一種鋼球質量測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發明涉及測量領域，特指一種采用非重力原理用于測量鋼球質量的測量裝置及測量方法。測量裝置主要由工作臺、軸承I、鉚釘I、鉚釘II、拉簧、指示針、移動銷、伸縮軸、螺釘I、連接板、絲桿、螺釘II、距離傳感器、小軸、軸承II、測量座、鉚釘III、空心軸、主軸、螺釘III和數控電機構成。這種測量方法所用測量器材結構簡單，測量原理合理，測量過程簡便，能夠較準確測量鋼球質量。測量步驟包括：(I)測量無負載即沒有安放鋼球時的測量座總成的質量；(II)測量鋼球質量。
【專利說明】一種鋼球質量測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測量領域，特指一種采用非重力原理用于測量鋼球質量的測量裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002]在工程和科學實驗中，經常需要測量物體的質量，進行質量測量時一般采用重力原理。由于測量環境的多樣性與復雜性，有的地方重力加速度系數有變化，特別是在太空環境中時更是無法用常規方法測量物體的質量。
【發明內容】
[0003]為了解決上述問題，本發明提供一種鋼球質量測量裝置及測量方法。
[0004]本發明所采用的技術方案是:
[0005]所述一種鋼球質量測量裝置及測量方法，測量裝置主要由工作臺、軸承1、鉚釘1、鉚釘I1、拉簧、指示針、移動銷、伸縮軸、螺釘1、連接板、絲桿、螺釘I1、距離傳感器、小軸、軸承I1、測量座、鉚釘II1、空心軸、主軸、螺釘III和數控電機構成。所述數控電機是步進電機或伺服電機，通過與相應的數控系統和電氣電路連接可以對其轉速大小進行調節并顯示轉速大小。所述距離傳感器和電氣電路連接并能感知其與裝在所述測量座上的反光片之間的相向正對時的距離。所述測量座、所述鉚釘II1、所述小軸、所述軸承I1、所述移動銷、所述伸縮軸、所述螺釘1、所述連接板、所述絲桿組成測量座總成。所述工作臺的上表面有很高的平面度和表面粗糙度。所述工作臺有軸承孔1、螺孔I1、軸承孔II和通孔I。所述工作臺的所述軸承孔1、所述軸承孔II兩者的中心軸線重合并與所述工作臺的上表面垂直。所述主軸的一端是切口軸頭，另一端是凹槽軸頭。二只所述軸承I的內圈內孔與所述主軸的兩頭外徑配合，二只所述軸承I的外圈外徑與所述工作臺的所述軸承孔1、所述軸承孔II配合。一只所述軸承I與所述軸承孔I配合后裝著密封圈。所述數控電機有電機軸，所述電機軸與所述主軸的所述凹槽軸頭配合。三枚所述螺釘III分別穿過所述工作臺的三個所述通孔I與所述數控電機連接。所述空心軸有鉚釘孔1、刻度面和鉚釘孔II，所述空心軸的所述刻度面有很高的平面度和表面粗糙度。所述空心軸的一端的條形槽孔與所述主軸的所述切口軸頭配合，并通過所述鉚釘孔I用所述鉚釘I緊固。所述空心軸的另一端的內孔與所述伸縮軸的外圓配合。所述伸縮軸的一端有開口槽和移動銷孔，所述伸縮軸的另一端有鉚釘孔III。所述拉簧放置在所述空心軸的內孔內，一端通過所述鉚釘II緊固在所述鉚釘孔II上，另一端通過所述移動銷與所述伸縮軸的所述移動銷孔連接，所述移動銷上套著所述指示針，所述指示針的與所述刻度面接觸的表面有很高的平面度和表面粗糙度，所述移動銷的直徑與所述空心軸的位于中間的長的條形槽的寬度配合，此時所述移動銷可以在該槽內自由移動且與所述工作臺的上表面垂直。所述測量座上有螺孔1、球形凹面、鉚釘孔、伸縮軸連接孔、所述反光片、軸孔、軸座、測量座底面和測量座側面。