專利名稱：一種等半徑的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及物理參數測試臺，特別是一種等半徑的采用三線扭擺振動理論進行剛體動力學參數測試的測試臺。
背景技術：
剛體動力學參數是進行剛體或多體系統動力學性能理論設計、仿真分析、虛擬試驗等現代設計分析方法所需的基本、必要輸入參數。測試剛體動力學參數的方法通常包括:基于繞定軸轉動的落體測試法，基于繞定軸振動的振擺測試法如單線扭擺法、雙線復擺法、三線扭擺法，以及基于實驗模態分析的參數識別法。其中，基于三線扭擺振動理論的三線扭擺法是目前精度最高的方法，但它需要設計精巧的測試臺、良好的測試方案、操作技巧、數據處理和數據判斷能力。傳統的三線扭擺法測試臺通常是利用三根懸線連接頂盤的三個上懸點和托盤的三個下懸點，上懸點均勻分布于以頂盤中心點為圓心的圓周上，下懸點均勻分布于以托盤中心點為圓心的圓周上，上懸點所在的圓周半徑往往大于下懸點所在的圓周半徑。然而這種結構的三線扭擺法測試臺的計算方法復雜，給測試數據的處理帶來不便，容易導致測試結果的誤差。
發明內容
本發明旨在至少解決上述技術缺陷之一提出一種等半徑的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺。所述測試臺包 括測試臺頂盤(11)、底盤(2)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，三根擺線上端懸掛于所述頂盤(11)上的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，三根擺線下端懸掛所述托盤(4)上的三個呈圓周均勻分布的下懸點，三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。優選地，所述托盤上開鑿有多個軸向的均勻分布的圓形通孔，以便減輕托盤自身重量。本發明另一目的在于提供一種三線扭擺法剛體動力學參數測試臺。所述測試臺包括測試臺頂盤(11)、底盤(2)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，所述測試臺還包括托盤加強筋(3)，所述托盤加強筋(3)固定于托盤下方；
三根擺線上端分別懸掛于所述頂盤(11)上的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，三根擺線下端懸掛所述托盤加強筋(3)上的三個呈圓周均勻分布的下懸點，三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。優選地，所述托盤加強筋(3)的下懸點所在圓周半徑大于或等于托盤4的外圓半徑。優選地，所述托盤加強筋(3)為等邊三角形結構。優選地，所述底盤(2)結構為以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊；
所述托盤加強筋(3)結構為以另一正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊，且托盤加強筋延長邊與底盤延長邊位于各自中心正三角形的相反側。優選地，所述托盤加強筋(3)是利用型材焊接而成。優選地，所述托盤(4)是利用型材加工而成。優選地，托盤加強筋(3)與托盤(4)下方的固定方式為焊接、鉚接或螺栓連接。優選地，所述托盤上或托盤加強筋(3)上的三個懸點所在圓的直徑為200-5000mm。通過本發明中設計測試臺結構，能夠更為方便進行剛體動力學參數的測量，且方便計算和數據處理，確保測試精度；同時通過托盤加強筋的設計，可以加固托盤，提高托盤的翹曲剛度和承重能力，均衡被測物體對托盤的壓力，保證測量精度；擴展測試臺可測試剛體的形體尺寸上限，同時又不用增大托盤的質量及其轉動慣量，進而擴展測試臺可測試剛體的質量下限；在托盤上開鑿若干圓形通孔，以便在托盤剛度滿足要求的情況下，減輕托盤自身重量，進一步擴展測試臺可測試剛體的質量下限。
圖1為本發明實施例中的三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺。圖2為本發明實施例中三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的支架。圖3為本發明實施例中三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的振擺系統。圖4為本發明實施例中三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的平衡系統。圖5為本發明實施例中三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的托盤示意圖。圖6為本發明實施例中三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的托盤升降及定心裝置。I立柱加強板；2底盤；3托盤加強筋；4托盤；5配重塊；6擺線；7起重梁加強板；8立柱；9起重梁；10傳感器；11頂盤；12升降裝置；13定心裝置；14托盤參考標識；15托盤圓形通孔。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。本發明中的三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺主要包括四個部分:支架、振擺系統、主動平衡系統、托盤升降及定心裝置。一:三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的支架
