量，Mf为系统所受的摩擦力矩；由式(1)可见，回转体的角加速度α为一常数，配重块的加速度a＝r·α亦为常数，配重块的运动方程可表为：
<mrow>
<mi>h</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>o</mi>
</msub>
<mi>t</mi>
<mo>+</mo>
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<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
测得配重块通过两光电传感去所需时间，可由式(2)解得配重块的加速度a，带入式(1)，可求得回转体的转动惯量Jo为去除摩擦力矩Mf的影响，取重量不同的两个配重块，通过公式(1)建立二元一次方程。
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