CN109612634A - 一种对称组合体重心测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种对称组合体重心测量装置及测量方法，该测量装置包括基座、轴承、转轴、置物板、平衡体、定位销、拉绳固定轴、拉绳、电子测力计及水准仪；基座与转轴通过轴承连接，置物板与转轴固定成一体，水准仪安装在置物板上，拉绳固定轴安装在置物板的一侧，拉绳固定轴的中心线与转轴中心线平行，拉绳固定轴的中心线和置物板上表面的距离等于转轴的中心线和置物板上表面的距离，电子测力计通过拉绳与拉绳固定轴连接，平衡体与两个定位销均安装在置物板的另一侧，两个定位销的中心线均与置物板上表面垂直，两个定位销的中心线组成的平面与转轴的中心线平行。该装置结构简单，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低。

Description

一种对称组合体重心测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于重心测量技术领域，具体涉及一种对称组合体重心测量装置与测量方法。

背景技术

飞行器或其组成分系统外形多数为对称组合体，在飞行器或其组成分系统研制各阶段经常需要测量其重心，现有重心测量装置和测量方法多数利用多点称重原理，主要分为三点式称重、四点式称重和四点以上式称重，需要在被测物不同部位安装多个传感器同时测量，并对多个传感器测量数据进行综合处理后才能计算出重心。测量装置结构复杂，成本高，测量数据量大，计算过程繁琐，甚至需要配备专用处理数据计算机或处理器。

发明内容

有鉴于现有装置和方法的缺点，本发明提供了一种对称组合体重心测量装置及测量方法，结构简单，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低。

实现本发明的技术方案如下：

一种对称组合体重心测量装置，包括基座、轴承、转轴、置物板、平衡体、定位销、拉绳固定轴、拉绳、电子测力计及水准仪；其中，基座与转轴通过轴承连接，转轴的中心线与水平面平行，置物板与转轴固定成一体，水准仪安装在置物板上，拉绳固定轴安装在置物板的一侧，拉绳固定轴的中心线与转轴中心线平行，拉绳固定轴的中心线和置物板上表面的距离等于转轴的中心线和置物板上表面的距离，电子测力计通过拉绳与拉绳固定轴连接，平衡体与两个定位销均安装在置物板的另一侧，两个定位销的中心线均与置物板上表面垂直，两个定位销的中心线组成的平面与转轴的中心线平行。

进一步地，本发明所述拉绳穿过拉绳固定轴的中心线与拉绳固定轴连接。

一种利用对称组合体重心测量装置进行的重心测量方法，包括以下步骤：

步骤1、在置物板上滑动平衡体，直到水准仪水平，锁紧平衡体；

步骤2、将组合体安装在置物板上，安装时保证两个定位销与组合体的两个定位销孔配合，使组合体的对称轴在组合体的两个定位销孔中心线组成的平面内；

步骤3、通过电子测力计沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪水平，记录此时电子测力计示数，记为F1；

步骤4、将组合体绕组合体对称轴旋转180°后安装在置物板上，安装时保证两个定位销与组合体两个定位销孔配合；

步骤5、通过电子测力计沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪水平，记录此时电子测力计示数，记为F2；

步骤6、根据步骤3与步骤5获得的力F1与F2，计算出组合体重心和组合体对称轴的距离为L1·(F2－F1)/2mg，其中，L1为拉绳固定轴的中心线和转轴的中心线距离，m为组合体的重量。

进一步地，本发明在执行步骤3和步骤5过程中，电子测力计的拉力从零开始缓慢增加，每次增加电子测力计最小示数值。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明巧妙的利用了对称组合体外形结构特点搭建测量装置，实现组合体绕对称轴180°旋转，简化了测量装置，结构简单。

(2)本发明利用组合体绕对称轴180°旋转前后，重心与对称轴等距反向特点和力矩平衡原理，实现了对称组合体的重心测量，无需安装多个传感器，操作、观察和数据处理方便，成本低。

(3)本发明采用电子测力计测量拉力，实现拉力的可视化测量和以电子测力计最小示数值为每次增加拉力值，有效提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明一种对称组合体重心测量装置示意图。

图2为本发明组合体绕对称轴旋转前测量重心示意图。

图3为本发明组合体绕对称轴旋转180°后测量重心示意图。

其中，1－基座，2－轴承，3－转轴，4－置物板，5－平衡体，6－定位销，7－拉绳固定轴，8－拉绳，9－电子测力计，10－水准仪，11－组合体，12－组合体对称轴，13－组合体重心。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种对称组合体重心测量装置，包括基座1、轴承2、转轴3、置物板4、平衡体5、定位销6、拉绳固定轴7、拉绳8、电子测力计9及水准仪10。其中，基座1固定在地面上，基座1与转轴3通过轴承2连接，置物板4与转轴3可通过螺钉固定成一体，置物板4和转轴3相对基座1绕转轴3的中心线旋转，转轴3的中心线与水平面平行，水准仪10安装在置物板4上表面的右侧，水准仪10的水准轴与转轴3的中心线垂直，水准仪10的水准轴与置物板4上表面平行。拉绳固定轴7安装在置物板4前面的右侧，拉绳固定轴7的中心线与转轴3的中心线平行，拉绳固定轴7的中心线和置物板4上表面的距离等于转轴3的中心线和置物板4上表面的距离，拉绳固定轴7的中心线和转轴3的中心线距离记为L1。拉绳8与拉绳固定轴7连接，拉绳8穿过拉绳固定轴7的中心线，电子测力计9与拉绳8连接。平衡体5安装在置物板4上表面的左侧，平衡体5可以相对于置物板4进行滑动和锁紧。两个定位销6安装在置物板4上表面的左侧，两个定位销6的中心线均与置物板4上表面垂直，两个定位销6的中心线组成的平面与转轴3的中心线平行，两个定位销6的中心线组成的平面与转轴3的中心线距离记为L2。两个定位销6外圆尺寸相同，组合体的两个定位销孔尺寸相同，两个定位销6外圆尺寸和组合体的两个定位销孔尺寸为小间隙配合，且组合体对称轴在组合体的两个定位销孔的中心线组成的平面内。