所述伸縮軸的有所述鉚釘孔III的一端與所述測量座上的所述伸縮軸連接孔配合，通過所述鉚釘孔III和所述鉚釘孔用所述鉚釘III緊固，此時所述鉚釘III的中心軸線與所述工作臺的上表面平行。所述測量座上的所述球形凹面測量時用來放置鋼球。所述連接板的中央有螺孔，該螺孔與所述絲桿的外螺紋配合。四枚所述螺釘I分別穿過所述連接板的四個孔與所述測量座的四個所述螺孔I連接。所述小軸的外圓與所述軸承II的內圈內孔配合，所述小軸的兩頭圓柱與所述軸孔配合。此時所述軸承II的外圈與所述工作臺的上表面接觸，所述空心軸、所述伸縮軸和所述伸縮軸連接孔三者的中心軸線剛好重合并與所述工作臺的上表面平行，所述測量座的所述測量座底面與所述工作臺的上表面平行，所述測量座的所述測量座側面與所述工作臺的上表面垂直。四枚所述螺釘II分別穿過所述距離傳感器的四個安裝孔與所述工作臺的四個所述螺孔II連接。
[0006]本發明的有益效果是:
[0007]這種測量方法所用測量器材結構簡單，測量原理合理，測量過程簡便，能夠較準確測量鋼球質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]下面結合本發明的圖形進一步說明:
[0009]圖1是本發明的測量裝置的結構示意圖。
[0010]圖2是本發明的測量裝置的爆炸圖。
[0011]圖3、圖4是所述工作臺的結構示意圖。
[0012]圖5、圖6是所述空心軸的結構示意圖。
[0013]圖7是所述主軸的結構示意圖。
[0014]圖8是所述數控電機的結構示意圖。
[0015]圖9是所述伸縮軸的結構示意圖。
[0016]圖10、圖11是所述測量座的結構示意圖。
[0017]圖12是所述絲桿的結構示意圖。
[0018]圖13是所述移動銷的結構示意圖。
[0019]圖中，1.工作臺，2.軸承I，3.鉚釘I，4.鉚釘II，5.拉簧，6.指示針，7.移動銷，
8.伸縮軸，9.螺釘I，10.連接板，11.絲桿，12.螺釘II，13.距離傳感器，14.小軸，15.軸承II，16.測量座，17.鉚釘III，18.空心軸，19.主軸，20.螺釘III，21.數控電機，22.軸承孔II，23.通孔I，24.鉚釘孔II，25.刻度面，26.鉚釘孔I，27.切口軸頭，28.凹槽軸頭，29.電機軸，30.移動銷孔，31.鉚釘孔III，32.螺孔I，33.球形凹面，34.鉚釘孔，35.伸縮軸連接孔，36.反光片，37.軸孔，38.軸座，39.軸承孔I，40.螺孔II，41.測量座底面，42.測量座側面。
【具體實施方式】
[0020]所述一種鋼球質量測量裝置及測量方法，測量裝置主要由所述工作臺(I)、所述軸承I (2)、所述鉚釘I (3)、所述鉚釘II (4)、所述拉簧(5)、所述指示針(6)、所述移動銷(7)、所述伸縮軸(8)、所述螺釘I (9)、所述連接板(10)、所述絲桿(11)、所述螺釘II (12)、所述距離傳感器(13)、所述小軸(14)、所述軸承II (15)、所述測量座(16)、所述鉚釘III (17)、所述空心軸(18)、所述主軸(19)、所述螺釘III (20)和所述數控電機(21)構成。所述數控電機(21)是步進電機或伺服電機，通過與相應的數控系統和電氣電路連接可以對其轉速大小進行調節并顯示轉速大小。所述距離傳感器(13)和電氣電路連接并能感知其與裝在所述測量座(16)上的所述反光片之間的相向正對時的距離。所述測量座(16)、所述鉚釘III (17)、所述小軸(14)、所述軸承II (15)、所述移動銷(7)、所述伸縮軸(8)、所述螺釘I (9)、所述連接板(10)、所述絲桿(11)組成測量座總成。所述工作臺(I)的上表面有很高的平面度和表面粗糙度。所述工作臺(I)有所述軸承孔I (39)、所述螺孔II (40)、所述軸承孔II (22)和所述通孔I (23)。