CN110285921B - 一种测量转动惯量用的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量转动惯量用的实验装置及方法,解决现有技术中测量范围小、准确度不高和对被测物体的形状有要求等问题,基本不能实现测量物体任意轴线上的转动惯量的问题;其解决的技术方案是:包括支撑架,支撑架内有第一转动架,第一转动架内有第二转动架,第二转动架内有第三转动架,第三转动架内有固定装置,支撑架的下方有控制箱,控制箱内有主控制器,控制箱表面有显示器,控制按钮;支撑架与控制箱中间安装有一个伺服电机,伺服电机的输出端与支撑架的下端相连,伺服电机内安有减速器,变速箱,角速度测量装置,电压电流传感器;能实现不同形状,不同轴线的转动惯量的测量,操作简单,实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及物理实验研究装置,特别是一种测量转动惯量用的实验装置及方法。
背景技术
现有技术中测量转动惯量一般采用扭摆法、落体法和三摆线法,这三种方法测量转动惯量各有优劣,但是普遍存在着测量范围小、准确度不高和对被测物体的形状有要求等问题,基本不能实现测量物体任意轴线上的转动惯量;为此,急需发明一种测量转动惯量用的实验装置及方法,解决现有技术中测量范围小、准确度不高和对被测物体的形状有要求等问题,基本不能实现测量物体任意轴线上的转动惯量的问题。
发明内容
针对上述情况,为解决现有技术中存在的问题,本发明之目的就是提供一种测量转动惯量用的实验装置及方法,可有效解决现有技术中测量范围小、准确度不高和对被测物体的形状有要求等问题,基本不能实现测量物体任意轴线上的转动惯量的问题。
其解决的技术方案是:包括竖直放置的圆环形支撑架,支撑架内安装有一个竖直放置的圆环形第一转动架,第一转动架可绕其水平轴线转动并可被固定,第一转动架内安装有一个前后方向的环形第二转动架,第二转动架可绕其竖直轴线转动并可被固定,第二转动架内安装有一个水平放置的圆环形第三转动架,第三转动架可绕其前后方向的轴线转动并可被固定,第三转动架内安装有固定被测物体的固定装置;
所述的支撑架的下方安装有一个控制箱,控制箱内具有控制伺服电机转动并收集控制伺服电机运转数据的主控制器,控制箱表面设置有显示器,控制按钮;支撑架与控制箱中间安装有一个伺服电机,伺服电机的输出端与支撑架的下端相连,伺服电机内安有减速器,变速箱,角速度测量装置,电压电流传感器。
本发明构思新颖,结构巧妙,实用性强,能实现不同形状,不同轴线的转动惯量的测量,操作简单,实用性强。
附图说明
图1为本发明使用过程中的示意图。
图2为本发明第一转动架,第二转动架,第三转动架之间连接的立体图。
图3为本发明固定装置的主视剖面图。
图4为本发明第三转动架与第二转动架之间连接的剖视图。
图5为本发明图4的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
由图1至图5给出,本发明包括竖直放置的圆环形支撑架1,支撑架1内安装有一个竖直放置的圆环形第一转动架2,第一转动架2可绕其水平轴线转动并可被固定,第一转动架2内安装有一个前后方向的环形第二转动架3,第二转动架3可绕其竖直轴线转动并可被固定,第二转动架3内安装有一个水平放置的圆环形第三转动架4,第三转动架4可绕其前后方向的轴线转动并可被固定,第三转动架4内安装有固定被测物体15的固定装置;
所述的支撑架1的下方安装有一个控制箱5,控制箱5内具有控制伺服电机8转动并收集控制伺服电机8运转数据的主控制器,控制箱5表面设置有显示器6,控制按钮7;支撑架1与控制箱5中间安装有一个伺服电机8,伺服电机8的输出端与支撑架1的下端相连,伺服电机8内安有减速器,变速箱,角速度测量装置,电压电流传感器。
