CN111207886B - 机械零部件重心测试方法 - Google Patents

机械零部件重心测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机械零部件重心测试方法，包括以下步骤：在铸铁平台上用支撑柱将测试平台垫起，将三个传感器分别安装在测试平台的下表面靠近边缘位置，三个传感器之间连线构成三角形；螺栓拧入螺纹孔中，然后拿走支撑柱；旋松螺栓放下测试平台，使传感器的圆柱头压在铸铁平台上，读取三个传感器初始压力；将被试零件水平放置并固定，获取被试零件重力G；以其中一个传感器为坐标原点，建立平面直角坐标系，计算出被试零件水平放置时重心的坐标值X0,Y0；将被试零件水平放置并固定，计算出被试零件竖直放置时重心的坐标值X1,Y1，零件的重心坐标即为X0，Y0，Y1。本发明能够为解决大型旋转机械的动平衡问题给出精确的测试数据。

Description

机械零部件重心测试方法
技术领域
本发明涉及一种机械零部件重心测试方法。
背景技术
机械零部件在详细设计过程中，通过三维软件设置密度可以测试出零部件的质量和重心的位置坐标，但是对于已经加工出来的零部件怎么测试出零件的重心坐标这个就比较困难，尤其是对于开铸造模具出来的零部件，因为加工工艺的原因，可能实际铸造出来的零件和三维软件中设计出来的会有一些差异，比如一些铸造圆角、拔模斜度等方面都有可能会出现一些误差，那么加工出来的零件重心坐标就与理论上三维软件里面测出的数值不一致，因此理论数值就失去了参考意义，而如果这些零部件装在一些旋转机械上的话，对旋转机械的动平衡就会产生比较大的影响，因此测试出零部件的真实坐标值就显得尤为重要。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种能够测出零部件真实重心的测试方法，让零部件的重心坐标不仅仅限于理论参考，能够真正从实际中解决重心测试的问题，为解决大型旋转机械的动平衡问题给出精确的测试数据。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种机械零部件重心测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在铸铁平台上用三个等高的支撑柱将测试平台垫起，测试平台上具有若干螺纹孔，将水平固定工装安装在测试平台上，将传感器A、传感器B和传感器C分别安装在测试平台的下表面靠近边缘位置，传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形，传感器连接数据采集仪；
2)将螺栓拧入螺纹孔中，拧入螺栓的长度大于支撑柱的高度，然后拿走支撑柱；
3)慢慢旋松螺栓放下测试平台，使传感器的圆柱头压在铸铁平台上，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数即为测试平台及水平放置工装对铸铁平台的初始压力：Fa1、Fb1、Fc1；
4)通过水平固定工装将被试零件水平放置并固定，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数为Fa2、Fb2、Fc2，被试零件的重力在传感器A、传感器B和传感器C上的分力分别为：Fa＝Fa2-Fa1,Fb＝Fb2-Fb1,Fc＝Fc2-Fc1，此时被试零件重力G＝Fa+Fb+Fc；
5)以传感器A为坐标原点，传感器A与传感器B之间连线作为X轴，建立平面直角坐标系，被试零件水平放置时重心O的坐标记为(X0,Y0)；
6)通过海伦公式及重力与分力的关系，计算出被试零件水平放置时重心的坐标值X0,Y0，计算步骤如下：
根据海伦公式：
Figure BDA0002373274470000021
Figure BDA0002373274470000022
Figure BDA0002373274470000023
Figure BDA0002373274470000024
其中，S_ABC为传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形的面积，S_ABO为传感器A、传感器B和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，S_ACO为传感器A、传感器C和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，S_BCO为传感器B、传感器C和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，AB为传感器A和传感器B之间距离，AC为传感器A和传感器C之间距离，BC为传感器B和传感器C之间距离，AO为传感器A和被试零件重心O之间距离，BO为传感器B和被试零件重心O之间距离，CO为传感器C和被试零件重心O之间距离；
