CN203606074U - 二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置，包括模拟二维转动机构以及杠杆百分表组件；测试平台包括气浮平台、与气浮平台固连的驱动气浮平台转动的转动装置，气浮平台台面上放置有测速系统和时统装置；模拟二维转动机构包括方位转动装置以及俯仰转动装置，方位转动装置包括二维转台转子和转台定子，俯仰转动装置包括俯仰轴以及固定在二维转台转子上的支架；杠杆百分表组件包括立柱和杠杆表，杠杆表一端固定在立柱上，另一端作用在方位转动装置上，侧角系统安装在气浮平台中。解决了现有的转动惯量测试方法测试复杂、精度低的技术问题，本实用新型利用气浮平台微摩擦力矩的特性对模拟二维转动机构的转动惯量进行测试。

Description

二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置。 

背景技术

目前获得物体转动惯量一般通过两种方式：对于形状简单、密度分布均匀的物体，一般采取理论计算法；而形状复杂、质量分布不规则的物体，则采取实际测量法。实际测量则主要利用弹性元件组成振荡系统，通过系统振荡频率来推算转动惯量。常用的转动惯量测量法有：复摆法、扭摆法、三线摆法、单线摆法和落体法等。对于复摆法测量转动惯量，被测件长径比大于15时，其影响不可忽略；而当垂直和平行角度偏差大于2°时，也应考虑纵轴与转轴的垂直度和平行度的影响；当摆角60°时，测量振动周期误差为±6.8%，转动惯量误差达40%。三线扭摆法用于测量大质量被测件时被测件旋转夹紧立置使得安装困难，且存在安全隐患；同时，大型被测件位置不稳，亦影响测量精度。单线扭摆法存在同样的问题。落体法对于大质量、大冲量的被测件，精度只能达到3%。 

转动惯量是刚体转动时惯性的度量，其大小体现了刚体转动时状态改变的难易程度。凡是涉及到转动动力学的问题，转动惯量均为重点测量参数。空间二维转动机构其方位轴的转动惯量在转台运动过程中是变化的，随负载俯仰角变化而变化的，虽然二者存在一定的数学关系，但是由于加工、安装误差会带来一定的不确定性，因此需进行实际测量得到方位转动惯量值随俯仰角不同的变化曲线，给动量平衡控制及力学测试提供基础参数，用以确定对卫星产生的扰动力矩。由于二维转动机构形状复杂，另外方位轴的转动惯量会随着俯仰轴转动位置的改变而改变。因此传统的测量方法由于测试复杂精度低而不能满足当前的测试需求。 

发明内容

为了解决现有的转动惯量测试方法测试复杂、精度低、不能满足当前测试需求的技术问题，本实用新型提供一种二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置，利用气浮平台微摩擦力矩的特性对二维转台转子方位及俯仰轴转动惯量进行测试。 

本实用新型的技术解决方案： 

一种二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置，其特殊之处在于：包括测角系统、时统装置、测速系统、模拟二维转动机构以及杠杆百分表组件； 

所述测试平台包括气浮平台、与气浮平台固连的驱动气浮平台转动的转动装置，所述测速系统和时统装置均位于气浮平台台面上； 

所述模拟二维转动机构包括方位转动装置以及俯仰转动装置，所述方位转动装置包括二维转台转子和转台定子，所述二维转台转子放置在气浮平台台面上且通过转台定子与气浮平台固定连接，所述俯仰转动装置包括俯仰轴以及固定在二维转台转子上的支架，所述俯仰轴设置在支架上且能够绕支架的水平轴做俯仰运动； 