为了实现第一转动架2可绕其水平轴线转动并可被固定,所述的支撑架1上内壁的左右两侧各固定有一个左右方向水平的固定轴9,固定轴9贯穿第一转动架2且与第一转动架2之间连接有轴承,第一转动架2的外壁上安装有一个连接块10,连接块10上下两端各螺纹连接有一个螺柱11,螺柱11的下端为尖端且可与固定轴9接触;当螺柱11不与固定轴9接触时,第一转动架2可绕固定轴9转动,转动螺柱11,螺柱11向下移动使得尖端扎入固定轴9,第一转动架2不可转动,位置被固定。
为了实现第二转动架3可绕其竖直轴线转动并可被固定,所述的第一转动架2内壁的上下两侧各固定有一个竖直的固定轴9,固定轴9贯穿第二转动架3且与第二转动架3之间连接有轴承,第二转动架3的外壁上安装有一个连接块10,连接块10上下两端各螺纹连接有一个螺柱11,螺柱11的下端为尖端且可与固定轴9接触;当螺柱11不与固定轴9接触时,第二转动架3可绕固定轴9转动,转动螺柱11,螺柱11向下移动使得尖端扎入固定轴9,第二转动架3不可转动,位置被固定。
为了实现第三转动架4可绕其前后方向的水平轴线转动并可被固定,所述的第二转动架3内壁的上下两侧各固定有一个前后方向水平的固定轴9,固定轴9贯穿第三转动架4且与第三转动架4之间连接有轴承,第三转动架4的外壁上安装有一个连接块10,连接块10上下两端各螺纹连接有一个螺柱11,螺柱11的下端为尖端且可与固定轴9接触;当螺柱11不与固定轴9接触时,第三转动架4可绕固定轴9转动,转动螺柱11,螺柱11向下移动使得尖端扎入固定轴9,第三转动架4不可转动,位置被固定。
为了实现被测物体15可被固定在第三转动架4上,所述的固定装置包括多个均布在第三转动架4内壁上的可调节固定架,每个可调节固定架均包括一个固定在第三转动架4上的径向的固定杆12,每个固定杆12内均连接有一个与固定杆12轴线重合且可沿固定杆12轴线移动的连接杆13,每个连接杆13上均安装有一个与连接杆13轴线重合且可沿轴线移动的顶杆14;可根据物体的实际形状,调整顶杆14相对于第三转动架4内壁的距离,最终夹紧被测物体15。
所述的连接杆13与固定杆12之间通过螺纹连接,顶杆14与连接杆13之间通过螺纹连接,旋转顶杆14或连接杆13可实现顶杆14或连接杆13的轴向移动,可根据被测物体15的具体形状,对被测物体15进行夹紧。
本发明具体的使用方法为:
1,将待测物通过可调节固定架固定在第三转动架4上,根据需要测量的转动轴调节第一转动架2、第二转动架3和第三转动架4之间的相对方位(转动架之间可以相互转动),使得需要测量的转动轴和电机输出轴同轴。
2,在调节好需要测量的转动轴的方位后,即,调节好第一转动架2、第二转动架3和第三转动架4之间的相对方位后,可旋转对应的螺栓,使得对应的螺栓的尖端扎入对应的固定轴9,使得第一转动架2,第二转动架3,第三转动架4之间无法相对转动。
负载启动时电机转动方程式:
4,空载启动:在停机后,将被测物体15从可调节固定架上取下,第一转动架2、第二转动架3和第三转动架4之间保持之前测量时的锁死状态,并将可调节固定架恢复到安装被测物时的位置,再次启动伺服电机8,在加速阶段持续测量电机空载时的电压,电流,角速度,获得其和时间变化曲线,在加速阶段完成后停机;
空载启动时电机转动方程式:
值得注意的是,为了保证在被测物体15能回复到安装被测物体15时的状态,所述的连接杆13顶杆14的外端面上设置有刻度,固定杆12与连接杆13,连接杆13与顶杆14之间通过螺纹连接,转动连接杆13与顶杆14,可根据刻度轻松回复到安装被测物体15时的状态。
本发明通过第一转动架2,第二转动架3,第三转动架4的配合作用,可实现测量被测物体15任意轴上的转动惯量的测量,操作简单。
本发明通过顶杆14,连接杆13的配合作用,可实现任意形状的物体的转动惯量的测量,能实现较大的测量范围,达到很高的测量准确度。
本发明构思新颖,结构巧妙,实用性强,能实现不同形状,不同轴线的转动惯量的测量,操作简单,实用性强。
Claims (10)
1.一种测量转动惯量用的实验装置,其特征在于,包括竖直放置的圆环形支撑架(1),支撑架(1)内安装有一个竖直放置的圆环形第一转动架(2),第一转动架(2)可绕其水平轴线转动并可被固定,第一转动架(2)内安装有一个前后方向的环形第二转动架(3),第二转动架(3)可绕其竖直轴线转动并可被固定,第二转动架(3)内安装有一个水平放置的圆环形第三转动架(4),第三转动架(4)可绕其前后方向的轴线转动并可被固定,第三转动架(4)内安装有固定被测物体(15)的固定装置;