根据三角形面积及力矩平衡公式：
S_ABC＝AB*h2 (5)
S_ABO＝AB*h1 (6)
G*h1＝Fc*h2 (7)
S_ACO＝AC*h3 (8)
G*h3＝Fb*h4 (9)
S_BCO＝BC*h5 (10)
G*h5＝Fa*h6 (11)
其中，h1为被试零件重心O到传感器A与传感器B之间连线的垂直距离，h2为传感器C到传感器A与传感器B之间连线的垂直距离，h3为被试零件重心O到传感器A与传感器C之间连线的垂直距离，h4为传感器B到传感器A与传感器C之间连线的垂直距离，h5为被试零件重心O到传感器B与传感器C之间连线的垂直距离，h6为传感器A到传感器B与传感器C之间连线的垂直距离；
根据公式(7)可以计算出h1，h1＝Y0；
根据公式(1)、(2)、(5)、(6)、(7)可得出：
Figure BDA0002373274470000031
根据公式(1)、(3)、(5)、(8)、(9)可得出：
Figure BDA0002373274470000032
根据公式(1)、(4)、(5)、(10)、(11)可得出：
Figure BDA0002373274470000033
根据公式(12)、(13)、(14)计算得出AO、BO、CO；
根据直角三角形斜边计算公式：
XO2+Y02＝A02 (15)
即可计算出X0。
7)再旋紧螺栓将测试平台抬升，时传感器悬空，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数恢复至零，拆下水平固定工装，将竖直固定工装安装在测试平台上；
8)重复步骤3)至6)，通过竖直固定工装将被试零件竖直放置并固定，被试零件竖直放置时重心O的坐标记为(X1,Y1)，计算出被试零件竖直放置时重心的坐标值X1，Y1，零件的重心坐标即为X0，Y0，Y1。
进一步的，所述螺纹孔在测试平台上呈矩形阵列排布。
进一步的，所述测试平台四周设有若干吊环，用于起吊装运测试平台。
进一步的，所述螺栓下端垫一层L型的塑料垫片，防止损坏铸铁平台。
有益效果：本发明能够解决工程实际中零部件重心的测试问题，对于解决旋转机器的动平衡问题提供了非常宝贵的数据，能够真正将产品的重心测试问题具体化、实际化，而不是目前的仅仅依据理论软件测出来的数据，对于在解决零件实际加工过程中由于工艺等问题导致实际零件与理论设计不完全一致的情况下，引起的重心测试问题，提供了非常有效的解决方法。
附图说明
图1为测试方法的测试平台安装结构示意图；
图2为传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形示意图；
图3为力矩平衡示意图；
图中：1-铸铁平台；2-测试平台；3-螺纹孔；4-吊环；5-放大器；6-数据采集仪；A-传感器A；B-传感器B；C-传感器C；O-被试零件重心。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
本发明的一种机械零部件重心测试方法，包括以下步骤：
1)如图1所示，在铸铁平台上用三个等高的支撑柱将测试平台垫起，测试平台上呈矩形阵列排布若干螺纹孔，测试平台四周设有若干吊环，用于起吊装运测试平台，将水平固定工装安装在测试平台上，将传感器A、传感器B和传感器C分别安装在测试平台的下表面靠近边缘位置，传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形，传感器通过放大器连接数据采集仪，经过放大器将三个传感器的压力信号转换成电压信号，最终在数据采集仪的显示面板上表现出来；
2)将螺栓拧入螺纹孔中，拧入螺栓的长度大于支撑柱的高度，使其顶住铸铁平台，然后拿走支撑柱，为防止损坏铸铁平台，螺栓下端垫一层L型的塑料垫片；
3)慢慢旋松螺栓放下测试平台，使传感器的圆柱头压在铸铁平台上，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数即为测试平台及水平放置工装对铸铁平台的初始压力：Fa1、Fb1、Fc1；
4)通过水平固定工装将被测零件水平放置并固定，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数为Fa2、Fb2、Fc2，被试零件的重力在传感器A、传感器B和传感器C上的分力分别为：Fa＝Fa2-Fa1,Fb＝Fb2-Fb1,Fc＝Fc2-Fc1，此时被试零件重力G＝Fa+Fb+Fc；
5)如图2所示，以传感器A为坐标原点，传感器A与传感器B之间连线作为X轴，建立平面直角坐标系，被试零件水平放置时重心O的坐标记为(X0,Y0)；
6)通过海伦公式及重力与分力的关系，计算出被试零件水平放置时重心的坐标值X0,Y0，计算步骤如下：
根据海伦公式：
Figure BDA0002373274470000041