所述杠杆百分表组件包括立柱和杠杆表，所述杠杆表一端固定在立柱上，另一端作用在方位转动装置上， 

所述方位转动装置的二维转台转子通过杠杆百分表组件测量调整后与气浮平台的回转轴重合； 

所述测角系统安装在气浮平台中。 

上述转动装置包括定滑轮、砝码和拉绳，所述拉绳的一端固定在气浮平台上，所述拉绳的另一端通过定滑轮连接有砝码。 

上述测速系统为速率陀螺。 

二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤： 

1】测量转台非转动部分以及气浮平台转动平面的转动惯量J₀： 

1.1】搭建权利要求1所述的测试装置，只放置方位转动装置中不转动的部分，利用杠杆表将转台定子与气浮平台对中； 

1.2】启动转动装置，使得气浮平台从静止状态开始转动； 

1.3】转动t₁时间后，利用测速系统采集气浮平台此刻速度V₁； 

1.4】利用下式计算方位转动装置中非转动部分以及气浮平台转动平面的转动惯量J₀： 

$J_0=\frac{M}{{\mathrm{\ω}}_0}$

其中：M为已知力矩，M=mg·l，mg为转动装置的重量，l为转动装置与气浮平台的连接点距离气浮平台转轴的距离； 

ω₀为气浮平台加速度值，

2】测量模拟二维转动机构俯仰轴系处于转角A时方位轴系的转动惯量J_A： 

2.1】在步骤1.1】后的转台定子上组装二维转台转子以及俯仰转动装置，并利用杠杆表调整二维转台转子的方位轴与气浮平台的回转轴重合； 

2.2】将俯仰轴转动至角度A处； 

2.3】启动转动装置，使得气浮平台从静止状态开始转动，同时测角系统测得气浮平台的初始角度B₀； 

2.4】当测角系统测量气浮平台的角度为B₁，停止气浮平台，同时记录时统装置测量的气浮平台转动t和测速系统测量的气浮平台此刻速度V； 

2.5】重复步骤2.3】-2.4】n次； 

2.6】利用下式计算在角度为A时，模拟转动机构的转动惯量J_A： 

$J_A=\frac{M}{\mathrm{\ω}}-J_0$

$\mathrm{\ω}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{v_i}{t_i}}{n}.$

A采样间隔为5°，B₁-B₀=±5°，n为5-6。 

上述测速系统为速率陀螺。 

本实用新型所具有的优点： 

本实用新型有效解决了二维转动机构的二个转轴各自转动惯量的测试，从长远看，此设备将是一种应用比较广泛的测试仪器，它不但能够替代当前的现有产品，而且具有测试方法简单，测量精度高，自动化程度高等一系列的优点。 

附图说明

图1为本实用新型测量装置的结构示意图； 

其中附图标记为：1-立柱，2-杠杆表，3-时统装置，4-速率陀螺，5-俯仰装置，6-方位转动装置，7-气浮平台，8-拉绳，9-定滑轮，10-砝码，11-测角系统。 

具体实施方式

如图1所示，一种二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置，包括测角系统11、时统装置3、测速系统、模拟二维转动机构以及对中组件， 

测试平台包括气浮平台7、与气浮平台固连的驱动气浮平台转动的转动装置，测速系统和时统装置3均位于气浮平台台面上， 

模拟二维转动机构包括方位转动装置6及俯仰装置5两个部分，其中方位部分包含转台定子以及转台转子。二维转动机构放置在气浮平台台面上且通过转台定子与气浮平台固定连接，俯仰装置通过水平轴系安装在U型支架上且能够绕水平轴做俯仰运动； 

杠杆百分表组件包括立柱1和杠杆表2，杠杆表一端固定在立柱上，另一端作用在模拟二维转动机构上，二维转台转子通过对中组件调整后与气浮平台的回转轴重合；测角系统11安装在气浮平台中。 