本发明实施例巧妙的利用了对称组合体外形结构特点搭建测量装置，实现组合体绕对称轴180°旋转，简化了测量装置，利用旋转前后重心与对称轴等距反向特点和力矩平衡原理，实现了对称组合体的重心测量。

本发明还提供一种采用对称组合体重心测量装置进行的重心测量方法，具体如下：

步骤1、如图1所示，不安装组合体11，在置物板4上滑动平衡体5，直到水准仪10水平，锁紧平衡体5；

步骤2、如图2所示，将组合体11安装在置物板4上，安装时保证两个定位销6与组合体11的两个定位销孔配合，实现组合体11的准确定位；

步骤3、如图2所示，通过电子测力计9沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，拉力从零开始缓慢增加，每次增加电子测力计9最小示数值，施加拉力过程中观察水准仪10，直到水准仪10水平，记录此时电子测力计9示数，记为F1；

依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：

(F1·L1)－F·(L2－A)－M＝0······(1)

其中，F为组合体的重力，A为组合体重心和组合体对称轴的距离，M为摩擦力矩；

步骤4、如图3所示，将组合体11绕组合体对称轴12旋转180°后安装在置物板4上，安装时保证两个定位销6与组合体11两个定位销孔配合，实现组合体的再次准确定位；

步骤5、如图3所示，通过电子测力计9沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，拉力从零开始缓慢增加，每次增加电子测力计9最小示数值，施加拉力过程中观察水准仪10，直到水准仪10水平，记录此时电子测力9计示数，记为F2；

依据力矩平衡原理列水准仪水平时的力学平衡方程式如下：

(F2·L1)－F·(L2+B)－M＝0······(2)

其中，F为组合体的重力，B为组合体重心和组合体对称轴的距离，M为摩擦力矩；

步骤6、根据实施例一所述的结构特性，可以看出步骤2和步骤4两次安装定位组合体11时，组合体重心13绕组合体对称轴12旋转了180°，即步骤2和步骤4中的组合体重心13和组合体对称轴12的距离相等，即

A＝B······(3)

步骤7、根据牛顿定律列重力计算方程，即

F＝mg·····(4)

其中，m为组合体的重量，g为重力加速度；

步骤8、解方程式(1)、(2)(3)、(4)组合，得到组合体重心13和组合体对称轴12的距离：

A＝B＝L1·(F2－F1)/2mg

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种对称组合体重心测量装置，其特征在于，包括基座(1)、轴承(2)、转轴(3)、置物板(4)、平衡体(5)、定位销(6)、拉绳固定轴(7)、拉绳(8)、电子测力计(9)及水准仪(10)；其中，基座(1)与转轴(3)通过轴承(2)连接，转轴(3)的中心线与水平面平行，置物板(4)与转轴(3)固定成一体，水准仪(10)安装在置物板(4)上，拉绳固定轴(7)安装在置物板的一侧，拉绳固定轴(7)的中心线与转轴(3)中心线平行，拉绳固定轴(7)的中心线和置物板(4)上表面的距离等于转轴(3)的中心线和置物板(4)上表面的距离，电子测力计(9)通过拉绳(8)与拉绳固定轴(7)连接，平衡体(5)与两个定位销(6)均安装在置物板(4)的另一侧，两个定位销(6)的中心线均与置物板(4)上表面垂直，两个定位销(6)的中心线组成的平面与转轴(3)的中心线平行。

2.根据权利要求1所述对称组合体重心测量装置，其特征在于，所述拉绳(8)穿过拉绳固定轴(7)的中心线与拉绳固定轴(7)连接。

3.一种利用对称组合体重心测量装置进行的重心测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在置物板(4)上滑动平衡体(5)，直到水准仪(10)水平，锁紧平衡体(5)；

步骤2、将组合体(11)安装在置物板(4)上，安装时保证两个定位销(6)与组合体(11)的两个定位销孔配合，使组合体(11)的对称轴在组合体(11)的两个定位销孔中心线组成的平面内；

步骤3、通过电子测力计(9)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(10)水平，记录此时电子测力计(9)示数，记为F1；

步骤4、将组合体(11)绕组合体对称轴(12)旋转180°后安装在置物板(4)上，安装时保证两个定位销(6)与组合体(11)两个定位销孔配合；

步骤5、通过电子测力计(9)沿铅垂线竖直向下方向施加拉力，直到水准仪(10)水平，记录此时电子测力计(9)示数，记为F2；

步骤6、根据步骤3与步骤5获得的力F1与F2，计算出组合体重心(13)和组合体对称轴(12)的距离为L1·(F2－F1)/2mg，其中，L1为拉绳固定轴(7)的中心线和转轴(3)的中心线距离，m为组合体的重量。

4.根据权要求3所述利用对称组合体重心测量装置进行的重心测量方法，其特征在于，在执行步骤3和步骤5过程中，电子测力计(9)的拉力从零开始缓慢增加，每次增加电子测力计(9)最小示数值。