Figure BDA0002373274470000042
Figure BDA0002373274470000043
Figure BDA0002373274470000051
其中，S_ABC为传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形的面积，S_ABO为传感器A、传感器B和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，S_ACO为传感器A、传感器C和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，S_BCO为传感器B、传感器C和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，AB为传感器A和传感器B之间距离，AC为传感器A和传感器C之间距离，BC为传感器B和传感器C之间距离，AO为传感器A和被试零件重心O之间距离，BO为传感器B和被试零件重心O之间距离，CO为传感器C和被试零件重心O之间距离；
如图2和3所示，根据三角形面积及力矩平衡公式：
S_ABC＝AB*h2 (5)
S_ABO＝AB*h1 (6)
G*h1＝Fc*h2 (7)
S_ACO＝AC*h3 (8)
G*h3＝Fb*h4 (9)
S_BCO＝BC*h5 (10)
G*h5＝Fa*h6 (11)
其中，h1为被试零件重心O到传感器A与传感器B之间连线的垂直距离，h2为传感器C到传感器A与传感器B之间连线的垂直距离，h3为被试零件重心O到传感器A与传感器C之间连线的垂直距离，h4为传感器B到传感器A与传感器C之间连线的垂直距离，h5为被试零件重心O到传感器B与传感器C之间连线的垂直距离，h6为传感器A到传感器B与传感器C之间连线的垂直距离；
根据公式(7)可以计算出h1，h1＝Y0；
根据公式(1)、(2)、(5)、(6)、(7)可得出：
Figure BDA0002373274470000052
根据公式(1)、(3)、(5)、(8)、(9)可得出：
Figure BDA0002373274470000053
根据公式(1)、(4)、(5)、(10)、(11)可得出：
Figure BDA0002373274470000061
根据公式(12)、(13)、(14)计算得出AO、BO、CO；
根据直角三角形斜边计算公式：
XO2+Y02＝A02 (15)
即可计算出X0。
7)再旋紧螺栓将测试平台抬升，时传感器悬空，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数恢复至零，拆下水平固定工装，将竖直固定工装安装在测试平台上；
8)重复步骤3)至6)，通过竖直固定工装将被试零件竖直放置并固定，被试零件竖直放置时重心O的坐标记为(X1,Y1)，计算出被试零件竖直放置时重心的坐标值X1,Y1，零件的重心坐标即为X0，Y0，Y1。
以下为被试零件重心坐标计算示例：
如2和3图所示，测试平板的尺寸为1米x1米，传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形；AB＝940mm，AC＝BC＝1050.95mm；FA＝152.1797155，FB＝152.441987。FC＝207.9190814，G＝FA+FB+FC；
O为测试部件水平放置的重心，坐标记为(X0,Y0)；A点的坐标为(0，0)；B点的坐标为(0，940)；C点的坐标为(470，940)；
设：OA＝a,OB＝b,OC＝c；
S_ABC＝AB*h2；S_ABO＝AB*h1；S_ABO/S_ABC＝h1/h2；G*h1＝FC*h2；
h1/h2＝FC/G；FC,G，h2均已知，即可算出h1＝Y0＝381.325；
S_ABO/S_ABC＝FC/G；
根据海伦公式：
Figure BDA0002373274470000062
同理可以推出：
Figure BDA0002373274470000063
Figure BDA0002373274470000064
Figure BDA0002373274470000065
可以算出a,b,c的值，a＝605.42，b＝605.046，c＝558.675；
已知C点的坐标(470，940)，O点的坐标(X0,Y0)；直线OC的长度：(470-X0)2+(940-Y0)2＝c2；或直线OA的长度：X02+Y02＝a2；均可以算出X0的值:X0＝470.239。O点的坐标(470.239，381.325)；
同理可以求出被测零件竖直放置时的重心坐标(Y1，X1)；