所述的支撑架(1)的下方安装有一个控制箱(5),控制箱(5)内具有控制伺服电机(8)转动并收集控制伺服电机(8)运转数据的主控制器,控制箱(5)表面设置有显示器(6),控制按钮(7);支撑架(1)与控制箱(5)中间安装有一个伺服电机(8),伺服电机(8)的输出端与支撑架(1)的下端相连,伺服电机(8)内安有减速器,变速箱,角速度测量装置,电压电流传感器。
2.根据权利要求1所述的一种测量转动惯量用的实验装置,其特征在于,所述的支撑架(1)上内壁的左右两侧各固定有一个左右方向水平的固定轴(9),固定轴(9)贯穿第一转动架(2)且与第一转动架(2)之间连接有轴承,第一转动架(2)的外壁上安装有一个连接块(10),连接块(10)上下两端各螺纹连接有一个螺柱(11),螺柱(11)的下端为尖端且可与固定轴(9)接触。
3.根据权利要求1所述的一种测量转动惯量用的实验装置,其特征在于,所述的第一转动架(2)内壁的上下两侧各固定有一个竖直的固定轴(9),固定轴(9)贯穿第二转动架(3)且与第二转动架(3)之间连接有轴承,第二转动架(3)的外壁上安装有一个连接块(10),连接块(10)上下两端各螺纹连接有一个螺柱(11),螺柱(11)的下端为尖端且可与固定轴(9)接触。
4.根据权利要求1所述的一种测量转动惯量用的实验装置,其特征在于, 所述的第二转动架(3)内壁的上下两侧各固定有一个前后方向水平的固定轴(9),固定轴(9)贯穿第三转动架(4)且与第三转动架(4)之间连接有轴承,第三转动架(4)的外壁上安装有一个连接块(10),连接块(10)上下两端各螺纹连接有一个螺柱(11),螺柱(11)的下端为尖端且可与固定轴(9)接触。
5.根据权利要求1所述的一种测量转动惯量用的实验装置,其特征在于, 所述的固定装置包括多个均布在第三转动架(4)内壁上的可调节固定架,每个可调节固定架均包括一个固定在第三转动架(4)上的径向的固定杆(12),每个固定杆(12)内均连接有一个与固定杆(12)轴线重合且可沿固定杆(12)轴线移动的连接杆(13),每个连接杆(13)上均安装有一个与连接杆(13)轴线重合且可沿轴线移动的顶杆(14)。
6.根据权利要求5所述的一种测量转动惯量用的实验装置,其特征在于, 所述的连接杆(13)与固定杆(12)之间通过螺纹连接,顶杆(14)与连接杆(13)之间通过螺纹连接,旋转顶杆(14)或连接杆(13)可实现顶杆(14)或连接杆(13)的轴向移动,可根据被测物体(15)的具体形状,对被测物体(15)进行夹紧。
7.根据权利要求1所述的一种测量转动惯量用的实验装置的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1),将待测物通过可调节固定架固定在第三转动架(4)上,根据需要测量的转动轴调节第一转动架(2)、第二转动架(3)和第三转动架(4)之间的相对方位,使得需要测量的转动轴和电机输出轴同轴;
2),在调节好需要测量的转动轴的方位后,即,调节好第一转动架(2)、第二转动架(3)和第三转动架(4)之间的相对方位后,可旋转对应的螺栓,使得对应的螺栓的尖端扎入对应的固定轴(9),使得第一转动架(2),第二转动架(3),第三转动架(4)之间无法相对转动;
4),空载启动:在停机后,将被测物体(15)从可调节固定架上取下,第一转动架(2)、第二转动架(3)和第三转动架(4)之间保持之前测量时的锁死状态,并将可调节固定架恢复到安装被测物时的位置,再次启动伺服电机(8),在加速阶段持续测量电机空载时的电压,电流,角速度,获得其和时间变化曲线,在加速阶段完成后停机,计算出空载启动时的转动惯量:;
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