專利名稱：用于實現質量、三維質心和三維轉動慣量的測量機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量設備，具體說是涉及一種用于測量物體質量、三維質心
和三維轉動慣量的測量機構。
背景技術：
物體的質量、三維質心和三維轉動慣量的測量多用于各類飛行物體的質量特性參 數測量，這些參數的準確測量為物體飛行姿態模擬和理論計算提供重要的基礎參數，同時 這些參數也是航空航天、武器系統、工程機械等領域許多零部件和產品的重要評價參數。 目前，物體質量的測量多采用三個以上的稱重傳感器直接測量，取所有的傳感器 讀數之和即可。質心的測量方式依據被測對象的外形、測量精度要求，采用的測量方式差異 很大，主體結構部分包括立式、臥式、傳感器直接測量、刀口結構、旋轉傳感器結構等等。與
本發明結構相近的屬于臥式結構，其橫向質心y。和z。的測量通過滾輪旋轉驅動產品轉動一
周進行動態測量而得到，軸向質心x。的測量是由稱重傳感器讀數和幾何尺寸直接計算得到的。 當前三維轉動慣量的測量是通過水平工裝和豎直工裝來改變被測產品相對于測 量設備的姿態實現的， 一般需要2-3套工裝共同完成，分別由1-2套水平工裝測量Jy和Jz， 豎直工裝測量Jx。 臥式結構對于圓柱體外形的被測產品，可以通過上述方法進行三維質心和三維轉 動慣量測量，只是對于轉動慣量測量時需要2-3套工裝和產品多次吊裝，造價高，效率低。 對于外形不是圓柱體的情況下，由于無法由滾輪驅動，其質心測量也需2套工裝和2次吊 裝，此時要實現一次吊裝裝卡完成全部三維測量，必須采用L支架，由L支架上的轉軸驅動 產品繞水平轉軸旋轉。但此結構只能實現質心三維測量，無法實現繞水平軸的圓周擺動來 測量轉動慣量。 實現三維測量的主要障礙是解決測量質心時必須繞水平軸旋轉一周，測量轉動慣 量時必須進行在扭桿驅動下的繞水平軸的圓周擺動。 綜上所述，目前通過一次吊裝可以實現三維質心和一維轉動慣量的測量，但若是 要進行三維質心和三維轉動慣量的測量，至少要兩套工裝才能完成，并且需要進行工裝的 起吊轉換，產品的重新放置定位，這樣不但操作繁瑣而且費時費工。
發明內容本實用新型的目的正是針對上述現有技術中所存在的不足之處而提供一種用于
測量物體質量、三維質心和三維轉動慣量的測量機構。 本實用新型的目的可采用下述技術措施來實現 本實用新型用于實現質量、三維質心和三維轉動慣量的測量機構包括在其中心部 位設置有旋轉立軸的機座，安裝在旋轉立軸上端的支撐托板，環繞支撐托板底面周邊設置 的三組稱重傳感器，通過連接件安裝在支撐托板上的L支架；在L支架的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅動及換檔機構驅動的旋轉橫軸、以及以與旋轉橫軸相平行設置的從動軸，在 旋轉橫軸上安裝有由扇形齒輪和全齒齒輪組成的與從動軸上的從動齒輪相嚙合的雙聯齒 輪，該雙聯齒輪可以通過撥叉在旋轉橫軸上自由滑動；在從動軸的軸端有用于安裝測量產 品的連接工裝和另一端有用于使其產生擺動的扭桿機構。 本實用新型中所述的立梁上安裝有用于測量從動軸作周向擺動的副周期測量裝 置；所述L支架的水平橫梁與機座頂面之間設置有用于L支架升降的液壓升降機構和用于 實現質心與慣量狀態相互切換的墊板。 本實用新型在支撐托板與機座頂面之間設置有用于驅動支撐托板擺動的慣量撥 動組件和用于測量支撐托板擺動周期的主周期測量裝置；在旋轉立軸下端設置有可使L支 架在支撐托板上通過旋轉立軸進行周期擺動的扭桿及快速夾持機構；在L支架的水平橫梁 上設有輔助支撐和配重。 