转动装置包括定滑轮9、砝码10和拉绳8，拉绳的一端固定在气浮平台上，拉绳的另一端通过定滑轮连接有砝码。 

以方位轴系转动惯量测试为例说明测试方法步骤： 

1】测量转台非转动部分以及气浮平台转动平面的转动惯量J₀； 

1.1】搭建权利要求1所述的测试装置，只放置二维转动机构中不转动的部分（转台定子），利用杠杆表将定子与气浮平台对中； 

1.2】启动转动装置，使得气浮平台从静止状态开始转动； 

1.3】转动t₁时间后，利用测速系统采集气浮平台此刻速度V₁； 

1.4】利用下式计算转台非转动部分以及气浮平台转动平面的转动惯量J₀： 

$J_0=\frac{M}{{\mathrm{\ω}}_0}$

J₀=J_气+J_定； 

其中J_气为气浮台转轴的转动惯量为已知只，J_定为转台的非转动部分。 

其中：M为已知力矩，M=mg·l，mg为转动装置的重量（砝码的重量），l为转动装置与气浮平台的连接点距离气浮平台转轴的距离； 

ω₀为气浮平台加速度值，

2】测量模拟转动机构俯仰轴系处于转角A时方位轴系的转动惯量J_A： 

首先将模拟二维转动机构放置在气浮平台平面上图1所示，利用气浮平台周围固定支座架设灵敏度为0.01mm的杠杆表，检测二维转动机构方位轴回转基准轴的径向跳动，将气浮平台回转轴与被测二维转台转子回转轴调节至同轴； 

将俯仰轴置于不同角度，采样间隔为5° 

将质量为m的砝码经过定滑轮、拉绳与气浮平台转动部分连接，连接点与平台转轴距离为l，利用砝码自重施加切向力，使气浮平台转动，施力方向与平台转动部分在施力点切线的不重合误差不大于5°，用测角系统记录气浮平台初始角度值； 

用速率陀螺记录气浮平台转动速度曲线，取与平台初始角度差小于5°的数据进行处理，处理公式为： 

$J_A=\frac{M}{\mathrm{\ω}}-J_0$

$\mathrm{\ω}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{v_i}{t_i}}{n}.$

式中：M：已知力矩，为mg·l，一般m为砝码质量； 

ω：平台加速度平均值； 

V：速率陀螺采集的速度； 

t：时统采集的时间； 

J_A：俯仰轴处于角A处时的方位转动部分的转动惯量； 

J₀：气浮平台转动部分与固连与其上的转台定子即转台方位轴非转动部分 的转动惯量。 

本实用新型的转台也可以为形状复杂的零部件，此时将被测部件放置在气浮平台平面上，利用气浮平台周围固定支座架设灵敏度为0.01mm的杠杆表，检测零部件回转基准面的径向跳动，将平台回转轴与被测部件回转轴调节至同轴。用上述方法即可测得复杂零部件关于其回转轴或质心的精确的转动惯量。 

Claims (3)

1.一种二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置，其特征在于：包括测角系统、时统装置、测速系统、模拟二维转动机构以及杠杆百分表组件； 

所述测试平台包括气浮平台、与气浮平台固连的驱动气浮平台转动的转动装置，所述测速系统和时统装置均位于气浮平台台面上； 

所述模拟二维转动机构包括方位转动装置以及俯仰转动装置，所述方位转动装置包括二维转台转子和转台定子，所述二维转台转子放置在气浮平台台面上且通过转台定子与气浮平台固定连接，所述俯仰转动装置包括俯仰轴以及固定在二维转台转子上的支架，所述俯仰轴设置在支架上且能够绕支架的水平轴做俯仰运动； 

所述杠杆百分表组件包括立柱和杠杆表，所述杠杆表一端固定在立柱上，另一端作用在方位转动装置上， 

所述方位转动装置的二维转台转子通过杠杆百分表组件测量调整后与气浮平台的回转轴重合； 

所述测角系统安装在气浮平台中。 

2.根据权利要求1所述的二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置，其特征在于： 

所述转动装置包括定滑轮、砝码和拉绳，所述拉绳的一端固定在气浮平台上，所述拉绳的另一端通过定滑轮连接有砝码。 

3.根据权利要求1或2所述的二维转动机构及其复杂零部件转动惯量的测试装置，其特征在于：所述测速系统为速率陀螺。 

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