CN201532283U - 用于实现质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构 - Google Patents

Abstract

一种用于实现质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构，其特征在于：所述测量机构包括在其中心部位设置有旋转立轴(14)的机座(1)，安装在旋转立轴上端的支撑托板(13)，环绕支撑托板底面周边设置的三组称重传感器(2)，通过连接件安装在支撑托板上的L支架(4)；在L支架的立梁上通过由蜗轮蜗杆组成的驱动及换档机构(6)驱动的旋转横轴(20)、以及以与旋转横轴相平行设置的从动轴(8)，在旋转横轴上安装有由扇形齿轮A(19)和全齿齿轮B(5)组成的与从动轴(8)上的从动齿轮(18)相啮合的双联齿轮，该双联齿轮可以通过拨叉(23)在旋转横轴上自由滑动；在从动轴(8)的轴端有用于安装测量产品的连接工装(9)，另一端安装有扭杆机构(7)。

Description

用于实现质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构

技术领域

本实用新型涉及一种测量设备，具体说是涉及一种用于测量物体质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构。

背景技术

物体的质量、三维质心和三维转动惯量的测量多用于各类飞行物体的质量特性参数测量，这些参数的准确测量为物体飞行姿态模拟和理论计算提供重要的基础参数，同时这些参数也是航空航天、武器系统、工程机械等领域许多零部件和产品的重要评价参数。

目前，物体质量的测量多采用三个以上的称重传感器直接测量，取所有的传感器读数之和即可。质心的测量方式依据被测对象的外形、测量精度要求，采用的测量方式差异很大，主体结构部分包括立式、卧式、传感器直接测量、刀口结构、旋转传感器结构等等。与本发明结构相近的属于卧式结构，其横向质心y_c和z_c的测量通过滚轮旋转驱动产品转动一周进行动态测量而得到，轴向质心x_c的测量是由称重传感器读数和几何尺寸直接计算得到的。

当前三维转动惯量的测量是通过水平工装和竖直工装来改变被测产品相对于测量设备的姿态实现的，一般需要2-3套工装共同完成，分别由1-2套水平工装测量Jy和Jz，竖直工装测量Jx。

卧式结构对于圆柱体外形的被测产品，可以通过上述方法进行三维质心和三维转动惯量测量，只是对于转动惯量测量时需要2-3套工装和产品多次吊装，造价高，效率低。对于外形不是圆柱体的情况下，由于无法由滚轮驱动，其质心测量也需2套工装和2次吊装，此时要实现一次吊装装卡完成全部三维测量，必须采用L支架，由L支架上的转轴驱动产品绕水平转轴旋转。但此结构只能实现质心三维测量，无法实现绕水平轴的圆周摆动来测量转动惯量。

实现三维测量的主要障碍是解决测量质心时必须绕水平轴旋转一周，测量转动惯量时必须进行在扭杆驱动下的绕水平轴的圆周摆动。

综上所述，目前通过一次吊装可以实现三维质心和一维转动惯量的测量，但若是要进行三维质心和三维转动惯量的测量，至少要两套工装才能完成，并且需要进行工装的起吊转换，产品的重新放置定位，这样不但操作繁琐而且费时费工。

发明内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种用于测量物体质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构。

本实用新型的目的可采用下述技术措施来实现：

本实用新型用于实现质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构包括在其中心部位设置有旋转立轴的机座，安装在旋转立轴上端的支撑托板，环绕支撑托板底面周边设置的三组称重传感器，通过连接件安装在支撑托板上的L支架；在L支架的立梁上通过由蜗轮蜗杆组成的驱动及换档机构驱动的旋转横轴、以及以与旋转横轴相平行设置的从动轴，在旋转横轴上安装有由扇形齿轮和全齿齿轮组成的与从动轴上的从动齿轮相啮合的双联齿轮，该双联齿轮可以通过拨叉在旋转横轴上自由滑动；在从动轴的轴端有用于安装测量产品的连接工装和另一端有用于使其产生摆动的扭杆机构。

本实用新型中所述的立梁上安装有用于测量从动轴作周向摆动的副周期测量装置；所述L支架的水平横梁与机座顶面之间设置有用于L支架升降的液压升降机构和用于实现质心与惯量状态相互切换的垫板。

本实用新型在支撑托板与机座顶面之间设置有用于驱动支撑托板摆动的惯量拨动组件和用于测量支撑托板摆动周期的主周期测量装置；在旋转立轴下端设置有可使L支架在支撑托板上通过旋转立轴进行周期摆动的扭杆及快速夹持机构；在L支架的水平横梁上设有辅助支撑和配重。

