CN113639925A - 质心测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种质心测量装置，包括一对托架，每一个所述托架包括底座和设于所述底座上的托架体，所述底座的底部沿着托架宽度方向设有支撑部，所述支撑部的中心线与所述托架质心处于同一竖直方向；所述托架体沿着托架长度方向的两侧均设有用于固定角钢的固定部，且一对托架体两侧的固定部均处于同一水平位置，所述角钢用于在测量前连接并固定一对所述托架；本发明还公开了一种质心测量方法；本发明用于外表易损、外表不能承受大的接触应力等产品轴向质心测量。

Description

质心测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是一种质心测量装置及测量方法。

背景技术

生产过程中常常需要对产品的质心进行测量，比如固体火箭发动机需要测量轴向质心参数作为固体导弹控制输入参数，一般希望越准确越好。而现有很多固体火箭发动机表面喷涂软质易损防热涂料、燃烧室壳体采用非金属。表面易损，不能承受大的接触应力，生产过程中测量这类产品质心存在测量偏差范围大或者准确测量则容易损伤表面的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种无损、简易、误差小的质心测量装置及测量方法，本发明用于外表易损、外表不能承受大的接触应力等产品(如表面易损涂抹防热涂层或者非金属壳体固体火箭发动机)轴向质心测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种质心测量装置，包括一对托架，每一个所述托架包括底座和设于所述底座上的托架体，所述底座的底部沿着托架宽度方向设有支撑部，所述支撑部的中心线与所述托架质心处于同一竖直方向；所述托架体沿着托架长度方向的两侧均设有用于固定角钢的固定部，且一对托架体两侧的固定部均处于同一水平位置，所述角钢用于在测量前连接并固定一对所述托架。

作为本发明的进一步改进，所述托架体上与被测产品的接触面上设有毛毡。

作为本发明的进一步改进，所述底座与所述托架体通过螺钉进行连接。

作为本发明的进一步改进，所述固定部为螺孔，所述角钢通过螺钉固定于所述托架体的两侧。

本发明还提供了一种质心测量方法，采用如上所述的质心测量装置，所述的质心测量方法包括以下步骤：

(1)水平地面上放置相同的磅秤，使得磅秤高度一致；

(2)用两个相同固定长度的角钢连接固定两个托架，由于固定部的螺孔处于同一水平位置，两个托架处于同一水平高度；两个托架固定后将两个托架分别放置在两个磅秤上，在固定前分别测量两个托架重量，记为mt1和mt2；

(3)将被测产品平稳吊放在托架上，放置完毕后，拆除托架两侧固定的角钢，记录两个磅秤称重质量分别为m1和m2，记录一对托架的底座中心距离到被测产品指定端面的距离分别为L1和L2，则被测产品的质量m＝m1+m2-mt1-mt2；

(4)分析两个托架受磅秤的作用力，分别为竖直方向支撑力Fw1和Fw2，也即称重结果质量m1和m2所对应的重力，以及水平方向的摩擦力f1和f2，f1和f2大小相等，方向相反，设底座底部的支撑部沿着托架长度方向的宽度为b，一对托架底座受力中心可能与托架底座中心不在同一轴向位置，两者相距最大为±b/2，假设产品质心距离所述指定端面距离为L，那么由力学关系及质心原理有如下关系式：

进而得到：

从而得到被测产品的质心位置。

本发明的有益效果是：

1、该测试方法原理简单易懂，对人员要求低。

2、该方法实施便捷，设备要求低，无需专用质心测试设备。

3、测到产品质心散差小，准确度高。

4、不易损伤被测物体易损表面。

附图说明

图1为本发明实施例中托架的侧视图；

图2为本发明实施例中托架的主视图；

图3为本发明实施例中测试前固定放置状态的示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明实施例中测试时的示意图；

图6为图5的侧视图。

附图标记：

1、底座，2、托架体，3、支撑部，4、螺孔，5、螺钉，6、角钢，7、毛毡，8、磅秤，9、被测产品，10、指定端面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

如图1和图2所示，设计托架，记录和标记托架自身质心位置。托架上部与被测产品9接触部位粘接毛毡7，同时保证接触面积足够，减小接触应力。托架下部为两个支撑的底座1，底座1与支撑面采用窄边的支撑部3，以便测量支点至质心坐标系原点(或指定端面10)散差小，托架分别放置在称重磅秤8上，被测产品9放置托架上，记录各支点距质心坐标系原点(或指定端面10)距离，各支点对应磅秤8称重结果，计算出托架与被测产品9整体质心，由于托架质心已知，根据质心原理进一步计算出产品质心。