本實用新型以機座、L支架為基礎，通過安裝在機座臺面上的三組稱重傳感器組 件、液壓升降機構和墊板，可使轉動慣量測量狀態與質心測量狀態進行相互切換，同時L支 架通過雙聯齒輪，依據測量需要進行轉動慣量測量狀態(扇形擺動狀態)質心測量狀態 (旋轉一周狀態)進行相互切換。在質心測量狀態下，根據三組稱重傳感器讀數和幾何尺 寸，即可直接計算出軸向質心x。，而橫向質心y。和z。的測量是由驅動與換檔機構上的全齒 齒輪B帶動從動軸作周向旋轉帶動產品旋轉一周進行動態采集一組數據，并采用特殊的數 學處理手段求得的。產品的質量可直接根據三組稱重傳感器讀數求出。在轉動慣量測量狀 態下，首先通過旋轉立軸的圓周擺動進行二維轉動慣量測量，在水平軸處于Y相位時完成 一維測量，旋轉90度后進行Z相位轉動慣量測量。然后將水平轉軸切換至擺動狀態，通過 水平轉軸的圓周擺動測量X相位轉動慣量。至此就完成了質量、三維質心和三維轉動慣量 的測量。 本實用新型的有益效果如下 由于本實用新型將三維質心測量和三維轉動慣量測量，在設計上采取L支架結 構，并在L支架結構上設計了能夠進行一周旋轉和扇形圓周擺動的轉換機構，從而實現一 次吊裝完成所有項目的測量內容的目的。
圖1為本實用新型的結構示意圖。 圖2為圖1的左視圖。 圖3為撤去L支架后的俯視圖。 圖4為L支架立梁上局部視圖。 圖5為驅動及換檔機構視圖。 圖6為圖5的D-D剖視圖。 圖7為圖5的C-C剖視圖。 圖中序號1機座，2三個用于測量質心的稱重傳感器，3液壓升降機構，4L支架， 5全齒齒輪B，6驅動及換檔機構，7扭桿，8從動軸，9連接工裝，10輔助支撐，11配重，12墊 板，13支撐托板，14旋轉立軸，15支撐座，16扭桿及快速夾持機構，17慣量撥動組件，18從 動齒輪，19扇形齒輪A， 20旋轉橫軸，21主周期測量裝置，22副周期測量裝置，23撥叉，24稱重頂尖。
具體實施方式
本實用新型以下將結合實施例(附圖)作進一步描述 如圖1、圖2所示，本實用新型用于實現質量、三維質心和三維轉動慣量的測量機 構包括在其中心部位設置有旋轉立軸14的機座l，安裝在旋轉立軸上端的支撐托板13，環 繞支撐托板底面周邊設置的三組稱重傳感器2，通過連接件安裝在支撐托板上的L支架4 ; 在L支架的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅動及換檔機構6驅動的旋轉橫軸20、以及以與 旋轉橫軸相平行設置的從動軸8，在旋轉橫軸20上安裝有由扇形齒輪A19和全齒齒輪B5組 成的與從動軸8上的從動齒輪18相嚙合的雙聯齒輪(參見圖5圖6、圖7)，該雙聯齒輪可 以通過撥叉23在旋轉橫軸20上自由滑動；在從動軸8的軸端有用于安裝測量產品的連接 工裝9和另一端有用于使其產生擺動的扭桿機構7;所述的立梁上安裝有用于測量從動軸8 作周向擺動的副周期測量裝置22(參見圖4)。 