本实用新型以机座、L支架为基础，通过安装在机座台面上的三组称重传感器组件、液压升降机构和垫板，可使转动惯量测量状态与质心测量状态进行相互切换，同时L支架通过双联齿轮，依据测量需要进行转动惯量测量状态(扇形摆动状态)质心测量状态(旋转一周状态)进行相互切换。在质心测量状态下，根据三组称重传感器读数和几何尺寸，即可直接计算出轴向质心x_c，而横向质心y_c和z_c的测量是由驱动与换档机构上的全齿齿轮B带动从动轴作周向旋转带动产品旋转一周进行动态采集一组数据，并采用特殊的数学处理手段求得的。产品的质量可直接根据三组称重传感器读数求出。在转动惯量测量状态下，首先通过旋转立轴的圆周摆动进行二维转动惯量测量，在水平轴处于Y相位时完成一维测量，旋转90度后进行Z相位转动惯量测量。然后将水平转轴切换至摆动状态，通过水平转轴的圆周摆动测量X相位转动惯量。至此就完成了质量、三维质心和三维转动惯量的测量。

本实用新型的有益效果如下：

由于本实用新型将三维质心测量和三维转动惯量测量，在设计上采取L支架结构，并在L支架结构上设计了能够进行一周旋转和扇形圆周摆动的转换机构，从而实现一次吊装完成所有项目的测量内容的目的。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为撤去L支架后的俯视图。

图4为L支架立梁上局部视图。

图5为驱动及换档机构视图。

图6为图5的D-D剖视图。

图7为图5的C-C剖视图。

图中序号：1机座，2三个用于测量质心的称重传感器，3液压升降机构，4L支架，5全齿齿轮B，6驱动及换档机构，7扭杆，8从动轴，9连接工装，10辅助支撑，11配重，12垫板，13支撑托板，14旋转立轴，15支撑座，16扭杆及快速夹持机构，17惯量拨动组件，18从动齿轮，19扇形齿轮A，20旋转横轴，21主周期测量装置，22副周期测量装置，23拨叉，24称重顶尖。

具体实施方式

本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述：

如图1、图2所示，本实用新型用于实现质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构包括在其中心部位设置有旋转立轴14的机座1，安装在旋转立轴上端的支撑托板13，环绕支撑托板底面周边设置的三组称重传感器2，通过连接件安装在支撑托板上的L支架4；在L支架的立梁上通过由蜗轮蜗杆组成的驱动及换档机构6驱动的旋转横轴20、以及以与旋转横轴相平行设置的从动轴8，在旋转横轴20上安装有由扇形齿轮A19和全齿齿轮B5组成的与从动轴8上的从动齿轮18相啮合的双联齿轮(参见图5图6、图7)，该双联齿轮可以通过拨叉23在旋转横轴20上自由滑动；在从动轴8的轴端有用于安装测量产品的连接工装9和另一端有用于使其产生摆动的扭杆机构7；所述的立梁上安装有用于测量从动轴8作周向摆动的副周期测量装置22(参见图4)。

如图1、图2、图3所示，本实用新型中所述L支架4的水平横梁与机座1顶面之间设置有用于L支架4升降的液压升降机构3和用于实现质心与惯量状态相互切换的垫板12(即惯量测量时通过液压升降机构3顶起L支架4，在支撑托板13上装入垫板12，而后降落液压升降机构3，使L支架完全落在支撑托板13的垫板12上，便将测量机构由质心状态切换到了惯量测量状态；质心测量时则是通过液压升降机构3顶起L支架4，撤除垫板12，而后通过液压升降机构3将L支架4完全落在三组称重传感器2上便可进行质心测量)；在支撑托板13与机座1顶面之间设置有用于驱动支撑托板13摆动的惯量拨动组件17和用于测量支撑托板摆动周期的主周期测量装置21；在旋转立轴14下端设置有可使L支架4在支撑托板13上通过旋转立轴14进行周期摆动的扭杆及快速夹持机构16；在L支架4的水平横梁上设有辅助支撑10和配重11。

本实用新型的工作原理如下：

质量测量：将产品吊装在连接工装9上，通过以一定几何形状分布在机座(1)上的三个用于测量质心的称重传感器2，直接测量出产品的重量G，G＝w1+w2+w3，式中w1、w2、w3分别为三组称重传感器2的实际读数。由物理公式m＝G/g，式中m-产品质量，G-产品重量，g-常数取为9.8N/kg。

质心测量：包括横向质心y_c、z_c和轴向质心x_c的测量，通过液压升降机构3和撤除垫板12将L支架4切换到质心测量状态，即：L支架放置在以一定几何形状分布的三组称重传感器2上，而与L支架以外的其它部件全部脱开。根据三组称重传感器2读数和几何尺寸，即可直接计算出轴向质心x_c，而横向质心y_c和z_c的测量是由驱动及换档机构6上的全齿齿轮B5带动从动轴8作周向旋转带动产品旋转一周并进行动态采集一组数据，对此数据采用特殊的数学处理手段求得的。