下面以测量圆柱型产品(如固体火箭发动机)质心为例，进一步描述具体实施步骤。

(1)设计托架如图1和图2所示，与被测产品9接触部位粘接一定厚度毛毡7，保证粘接毛毡7后毛毡7半径R稍大于被测产品9的半径，使得接触为软接触，托架下部为底座1，底座1与托架体2连接固定，本示例采用螺钉5固定，保证底座1的支撑部3的中心线和托架质心处于同一竖直方向、和托架半圆柱轴线垂直；托架体2侧边开设两个或者多个螺孔4，多个螺孔4处于同一水平位置；托架上部宽度B要大，保证与产品接触面积大，接触应力小，底座1支撑部3尺寸b要小，以便后续称重结果偏差小，同样设计的托架数量为两个。

(2)水平地面上放置相同的磅秤8，使得磅秤8高度一致，如图3-图6所示。

(3)用两个相同固定长度的角钢6连接固定两个托架，由于固定的螺钉处于同一水平位置，两个托架处于同一水平高度；两个托架固定后两个托架分别放置在两个磅秤8上，如图3和图4所示，在固定前分别测量两个托架重量，记为mt1、mt2。

(4)将被测产品9平稳吊放在托架上，放置完毕后，拆除托架两侧固定角钢6，记录磅秤8的称重质量分别为m1、m2，记录托架底座1中心距离指定端面10的距离分别为L1、L2，如图5所示，那么被测产品9的质量m＝m1+m2-mt1-mt2。

(5)分析两个托架受磅秤8的作用力，为竖直方向支撑力Fw1、Fw2(也即称重结果质量m1、m2所对应的重力)，以及水平方向的摩擦力f1、f2(可以看出f1、f2大小相等，方向相反)，各个托架底座1受力中心可能与托架底座1中心不在同一轴向位置，理论上两者相距最大为±b/2，假设被测产品9质心距离指定端面距离为L，那么由力学关系及质心原理有如下关系式：

从公式可以看出，不考虑称重设备自身精度及尺寸测量精度，本方法测量的轴向质心不确定度即为±b/2，即跟托架底部受力面宽度有关，通过将托架底部宽度尺寸b设置的比较小，因此该方法做到对质心的测试偏差小。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种质心测量装置，其特征在于，包括一对托架，每一个所述托架包括底座和设于所述底座上的托架体，所述底座的底部沿着托架宽度方向设有支撑部，所述支撑部的中心线与所述托架质心处于同一竖直方向；所述托架体沿着托架长度方向的两侧均设有用于固定角钢的固定部，且一对托架体两侧的固定部均处于同一水平位置，所述角钢用于在测量前连接并固定一对所述托架。

2.根据权利要求1所述的质心测量装置，其特征在于，所述托架体上与被测产品的接触面上设有毛毡。

3.根据权利要求1所述的质心测量装置，其特征在于，所述底座与所述托架体通过螺钉进行连接。

4.根据权利要求1所述的质心测量装置，其特征在于，所述固定部为螺孔，所述角钢通过螺钉固定于所述托架体的两侧。

5.一种质心测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的质心测量装置，所述的质心测量方法包括以下步骤：

(1)水平地面上放置相同的磅秤，使得磅秤高度一致；

(2)用两个相同固定长度的角钢连接固定两个托架，由于固定部的螺孔处于同一水平位置，两个托架处于同一水平高度；两个托架固定后将两个托架分别放置在两个磅秤上，在固定前分别测量两个托架重量，记为mt1和mt2；

(3)将被测产品平稳吊放在托架上，放置完毕后，拆除托架两侧固定的角钢，记录两个磅秤称重质量分别为m1和m2，记录一对托架的底座中心距离到被测产品指定端面的距离分别为L1和L2，则被测产品的质量m＝m1+m2-mt1-mt2；

(4)分析两个托架受磅秤的作用力，分别为竖直方向支撑力Fw1和Fw2，也即称重结果质量m1和m2所对应的重力，以及水平方向的摩擦力f1和f2，f1和f2大小相等，方向相反，设底座底部的支撑部沿着托架长度方向的宽度为b，一对托架底座受力中心可能与托架底座中心不在同一轴向位置，两者相距最大为±b/2，假设产品质心距离所述指定端面距离为L，那么由力学关系及质心原理有如下关系式：

进而得到：

从而得到被测产品的质心位置。

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