被测零件的重心坐标即为(X0，Y0,Y1)。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种机械零部件重心测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在铸铁平台上用三个等高的支撑柱将测试平台垫起，测试平台上具有若干螺纹孔，将水平固定工装安装在测试平台上，将传感器A、传感器B和传感器C分别安装在测试平台的下表面靠近边缘位置，传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形，传感器连接数据采集仪；
2)将螺栓拧入螺纹孔中，拧入螺栓的长度大于支撑柱的高度，然后拿走支撑柱；
3)慢慢旋松螺栓放下测试平台，使传感器A、传感器B和传感器C的圆柱头压在铸铁平台上，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数即为测试平台及水平固定工装对铸铁平台的初始压力：Fa1、Fb1、Fc1；
4)通过水平固定工装将被试零件水平放置并固定，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数为Fa2、Fb2、Fc2，被试零件的重力在传感器A、传感器B和传感器C上的分力分别为：Fa＝Fa2-Fa1,Fb＝Fb2-Fb1,Fc＝Fc2-Fc1，此时被试零件重力G＝Fa+Fb+Fc；
5)以传感器A为坐标原点，传感器A与传感器B之间连线作为X轴，建立平面直角坐标系，被试零件水平放置时重心O的坐标记为(XO,YO)；
6)通过海伦公式及重力与分力的关系，计算出被试零件水平放置时重心的坐标值XO,YO，计算步骤如下：
根据海伦公式：
Figure FDA0003059219140000011
Figure FDA0003059219140000012
Figure FDA0003059219140000013
Figure FDA0003059219140000014
其中，S_ABC为传感器A、传感器B和传感器C之间连线构成三角形的面积，S_ABO为传感器A、传感器B和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，S_ACO为传感器A、传感器C和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，S_BCO为传感器B、传感器C和被试零件重心O之间连线构成三角形的面积，AB为传感器A和传感器B之间距离，AC为传感器A和传感器C之间距离，BC为传感器B和传感器C之间距离，AO为传感器A和被试零件重心O之间距离，BO为传感器B和被试零件重心O之间距离，CO为传感器C和被试零件重心O之间距离；
根据三角形面积及力矩平衡公式：
S_ABC＝AB*h2 (5)
S_ABO＝AB*h1 (6)
G*h1＝Fc*h2 (7)
S_ACO＝AC*h3 (8)
G*h3＝Fb*h4 (9)
S_BCO＝BC*h5 (10)
G*h5＝Fa*h6 (11)
其中，h1为被试零件重心O到传感器A与传感器B之间连线的垂直距离，h2为传感器C到传感器A与传感器B之间连线的垂直距离，h3为被试零件重心O到传感器A与传感器C之间连线的垂直距离，h4为传感器B到传感器A与传感器C之间连线的垂直距离，h5为被试零件重心O到传感器B与传感器C之间连线的垂直距离，h6为传感器A到传感器B与传感器C之间连线的垂直距离；
根据公式(7)可以计算出h1，h1＝YO；
根据公式(1)、(2)、(5)、(6)、(7)可得出：
Figure FDA0003059219140000021
根据公式(1)、(3)、(5)、(8)、(9)可得出：
Figure FDA0003059219140000022
根据公式(1)、(4)、(5)、(10)、(11)可得出：
Figure FDA0003059219140000023
根据公式(12)、(13)、(14)计算得出AO、BO、CO；
根据直角三角形斜边计算公式：
XO2+YO2＝AO2 (15)
即可计算出XO；
7)再旋紧螺栓将测试平台抬升，使传感器A、传感器B和传感器C悬空，此时传感器A、传感器B和传感器C的读数恢复至零，拆下水平固定工装，将竖直固定工装安装在测试平台上；
8)重复步骤3)至6)，通过竖直固定工装将被试零件竖直放置并固定，被试零件竖直放置时重心O的坐标记为(X1,Y1)，计算出被试零件竖直放置时重心的坐标值X1,Y1，零件的重心坐标即为XO，YO，Y1。
2.根据权利要求1所述的一种机械零部件重心测试方法，其特征在于：所述螺纹孔在测试平台上呈矩形阵列排布。
3.根据权利要求1所述的一种机械零部件重心测试方法，其特征在于：所述测试平台四周设有若干吊环，用于起吊装运测试平台。
4.根据权利要求1所述的一种机械零部件重心测试方法，其特征在于：所述螺栓下端垫一层L型的塑料垫片，防止损坏铸铁平台。
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