所述工作臺(I)的所述軸承孔I (39)、所述軸承孔II (22)兩者的中心軸線重合并與所述工作臺(I)的上表面垂直。所述主軸(19)的一端是所述切口軸頭(27)，另一端是所述凹槽軸頭(28)。二只所述軸承I (2)的內圈內孔與所述主軸(19)的兩頭外圓直徑配合，二只所述軸承I (2)的外圈外徑與所述工作臺(I)的所述軸承孔I (39)、所述軸承孔II (22)配合。一只所述軸承I (2)與所述軸承孔I (39)配合后裝著密封圈。所述數控電機(21)有所述電機軸(29)，所述電機軸(29)與所述主軸(19)的所述凹槽軸頭(28)配合。三枚所述螺釘111(20)分別穿過所述工作臺(I)的三個所述通孔1(23)與所述數控電機
(21)連接。所述空心軸(18)有所述鉚釘孔I (26)、所述刻度面(25)和所述鉚釘孔II (24)，所述空心軸(18)的所述刻度面(25)有很高的平面度和表面粗糙度。所述空心軸(18)的一端的條形槽孔與所述主軸(19)的所述切口軸頭(27)配合，并通過所述鉚釘孔I (26)用所述鉚釘I (3)緊固。所述空心軸(18)的另一端的內孔與所述伸縮軸(8)的外圓配合。所述伸縮軸(8)的一端有開口槽和所述移動銷孔(30)，所述伸縮軸(8)的另一端有所述鉚釘孔111(31)。所述拉簧(5)放置在所述空心軸(18)的內孔內，一端通過所述鉚釘11(4)緊固在所述鉚釘孔II (24)上，另一端通過所述移動銷(7)與所述伸縮軸(8)的所述移動銷孔
(30)連接,所述移動銷(7)上套著所述指示針(6),所述指示針(6)的與所述刻度面(25)接觸的表面有很高的平面度和表面粗糙度，所述移動銷(7)的直徑與所述空心軸(18)的位于中間的長的條形槽的寬度配合，此時所述移動銷(7)可以在該槽內自由移動且與所述工作臺(I)的上表面垂直。所述測量座(16)上有所述螺孔I (32)、所述球形凹面(33)、所述鉚釘孔(34)、所述伸縮軸連接孔(35)、所述反光片(36)、所述軸孔(37)、所述軸座(38)、所述測量座底面(41)和所述測量座側面(42)。所述伸縮軸(8)的有所述鉚釘孔III (31)的一端與所述測量座(16)上的所述伸縮軸連接孔(35)配合，通過所述鉚釘孔111(31)和所述鉚釘孔(34)用所述鉚釘III (17)緊固，此時所述鉚釘III (17)的中心軸線與所述工作臺(I)的上表面平行。所述測量座(16)上的所述球形凹面(33)測量時用來放置鋼球。所述連接板(10)的中央有螺孔，該螺孔與所述絲桿(11)的外螺紋配合。四枚所述螺釘I (9)分別穿過所述連接板(10)的四個孔與所述測量座(16)的四個所述螺孔I (32)連接。所述小軸(14)的外圓與所述軸承II (15)的內圈的內孔配合,所述小軸(14)的兩頭圓柱與所述軸孔(37)配合。此時所述軸承11(15)的外圈與所述工作臺(I)的上表面接觸，所述空心軸
(18)、所述伸縮軸(8)和所述伸縮軸連接孔(35)三者的中心軸線剛好重合并與所述工作臺(I)的上表面平行，所述測量座(16)的所述測量座底面(41)與所述工作臺(I)的上表面平行，所述測量座(16)的所述測量座側面(42)與所述工作臺(I)的上表面垂直。四枚所述螺釘II (12)分別穿過所述距離傳感器(13)的四個安裝孔與所述工作臺⑴的四個所述螺孔11(40)連接。
[0021]測量時，測量裝置工作，所述數控電機(21)勻速轉動，所述主軸(19)勻速轉動，通過所述空心軸(18)、所述拉簧(5)、所述伸縮軸(8)等使所述測量座(16)做勻速圓周運動，當所述測量座(16)的所述反光片(36)經過所述距離傳感器(13)時，所述距離傳感器(13)能感知此時所述反光片(36)與它之間的距離。