三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的支架包括底盤2、立柱8、起重梁9和頂盤11。本發明中三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的支架底盤2呈放射狀，底盤結構以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊。支架頂盤11與底盤2類似，同樣呈放射狀，頂盤結構同樣以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊，為了給托盤升降裝置12預留安裝空間，頂盤延長邊相對于底盤延長邊位于中心三角形的相反側。例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側延伸，則頂盤中心三角形各邊是沿各邊長的右側延伸，如圖2所示。為了加強支架的穩定，底盤2中心正三角形邊長大于或等于頂盤11的中心正三角形邊長，且底盤外接圓半徑大于或等于頂盤外接圓半徑。底盤2和頂盤11是利用型材或槽鋼組成，連接方式可以采用焊接、鉚接、螺栓等。支架包括三根立柱8，立柱可以利用型材、鋼管或無縫鋼管經過截斷加工而成。每根立柱8兩端分別連接底盤中心三角形一個延長邊頂端和頂盤中心三角形一個延長邊頂端，每根立柱下端連接于底盤2中心三角形一個延長邊頂端，上端連接于頂盤11中心三角形對應延長邊頂端；立柱兩端可以通過焊接、鉚接或螺栓方式連接立柱加強板1，立柱兩端的加強板I與底盤2、頂盤11的連接方式可以采用螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運輸；底盤外接圓半徑大于或等于頂盤外接圓半徑，三根立柱均垂直向上擺放或均向支架中心線(即底盤或頂盤的中軸線)傾斜一定角度，以保證本發明所述測試臺支架作為起吊被測剛體的支架時的穩定性，便于起吊被測剛體，也無需地腳螺栓固定。為了適應于大體積，大質量的復雜剛體的測量，立柱8長度范圍可以設置在1000^15000 mm之間；立柱向支架中心線的傾角范圍在0 30°之間。支架包括起重架，起重架是由三根相同長度的起重梁9兩端兩兩相連構成的正三角形結構，如圖1所示，其中兩兩連接方式可以是焊接、鉚接或螺栓等；三根起重梁分別位于三根立柱的兩兩之間，可利用型材(如:方鋼、工字鋼等)切斷而成，正三角形起重架上的每一頂點焊有一起重梁加強板7，與焊接于立柱中部的起重梁加強板7通過螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運輸；起重架位于底盤2與頂盤11之間，且平行于頂盤和頂盤，用于懸掛起重設備如手拉葫蘆或電動葫蘆(可以采用橋式電動葫蘆)，以便將被測剛體吊上托盤4或吊離托盤4。 借助于該支架，可以安裝三線擺振擺系統，可以安裝托盤4的升降裝置12，可以安裝被測剛體起吊裝置，同時該支架可以穩定地放置于水平地面而無需地腳螺栓固定。二:三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的振擺系統
如圖3所示，三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的振擺系統包括三根擺線6、托盤
4、托盤加強筋3。托盤4為圓盤，可以通過型材加工而成，例如用鋼板通過切割加工成的圓盤。托盤加強筋3固定于托盤下方，托盤加強筋3為等邊三角形結構，或者是與本發明中底盤結構或頂盤結構類似，即以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊。若為后者，托盤加強筋中心正三角形的三條延長邊相對于底盤中心正三角形的延長邊位于相反側，例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側延伸，則托盤加強筋中心三角形各邊是沿各邊長的右側延伸。托盤加強筋3通過槽鋼等型材焊接而成。托盤加強筋3與其上的托盤4通過焊接或鉚接或螺栓剛性連接在一起，以增加托盤的翹曲剛度，提高測試精度。托盤加強筋3的懸點所在圓周的半徑等于或大于托盤4的外圓半徑，從而擴展測試臺可測試剛體的形體尺寸上限，同時又不用增大托盤的質量及其轉動慣量，進而擴展測試臺可測試剛體的質量下限。