如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型中所述L支架4的水平橫梁與機座1頂面之間 設置有用于L支架4升降的液壓升降機構3和用于實現質心與慣量狀態相互切換的墊板 12 (即慣量測量時通過液壓升降機構3頂起L支架4，在支撐托板13上裝入墊板12，而后降 落液壓升降機構3，使L支架完全落在支撐托板13的墊板12上，便將測量機構由質心狀態 切換到了慣量測量狀態；質心測量時則是通過液壓升降機構3頂起L支架4，撤除墊板12， 而后通過液壓升降機構3將L支架4完全落在三組稱重傳感器2上便可進行質心測量)； 在支撐托板13與機座1頂面之間設置有用于驅動支撐托板13擺動的慣量撥動組件17和 用于測量支撐托板擺動周期的主周期測量裝置21 ;在旋轉立軸14下端設置有可使L支架4 在支撐托板13上通過旋轉立軸14進行周期擺動的扭桿及快速夾持機構16 ;在L支架4的 水平橫梁上設有輔助支撐10和配重11。 本實用新型的工作原理如下 質量測量將產品吊裝在連接工裝9上，通過以一定幾何形狀分布在機座(1)上的 三個用于測量質心的稱重傳感器2，直接測量出產品的重量G， G = wl+w2+w3，式中wl、 w2、 w3分別為三組稱重傳感器2的實際讀數。由物理公式m = G/g，式中m-產品質量，G-產品 重量，g-常數取為9. 8N/kg。 質心測量包括橫向質心y。、z。和軸向質心x。的測量，通過液壓升降機構3和撤除 墊板12將L支架4切換到質心測量狀態，即L支架放置在以一定幾何形狀分布的三組稱 重傳感器2上，而與L支架以外的其它部件全部脫開。根據三組稱重傳感器2讀數和幾何 尺寸，即可直接計算出軸向質心x。，而橫向質心y。和z。的測量是由驅動及換檔機構6上的 全齒齒輪B5帶動從動軸8作周向旋轉帶動產品旋轉一周并進行動態采集一組數據，對此數 據采用特殊的數學處理手段求得的。 轉動慣量測量包括橫向轉動慣量Jy、 Jz和軸向轉動慣量Jx的測量，通過液壓升 降機構3頂起L支架4，在支撐托板13上裝入墊板12 ;而后降落液壓升降機構3，使L支架 完全落在支撐托板13的墊板12上，便將測量機構由質心狀態切換到了慣量測量狀態。通 過慣量撥動組件17驅動支撐托板13發生擺動，支撐托板13連接于旋轉立軸14，旋轉立軸 14作用于支撐座15內，支撐座15與機座1通過螺栓連接，旋轉立軸14下端與扭桿及快速夾持機構16連接，扭桿及快速夾持機構16可使L支架4在支撐托板13上通過旋轉立軸 14進行周期擺動，其擺動的周期可有主周期測量裝置21測得，在旋轉立軸14與旋轉橫軸 20的相互作用下，由現已成熟的技術周期與轉動慣量的關系可以得到二維轉動慣量Jy和 Jz (即在水平從動軸8處于Y相位時，可以通過所測的周期求得一維轉動慣量Jy，而后使 水平從動軸8旋轉到90度的Z相位處，以同樣的測量方法便可求得轉動慣量Jz)。將產品 通過連接工裝9連接到L支架4立梁上，若產品的長度較長或重量較重，考慮到安全因素， 在L支架4的橫梁上設有輔助支撐10和配重ll，輔助支撐10可以根據產品的尺寸進行適 當的調節，配重11可以依據產品的重量進行選配，以使L支架兩端平衡。轉動慣量Jx的測 量是在L支架4的立梁上完成的，通過由蝸輪蝸桿組成的驅動及換檔機構6帶動旋轉橫軸 20旋轉，在旋轉橫軸20上作用著由扇形齒輪A 19和全齒齒輪B 5組成的雙聯齒輪，雙聯齒 輪可以通過撥叉23在旋轉橫軸20上自由滑動。當全齒齒輪B 5與從動齒輪18嚙合時，從 動軸8帶動連接工裝9及其產品一起作周向旋轉，如橫向質心y。和z。的測量就是靠此操作 實現的(而此時扭桿7與從動軸8處于脫離狀態)。當扇形齒輪A19與從動齒輪18嚙合 時，扇形齒輪A 19撥動從動軸8后與其脫離并使從動軸8作周向擺動，擺動周期可以由L 支架4立梁上的副周期測量裝置22測出，依據擺動周期與轉動慣量的關系便可得出轉動慣 量Jx (此時扭桿7與從動軸8處于連接狀態，能使從動軸8作復擺運動；并且此時L支架4 通過液壓升降機構3已脫離了支撐托板13，使其作用于機座1的稱重傳感器2上)。另外 扇形齒輪A 19撥動的角度可根據測量的產品而進行合理的設計選取。 至此，當產品通過連接工裝9連接到L支架4上時，其質量、三維質心和三維轉動 慣量的測量根據上述操作方法，便可以實現一次吊裝完成所有項目的測量。