[0022]測量步驟如下:
[0023](I)測量無負載即沒有安放鋼球時的測量座總成的質量
[0024]記沒有安放鋼球時的測量座總成的質量為MO，
[0025]記所述拉簧(5)在自然狀態時測量座總成的質心與所述主軸(19)的中心線的距離為R0,
[0026]記所述拉簧(5)剛好處在即將產生彈性形變的自然狀態、所述測量座(16)位于所述主軸(19)和所述距離傳感器(13)之間并且三者的水平中心線重合時，所述測量座(16)上的所述反光片(36)與所述距離傳感器(13)之間的距離為L0，
[0027]記所述主軸(19)以角速度ω I轉動時所述測量座(16)上的所述反光片(36)與所述距離傳感器(13)之間的距離為LI，記此時所述拉簧(5)的伸長量為XI，記此時所述拉簧(5)產生的向心力為F1，記此時測量座總成的質心與所述主軸(19)的中心線的距離為Rl,
[0028]記所述主軸(19)以角速度ω 2轉動時所述測量座(16)上的所述反光片(36)與所述距離傳感器(13)之間的距離為L2，記此時拉簧(5)的伸長量為Χ2，記此時所述拉簧(5)產生的向心力為F2，記此時測量座總成的質心與所述主軸(19)的中心線的距離為R2，
[0029]于是`
[0030]Xl=LO-Ll
[0031]X2=L0-L2
[0032]R1=R0+X1=R0+L0-L1
[0033]R2=R0+X2=R0+L0-L2
[0034]根據胡克定律F=K*X，式中，F為拉力，K為拉簧倔強系數，X為拉簧伸長量。
[0035]于是
[0036]F1=K*X1
[0037]F2=K*X2
[0038]根據勻速圓周運動物體的向心力計算公式F=M* gj2*R，式中，F為向心力，M為勻速圓周運動物體的質量，ω為勻速圓周運動物體的角速度，R為勻速圓周運動物體的運動半徑。
[0039]于是
[0040]Fl=K^Xl =K* (LO-Ll) =MO* ω I2^Rl=MO* ω I2* (R0+L0-L1) (I)
[0041 ] F2=K*X2=K* (L0-L2) =MO* ω 22*R2=M0* ω 22* (R0+L0-L2) (2)
[0042]即
[0043]K* (LO-Ll) =MO* ω 1? (R0+L0-L1) (3)
[0044]K* (L0-L2) =MO* ω 22* (R0+L0-L2) (4)
[0045]由于K為拉簧倔強系數，即常數，L0、L1、L2、ω?、ω 2經上述實驗測量得到，于是由公式(3)和公式⑷可以計算得到MO和RO值。
[0046](II)測量鋼球質量[0047]在所述測量座(16)的所述球形凹面(33)上安放鋼球并且旋動所述絲桿(11)將鋼球壓緊，
[0048]記鋼球質量為Ml,
[0049]記所述拉簧(5)剛好處在即將產生彈性形變的自然狀態時鋼球的質心與所述主軸(19)的中心線的距離為R3，
[0050]所述拉簧(5)剛好處在即將產生彈性形變的自然狀態、所述測量座(16)(包括其上鋼球)位于所述主軸(19)和所述距離傳感器(13)之間并且三者的水平中心線重合時，
[0051]所述測量座(16)上的所述反光片(36)與所述距離傳感器(13)之間的距離仍為L0，
[0052]記所述主軸(19)以角速度ω3轉動時所述測量座(16)上的所述反光片(36)與所述距離傳感器(13)之間的距離為L3，記此時所述拉簧(5)的伸長量為Χ3，記此時所述拉簧(5)產生的向心力為F3，記此時測量座總成的質心與所述主軸(19)的中心線的距離為R4，記此時鋼球質心與所述主軸(19)的中心線的距離為R5，