三根擺線6長度相等；擺線上端通過力傳感器10懸掛于三線擺測試臺的頂盤11的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，擺線下端懸掛于托盤4或托盤加強筋3的三個呈圓周均勻分布的下懸點上；三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。三根擺線上懸點所在圓半徑與下懸點所在圓半徑相等時，相較于上、下懸點半徑不等的情形，轉動慣量計算公式簡單，測量參數少，因而測量精度高。本發明中，可以在托盤上開鑿若干圓形通孔15 (如圖3所示)，通孔是在以托盤中心點為圓心的圓周上均勻分布，以便在托盤剛度滿足要求的情況下，減輕托盤自身重量，從而擴展測試臺可測試剛體的質量下限。三:三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺的主動平衡系統 主動平衡系統包括力傳感器10、配重塊5以及托盤參考標識14。如圖4所示，主動平衡系統中的力傳感器10共三只，分別位于三根擺線的上端，擺線6通過力傳感器10剛性固定于頂盤11的三個呈圓周均勻分布的上懸點上。可利用力傳感器測量被測物體的質量。另外，由于在進行轉動慣量的測量時，需要滿足對心的要求，進而保證托盤在扭擺過程中質心僅做上下運動，而力傳感器則可在用于被測物體質量測量的同時，還用來判斷三根擺線拉力是否相等，當三只力傳感器測量數值一致時，表明三根擺線拉力相同，滿足了對心的要求，而當三只力傳感器測量數值不一致時，表明三根擺線拉力不同，托盤受力不均衡，不滿足對心要求，此時，可以進行被測物體的位置、配重塊的位置或大小的調整。其中，三個上懸點或下懸點所在圓的直徑為200-5000mm。主動平衡系統包括若干配重塊5，用于被測剛體在托盤4上因偏置，導致被測剛體不對心(三根擺線6拉力不相等)時，將合適的配重塊5放置于托盤4上，調整其位置，直至三根擺線6拉力相等，從而使被測剛體+配重塊5的質心與托盤中心共鉛垂線，滿足三線擺測試臺的對心要求。其中，托盤4上所放置的配重塊5的質心位置將通過托盤4上表面的參考標識點來確定。所述配重塊5是已知質量及繞其質心鉛垂軸的轉動慣量的任意形狀的質量塊，例如圓盤形質量塊，因其形體規則，其質心即其中心。繞其質心鉛垂軸的轉動慣量可直接基于理論公式計算，準確，精度高，從而確保三線擺的測試精度。圓盤形配重塊5中心可以開設一通孔(比如直徑20 mm),以便觀察并用記號筆標記其質心在托盤上的投影點；圓盤形質量塊的外圓直徑和厚度因而質量可以任意設定，例如，外圓直徑250 mm、厚度約60 mm的20 kg質量塊,外圓直徑250 mm、厚度約30 mm的10kg質量塊,外圓直徑145 mm、厚度約40 mm的5 kg質量塊,外圓直徑95 mm、厚度約40 mm的2 kg質量塊；質量塊的形狀不僅僅限于圓盤形質量塊，還可以是圓臺形、立方體形等。托盤參考標識14是位于托盤表面的位置標識。如圖5a所示，托盤參考標識可以是標注在托盤表面的以托盤中心為原點的極坐標系141，以托盤中心為原點標識出多個不同半徑的圓環，基于此，可以確定托盤上任一點的位置信息，從而確定配重塊5的放置位置。可替換地，托盤參考標識也可以以托盤中心為圓心、不同半徑圓周上均勻分布的若干個標記點142,如圖5b所示,標記點為直徑1mm、深Imm的錐孔,標記點在不同半徑的圓周上均勻分布，每個圓周上分布的標記點個數點分別為四、八、十二等。托盤4上所放置的配重塊5的質量及其繞扭擺軸線的轉動慣量將從整個扭擺系統(即托盤加強筋3+托盤4+被測剛體+配重塊5)的質量及其繞扭擺軸線的轉動慣量中扣除。
因為托盤加強筋3+托盤4的質量及繞扭擺軸線的轉動慣量可以預先獲得，此外，配重塊5的質量Ma及繞其質心鉛垂軸的轉動慣量Ja已知,配重塊5繞扭擺軸線的轉動慣量可由托盤參考標示所確定的配重塊質心投影點到托盤中心的距離r計算得到:Ja+Ma*r2，因而只需一次測試即可獲得被測剛體繞扭擺軸線的轉動慣量Jb，(即將測得的整個扭擺系統繞扭擺軸線的轉動慣量減去托盤加強筋、托盤、配重塊繞扭擺軸線的轉動慣量)，無需卸載被測剛體后再次專門測量配重塊的轉動慣量，以提高測試效率，縮短測試時間，減少誤差環節，提聞測量精度。四:三線扭擺法復雜剛體動力學參數測試臺托盤升降及定心裝置 如圖6所示，升降及定心裝置包括升降裝置12、定心裝置13。升降裝置12，由三個千斤頂組成，三個千斤頂屬于同步千斤頂，分別安裝于三線擺測試臺的底盤2上，呈圓周均勻分布。千斤頂的類型可以根據需要靈活選擇，如自鎖型同步千斤頂、液壓自鎖同步千斤頂、電動液壓自鎖同步千斤頂等。定心裝置13包括一個千斤頂，千斤頂活塞上端安裝一定心軸，可以隨活塞一起上升或下降。定心軸上端有5x5倒角，起擺前定心軸隨活塞上升穿過托盤4的中心孔使托盤定位，以便于托盤起擺；起擺后落下定心軸以消除其與托盤4中心孔壁間的摩擦，減小扭擺振動的阻尼，提高周期測量精度。其中，定心裝置可以是手動或電動的液壓千斤頂；