转动惯量测量：包括横向转动惯量Jy、Jz和轴向转动惯量Jx的测量，通过液压升降机构3顶起L支架4，在支撑托板13上装入垫板12；而后降落液压升降机构3，使L支架完全落在支撑托板13的垫板12上，便将测量机构由质心状态切换到了惯量测量状态。通过惯量拨动组件17驱动支撑托板13发生摆动，支撑托板13连接于旋转立轴14，旋转立轴14作用于支撑座15内，支撑座15与机座1通过螺栓连接，旋转立轴14下端与扭杆及快速夹持机构16连接，扭杆及快速夹持机构16可使L支架4在支撑托板13上通过旋转立轴14进行周期摆动，其摆动的周期可有主周期测量装置21测得，在旋转立轴14与旋转横轴20的相互作用下，由现已成熟的技术周期与转动惯量的关系可以得到二维转动惯量Jy和Jz(即：在水平从动轴8处于Y相位时，可以通过所测的周期求得一维转动惯量Jy，而后使水平从动轴8旋转到90度的Z相位处，以同样的测量方法便可求得转动惯量Jz)。将产品通过连接工装9连接到L支架4立梁上，若产品的长度较长或重量较重，考虑到安全因素，在L支架4的横梁上设有辅助支撑10和配重11，辅助支撑10可以根据产品的尺寸进行适当的调节，配重11可以依据产品的重量进行选配，以使L支架两端平衡。转动惯量Jx的测量是在L支架4的立梁上完成的，通过由蜗轮蜗杆组成的驱动及换档机构6带动旋转横轴20旋转，在旋转横轴20上作用着由扇形齿轮A 19和全齿齿轮B 5组成的双联齿轮，双联齿轮可以通过拨叉23在旋转横轴20上自由滑动。当全齿齿轮B 5与从动齿轮18啮合时，从动轴8带动连接工装9及其产品一起作周向旋转，如横向质心y_c和z_c的测量就是靠此操作实现的(而此时扭杆7与从动轴8处于脱离状态)。当扇形齿轮A19与从动齿轮18啮合时，扇形齿轮A 19拨动从动轴8后与其脱离并使从动轴8作周向摆动，摆动周期可以由L支架4立梁上的副周期测量装置22测出，依据摆动周期与转动惯量的关系便可得出转动惯量Jx(此时扭杆7与从动轴8处于连接状态，能使从动轴8作复摆运动；并且此时L支架4通过液压升降机构3已脱离了支撑托板13，使其作用于机座1的称重传感器2上)。另外扇形齿轮A 19拨动的角度可根据测量的产品而进行合理的设计选取。

至此，当产品通过连接工装9连接到L支架4上时，其质量、三维质心和三维转动惯量的测量根据上述操作方法，便可以实现一次吊装完成所有项目的测量。

Claims (6)

1.一种用于实现质量、三维质心和三维转动惯量的测量机构，其特征在于：所述测量机构包括在其中心部位设置有旋转立轴(14)的机座(1)，安装在旋转立轴上端的支撑托板(13)，环绕支撑托板底面周边设置的三组称重传感器(2)，通过连接件安装在支撑托板上的L支架(4)；在L支架(4)的立梁上通过由蜗轮蜗杆组成的驱动及换档机构(6)驱动的旋转横轴(20)、以及以与旋转横轴相平行设置的从动轴(8)，在旋转横轴(20)上安装有由扇形齿轮A(19)和全齿齿轮B(5)组成的与从动轴(8)上的从动齿轮(18)相啮合的双联齿轮，该双联齿轮可以通过拨叉(23)在旋转横轴(20)上自由滑动；在从动轴(8)的轴端有用于安装测量产品的连接工装(9)；另一端安装有扭杆机构(7)。

2.根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于：在立梁上安装有用于测量从动轴(8)作周向摆动的副周期测量装置(22)。

3.根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于：所述L支架(4)的水平横梁与机座(1)顶面之间设置有用于L支架(4)升降的液压升降机构(3)和用于实现质心与惯量状态相互切换的垫板(12)。

4.根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于：在支撑托板(13)与机座(1)顶面之间设置有用于驱动支撑托板(13)摆动的惯量拨动组件(17)和用于测量支撑托板摆动周期的主周期测量装置(21)。

5.根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于：在旋转立轴(14)下端设置有可使L支架(4)在支撑托板(13)上通过旋转立轴(14)进行周期摆动的扭杆及快速夹持机构(16)。

6.根据权利要求1所述的测量机构，其特征在于：在L支架(4)的水平横梁上设有辅助支撑(10)和配重(11)。

Images