CN107462368A - 一种回转体卧极转动惯量测试装置 - Google Patents

一种回转体卧极转动惯量测试装置 Download PDF

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李俊烨
赵友
张心明
胡敬磊
曹国华
王德民
尚春民
牛义杰
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Abstract

本发明涉及一种卧极转动惯量测试装置，属于极转动惯量测试技术领域。装置包括张紧机构(1)、拉簧(2)、基体(3)、钢带(4)、前滚转机构(5)、前滚圈(6)、后滚圈(7)、后滚转机构(8)、测量架(9)、电机(10)。根据转动定律，工装、转轴和待测物体所成的系统运动方程为：式中，J为转动惯量；K为弹簧的扭转系数；M为阻尼力矩；为角位移。若忽略阻尼的影响，式(1)可写为：Jd＝AT2‑J0(2)；式(2)就是转动惯量的计算公式，由式(2)可知，如果A与J0给定，只要测出托盘加待测物后的振动周期T，就可以算出待测物体的转动惯量Jd。该方法能有效地实现卧式极转动惯量的测试，改善其使用效果，效率高。

Description

一种回转体卧极转动惯量测试装置
技术领域
本发明涉及一种回转体卧极转动惯量测试装置，属于极转动惯量测试技术领域。
背景技术
极转动惯量(MomentofInertia)是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度，用字母I或J表示。在经典力学中，极转动惯量(又称质量惯性矩，简称惯距)通常以I或J表示，SI单位为kg·m2。对于一个质点，I＝mr2，其中m是其质量，r是质点和转轴的垂直距离。极转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量，可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性，用于建立角动量、角速度、力矩和角加速度等数个量之间的关系。极转动惯量就是薄的圆盘相对于中心轴线的极转动惯量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种回转体卧极转动惯量测试装置，以便更好地针对回转体极转动惯量进行卧式测试与标定，提高测试精度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种回转体卧极转动惯量测试装置，其具体装置方案为：
该装置包括张紧机构(1)、拉簧(2)、装置基体(3)、钢带(4)、前滚转机构(5)、前滚圈(6)、后滚圈(7)、后滚转机构(8)、测量架(9)和电机(10)；张紧机构(1)和电机(10)在装置基体(3)的内部与装置基体(3)固定连接，前滚转机构(5)和测量架(9)与装置基体(3)固定连接，后滚转机构(8)安装在与测量架(9)上，前滚圈(6)是在前滚转机构(5)的组成部分，后滚圈(7)是后回转机构(8)的组成部分，钢带(4)的上端用螺钉连接在前滚圈(6)上，钢带(4)的下端与拉簧(2)相连接，拉簧(2)连接在张紧机构(1)上，张紧机构(1)与电机(10)连接。
在进行回转体极转动惯量测试时，待测回转体装夹在前滚转机构(5)的前滚圈(6)和后滚转机构(8)的后滚圈(7)的圆形结构内；电机(10)通过链传动带动张紧机构(1)转动，张紧机构(1)带动拉簧(2)和钢带(4)使待测回转体处于张紧状态，释放待测回转体后，待测回转体处于扭振状态，进而测得待测回转体的振动周期。
前滚转机构(5)的前滚圈(6)和后滚转机构(8)的后滚圈(7)内各有3块调节垫块，调节垫块具有弧形结构且均匀分布在前滚圈(6)和后滚圈(7)的内壁上，调节垫块一侧与前滚圈(6)及后滚圈(7)用螺钉固定连接，调节垫块与前滚圈(6)和后滚圈(7)的内壁紧密结合，调节垫块的另一侧与待测回转体紧密接触，根据不同的回转体直径测试需求来更换不同高度的调节垫块，满足不同直径回转体极转动惯量的测试需要；后滚转机构(8)与测量架(9)的连接方式为导轨滑块连接，后滚转机构(8)上的滑块与测量架(9)上的导轨连接，后滚转机构(8)在测量架(9)上做直线移动，满足不同长度回转体极转动惯量测试的需要。
一种回转体卧极转动惯量测试装置，其标定方法为：
根据转动定律，测量架和待测回转体所成的系统运动方程为：
式中，J为极转动惯量；K为拉簧的扭转系数；M为阻尼力矩；为角位移；若忽略阻尼的影响有：
式中：
因为：
所以得：
式中，J为扭摆系统本身的极转动惯量J0和待测物体极转动惯量Jd之和；因此上式可写为：
Jd＝J-J0＝AT2-J0 (3)
式中,A是一个常数；
式(3)是测试极转动惯量的计算公式，由式(3)可知，如果A与J0给定，只要测出测量架加载待测回转体后的振动周期T，就可以算出待测回转体的极转动惯量Jd；