相應地，在三線擺測試臺振擺系統中的托盤4的中心設一通孔，以便穿入上述的定心軸，保證托盤僅繞中心鉛垂軸線做純扭擺振動，而不會出現混擺或圓錐運動，確保周期測量精度。盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求
1.一種等半徑的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，所述測試臺包括測試臺頂盤(11)、底盤(2)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，三根擺線上端懸掛于所述頂盤(11)上的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，三根擺線下端懸掛所述托盤(4)上的三個呈圓周均勻分布的下懸點，三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。
2.如權利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，所述托盤上開鑿有多個軸向的均勻分布的圓形通孔。
3.一種等半徑的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，所述測試臺包括測試臺頂盤(11)、底盤(2)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，所述測試臺還包括托盤加強筋(3)，所述托盤加強筋(3)固定于托盤下方； 三根擺線上端分別懸掛于所述頂盤(11)上的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，三根擺線下端懸掛所述托盤加強筋(3)上的三個呈圓周均勻分布的下懸點，三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。
4.如權利要求3所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，所述托盤加強筋(3)的下懸點所在圓周半徑大于或等于托盤4的外圓半徑。
5.如權利要求3所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，所述托盤加強筋(3)為等邊三角形結構。
6.如權利要求3所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，所述底盤(2)結構為以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊； 所述托盤加強筋(3)結構為以另一正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側延長相同長度的延長邊，且托盤加強筋延長邊與底盤延長邊位于各自中心正三角形的相反側。
7.如權利要求3所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，所述托盤加強筋(3)是利用型材焊接而成。
8.如權利要求3所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，所述托盤(4)是利用型材加工而成。
9.如權利要求3所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，托盤加強筋(3)與托盤(4)下方的固定方式為焊接、鉚接或螺栓連接。
10.如權利要求1或3所述的三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，其特征在于，所述托盤上或托盤加強筋(3)上的三個懸點所在圓的直徑為200-5000mm。
全文摘要
本發明提出一種三線扭擺法剛體動力學參數測試臺，所述測試臺包括測試臺頂盤(11)、底盤(2)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，三根擺線上端懸掛于所述頂盤(11)上的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，三根擺線下端懸掛所述托盤(4)上的三個呈圓周均勻分布的下懸點，三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。通過本發明中設計測試臺結構，能夠更為方便進行剛體動力學參數的測量，且方便計算和數據處理，確保測試精度；同時通過托盤加強筋的設計，可以提高托盤的翹曲剛度和承重能力，均衡被測物體對托盤的壓力，保證測量精度；同時通過托盤加強筋的設計以及托盤上通孔的開鑿，進一步擴展測試臺可測試剛體的質量下限。
文檔編號G01M1/10GK103148985SQ20131005869
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者范讓林 申請人:北京科技大學