權利要求一種用于實現質量、三維質心和三維轉動慣量的測量機構，其特征在于所述測量機構包括在其中心部位設置有旋轉立軸(14)的機座(1)，安裝在旋轉立軸上端的支撐托板(13)，環繞支撐托板底面周邊設置的三組稱重傳感器(2)，通過連接件安裝在支撐托板上的L支架(4)；在L支架(4)的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅動及換檔機構(6)驅動的旋轉橫軸(20)、以及以與旋轉橫軸相平行設置的從動軸(8)，在旋轉橫軸(20)上安裝有由扇形齒輪A(19)和全齒齒輪B(5)組成的與從動軸(8)上的從動齒輪(18)相嚙合的雙聯齒輪，該雙聯齒輪可以通過撥叉(23)在旋轉橫軸(20)上自由滑動；在從動軸(8)的軸端有用于安裝測量產品的連接工裝(9)；另一端安裝有扭桿機構(7)。
2. 根據權利要求l所述的測量機構，其特征在于在立梁上安裝有用于測量從動軸(8) 作周向擺動的副周期測量裝置(22)。
3. 根據權利要求1所述的測量機構，其特征在于所述L支架(4)的水平橫梁與機座 (1)頂面之間設置有用于L支架(4)升降的液壓升降機構(3)和用于實現質心與慣量狀態 相互切換的墊板(12)。
4. 根據權利要求1所述的測量機構，其特征在于在支撐托板(13)與機座(1)頂面之 間設置有用于驅動支撐托板(13)擺動的慣量撥動組件(17)和用于測量支撐托板擺動周期 的主周期測量裝置(21)。
5. 根據權利要求l所述的測量機構，其特征在于在旋轉立軸(14)下端設置有可使 L支架(4)在支撐托板(13)上通過旋轉立軸(14)進行周期擺動的扭桿及快速夾持機構 (16)。
6. 根據權利要求1所述的測量機構，其特征在于在L支架(4)的水平橫梁上設有輔 助支撐(10)和配重(11)。
專利摘要一種用于實現質量、三維質心和三維轉動慣量的測量機構，其特征在于所述測量機構包括在其中心部位設置有旋轉立軸(14)的機座(1)，安裝在旋轉立軸上端的支撐托板(13)，環繞支撐托板底面周邊設置的三組稱重傳感器(2)，通過連接件安裝在支撐托板上的L支架(4)；在L支架的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅動及換檔機構(6)驅動的旋轉橫軸(20)、以及以與旋轉橫軸相平行設置的從動軸(8)，在旋轉橫軸上安裝有由扇形齒輪A(19)和全齒齒輪B(5)組成的與從動軸(8)上的從動齒輪(18)相嚙合的雙聯齒輪，該雙聯齒輪可以通過撥叉(23)在旋轉橫軸上自由滑動；在從動軸(8)的軸端有用于安裝測量產品的連接工裝(9)，另一端安裝有扭桿機構(7)。
文檔編號G01M1/12GK201532283SQ20092009153
公開日2010年7月21日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者盧志輝, 孫志揚, 張磊樂, 游廣飛, 薄悅, 費星如 申請人:鄭州機械研究所