由于不能直接测出测量架加载待测回转体后的振动周期T，因此需要使用两个标准体参与计算，测定A和J0的方法为：
首先，测试装置上放置第一标准体，测试振动周期Tb1；根据式(3)有：
然后，测试装置上放置第二标准体，测试其振动周期Tb2，有：
由式(4)和式(5)可得：
式中，Jb1为第一标准体极转动惯量的理论值；Jb2为第二标准体极转动惯量的理论值；Tb1为加第一标准体后扭摆振动周期；Tb2为加第二标准体后扭摆振动周期；
标准体极转动惯量理论值通过计算得出：如第一标准体的重量为M1、直径为Φ1、长度为L1，则第一标准体的极转动惯量为
极转动惯量准确性标定方法为，按照状态一、状态二、状态三指示，标准体或标准体组合体的理论极转动惯量为J1、J2、J3。用极转动惯量测试设备直接测量，如满足|J1测量－J1理论|/J1理论≤σ，|J2测量－J2理论|/J2理论≤σ，|J3测量－J3理论|/J3理论≤σ，则说明极转动惯量测试设备的测试精度达到实际标称精度，否者为不达到。其中，σσ为设备标称的极转动惯量测试精度指标。
在设计标准体时，满足J1、J2、J3的理论极转动惯量值在设备标称的量程范围内，其有一定差异。在设计标准体时，满足J1、J2、J3的理论极转动惯量值在设备标称的量程范围内，其有一定差异，此时用测试仪测量状态1、2、3中标准体(或组合体)的极转动惯量，且都应满足设备标称的精度。
该发明的有益效果在于：该方法能有效地针对回转体极转动惯量进行测试与标定，改善其使用效果，提高测试精度和测试效率。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本实施例中的回转体卧极转动惯量测试装置，其具体装置为：
装置包括张紧机构(1)、拉簧(2)、装置基体(3)、钢带(4)、前滚转机构(5)、前滚圈(6)、后滚圈(7)、后滚转机构(8)、测量架(9)和电机(10)；张紧机构(1)和电机(10)在装置基体(3)的内部与装置基体(3)固定连接，前滚转机构(5)和测量架(9)与装置基体(3)固定连接，后滚转机构(8)安装在与测量架(9)上，前滚圈(6)是在前滚转机构(5)的组成部分，后滚圈(7)是后回转机构(8)的组成部分，钢带(4)的上端用螺钉连接在前滚圈(6)上，钢带(4)的下端与拉簧(2)相连接，拉簧(2)连接在张紧机构(1)上，张紧机构(1)与电机(10)连接。
在进行回转体极转动惯量测试时，待测回转体装夹在前滚转机构(5)的前滚圈(6)和后滚转机构(8)的后滚圈(7)的圆形结构内；电机(10)通过链传动带动张紧机构(1)转动，张紧机构(1)带动拉簧(2)和钢带(4)使待测回转体处于张紧状态，释放待测回转体后，待测回转体处于扭振状态，进而测得待测回转体的振动周期。
前滚转机构(5)的前滚圈(6)和后滚转机构(8)的后滚圈(7)内各有3块调节垫块，调节垫块具有弧形结构且均匀分布在前滚圈(6)和后滚圈(7)的内壁上，调节垫块一侧与前滚圈(6)及后滚圈(7)用螺钉固定连接，调节垫块与前滚圈(6)和后滚圈(7)的内壁紧密结合，调节垫块的另一侧与待测回转体紧密接触，根据不同的回转体直径测试需求来更换不同高度的调节垫块，满足不同直径回转体极转动惯量的测试需要；后滚转机构(8)与测量架(9)的连接方式为导轨滑块连接，后滚转机构(8)上的滑块与测量架(9)上的导轨连接，后滚转机构(8)在测量架(9)上做直线移动，满足不同长度回转体极转动惯量测试的需要。
根据转动定律，测量架和待测回转体所成的系统运动方程为：
式中，J为极转动惯量；K为拉簧的扭转系数；M为阻尼力矩；为角位移；若忽略阻尼的影响有：
式中：
因为：
所以得：
式中，J为扭摆系统本身的极转动惯量J0和待测物体极转动惯量Jd之和；因此上式可写为：
Jd＝J-J0＝AT2-J0 (3)
式中,A是一个常数；
式(3)是测试极转动惯量的计算公式，由式(3)可知，如果A与J0给定，只要测出测量架加载待测回转体后的振动周期T，就可以算出待测回转体的极转动惯量Jd；
由于不能直接测出测量架加载待测回转体后的振动周期T，因此需要使用两个标准体参与计算，测定A和J0的方法为：
首先，测试装置上放置第一标准体，测试振动周期Tb1；根据式(3)有：
然后，测试装置上放置第二标准体，测试其振动周期Tb2，有：
由式(4)和式(5)可得：
式中，Jb1为第一标准体极转动惯量的理论值；Jb2为第二标准体极转动惯量的理论值；Tb1为加第一标准体后扭摆振动周期；Tb2为加第二标准体后扭摆振动周期；
标准体极转动惯量理论值通过计算得出：如第一标准体的重量为M1、直径为Φ1、长度为L1，则第一标准体的极转动惯量为
极转动惯量准确性标定方法为，按照状态一、状态二、状态三指示，标准体或标准体组合体的理论极转动惯量为J1、J2、J3。用极转动惯量测试设备直接测量，如满足|J1测量－J1理论|/J1理论≤σ，|J2测量－J2理论|/J2理论≤σ，|J3测量－J3理论|/J3理论≤σ，则说明极转动惯量测试设备的测试精度达到实际标称精度，否者为不达到。其中，σσ为设备标称的极转动惯量测试精度指标。
在设计标准体时，满足J1、J2、J3的理论极转动惯量值在设备标称的量程范围内，其有一定差异。在设计标准体时，满足J1、J2、J3的理论极转动惯量值在设备标称的量程范围内，其有一定差异，此时用测试仪测量状态1、2、3中标准体(或组合体)的极转动惯量，且都应满足设备标称的精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种回转体卧极转动惯量测试装置，其特征在于：该装置包括张紧机构(1)、拉簧(2)、装置基体(3)、钢带(4)、前滚转机构(5)、前滚圈(6)、后滚圈(7)、后滚转机构(8)、测量架(9)和电机(10)；
张紧机构(1)和电机(10)在装置基体(3)的内部与装置基体(3)固定连接，前滚转机构(5)和测量架(9)与装置基体(3)固定连接，后滚转机构(8)安装在与测量架(9)上，前滚圈(6)是在前滚转机构(5)的组成部分，后滚圈(7)是后回转机构(8)的组成部分，钢带(4)的上端用螺钉连接在前滚圈(6)上，钢带(4)的下端与拉簧(2)相连接，拉簧(2)连接在张紧机构(1)上，张紧机构(1)与电机(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种回转体卧极转动惯量测试装置及标定方法，其特征在于：待测对象为回转体，测试方式为卧式测试。
3.根据权利要求1所述的一种回转体卧极转动惯量测试装置及标定方法，其特征在于：钢带(4)的上端通过两个螺钉连接在前滚圈(6)上，钢带(4)的下端与拉簧(2)连接，拉簧(2)与张紧机构(1)连接，张紧机构(1)与电机(10)之间的连接方式为链连接。
4.根据权利要求1所述的一种回转体卧极转动惯量测试装置及标定方法，其特征在于：在进行回转体极转动惯量测试时，电机(10)通过链传动带动张紧机构(1)转动，张紧机构(1)带动拉簧(2)和钢带(4)使待测回转体处于张紧状态，释放待测回转体后，待测回转体处于扭振状态，进而测得待测回转体的振动周期。
5.根据权利要求1所述的一种回转体卧极转动惯量测试装置及标定方法，其特征在于：待测回转体装夹在前滚转机构(5)的前滚圈(6)和后滚转机构(8)的后滚圈(7)的内部，前滚圈(6)和后滚圈(7)的内壁为圆形结构。
6.根据权利要求1所述的一种回转体卧极转动惯量测试装置及标定方法，其特征在于：前滚转机构(5)的前滚圈(6)和后滚转机构(8)的后滚圈(7)内各有3块调节垫块，调节垫块具有弧形结构且均匀分布在前滚圈(6)和后滚圈(7)的内壁上，调节垫块一侧与前滚圈(6)及后滚圈(7)用螺钉固定连接，调节垫块与前滚圈(6)和后滚圈(7)的内壁紧密结合，调节垫块的另一侧与待测回转体紧密接触，根据不同的回转体直径测试需求来更换不同高度的调节垫块，满足不同直径回转体极转动惯量的测试需要。
7.根据权利要求1所述的一种回转体卧极转动惯量测试装置，其特征在于：后滚转机构(8)与测量架(9)的连接方式为导轨滑块连接，后滚转机构(8)上的滑块与测量架(9)上的导轨连接，后滚转机构(8)在测量架(9)上做直线移动，满足不同长度回转体极转动惯量测试的需要。
8.一种回转体卧极转动惯量测试装置，其标定方法为：
根据转动定律，测量架和待测回转体所成的系统运动方程为：
式中，J为极转动惯量；K为拉簧的扭转系数；M为阻尼力矩；为角位移；若忽略阻尼的影响有：
式中：
因为：
所以得：
式中，J为扭摆系统本身的极转动惯量J0和待测物体极转动惯量Jd之和；因此上式可写为：
Jd＝J-J0＝AT2-J0 (3)
式中,A是一个常数；
式(3)是测试极转动惯量的计算公式，由式(3)可知，如果A与J0给定，只要测出测量架加载待测回转体后的振动周期T，就可以算出待测回转体的极转动惯量Jd。
9.根据权利要求1所述的一种回转体卧极转动惯量测试装置,其特征在于：由于不能直接测出测量架加载待测回转体后的振动周期T，因此需要使用两个标准体参与计算，测定A和J0的方法为：
首先，测试装置上放置第一标准体，测试振动周期Tb1；根据式(3)有：
然后，测试装置上放置第二标准体，测试其振动周期Tb2，有：
由式(4)和式(5)可得：
式中，Jb1为第一标准体极转动惯量的理论值；Jb2为第二标准体极转动惯量的理论值；Tb1为加第一标准体后扭摆振动周期；Tb2为加第二标准体后扭摆振动周期；
标准体极转动惯量理论值通过计算得出：如第一标准体的重量为M1、直径为Φ1、长度为L1，则第一标准体的极转动惯量为
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