[0053]記所述主軸(19)以角速度ω4轉動時所述測量座(16)上的所述反光片(36)與所述距離傳感器(13)之間的距離為L4，記此時所述拉簧(5)的伸長量為Χ4，記此時所述拉簧(5)產生的向心力為F4，記此時測量座總成的質心與所述主軸(19)的中心線的距離為R6，記此時鋼球質心與所述主軸(19)的中心線的距離為R7，
[0054]于是
[0055]X3=L0-L3
[0056]X4=L0-L4
[0057]R4=R0+X3=R0+L0-L3
[0058]R5=R5+X3=R3+L0-L3
[0059]R6=R0+X4=R0+L0-L4
[0060]R7=R5+X4=R3+L0-L4[0061 ] F3=K*X3=K*(L0-L3)
[0062]F4=K*X4=K*(L0-L4)
[0063]于是
[0064]F3=K*X3
[0065]=K* (L0-L3)
[0066]=M0*co32*R4+M1*co32*R5
[0067]= MO* ω 32* (R0+L0-L3) +Ml* ω 32* (R3+L0-L3)
[0068]F4=K*X4
[0069]=K* (L0-L4)
[0070]=M0*42*R6+M1*co42*R7
[0071 ] =MO* ω 42* (R0+L0-L4) +Ml* ω 42* (R3+L0-L4)
[0072]即
[0073]K*(L0-L3)=M0*co32*(R0+L0-L3)+M1*co32*(R3+L0_L3) (5)
[0074]K*(L0-L4)=M0*co42*(R0+L0-L4)+M1*co42*(R3+L0_L4) (6)
[0075]由于K為常數，L0, MO和RO在步驟(I)中已通過測量計算得到，L3、L4、ω3、ω4經上述實驗測量得到，于是由公式(5)和公式(6)可以計算得到Ml和R3值。
【權利要求】
1.一種鋼球質量測量裝置及測量方法，測量裝置主要由工作臺、軸承1、鉚釘1、鉚釘I1、拉簧、指示針、移動銷、伸縮軸、螺釘1、連接板、絲桿、螺釘I1、距離傳感器、小軸、軸承I1、測量座、鉚釘II1、空心軸、主軸、螺釘III和數控電機構成，其特征是:所述工作臺有軸承孔1、螺孔I1、軸承孔II和通孔I ;所述主軸的一端是切口軸頭，另一端是凹槽軸頭；所述軸承I的內圈內孔與所述主軸的兩頭外徑配合，所述軸承I的外圈外徑與所述工作臺的所述軸承孔1、所述軸承孔II配合；所述數控電機有電機軸，所述電機軸與所述主軸的所述凹槽軸頭配合；三枚所述螺釘III分別穿過所述工作臺的三個所述通孔I與所述數控電機連接；所述空心軸有鉚釘孔1、刻度面和鉚釘孔II;所述空心軸的一端的條形槽孔與所述主軸的所述切口軸頭配合，并通過所述鉚釘孔I用所述鉚釘I緊固；所述空心軸的另一端的內孔與所述伸縮軸的外圓配合；所述伸縮軸的一端有開口槽和移動銷孔，所述伸縮軸的另一端有鉚釘孔III ;所述拉簧放置在所述空心軸的內孔內，一端通過所述鉚釘II緊固在所述鉚釘孔II上，另一端通過所述移動銷與所述伸縮軸的所述移動銷孔連接，所述移動銷上套著所述指示針；所述測量座上有螺孔1、球形凹面、鉚釘孔、伸縮軸連接孔、反光片、軸孔、軸座、測量座底面和測量座側面；所述伸縮軸的有所述鉚釘孔III的一端與所述測量座上的所述伸縮軸連接孔配合，通過所述鉚釘孔III和所述鉚釘孔用所述鉚釘III緊固；所述測量座上的所述球形凹面測量時用來放置鋼球；所述連接板的中央有螺孔，該螺孔與所述絲桿的外螺紋配合；四枚所述螺釘I分別穿過所述連接板的四個孔與所述測量座的四個所述螺孔I連接；所述小軸的外圓與所述軸承II的內圈內孔配合，所述小軸的兩頭圓柱與所述軸孔配合；四枚所述螺釘II分別穿過所述距離傳感器的四個安裝孔與所述工作臺的四個所述螺孔II連接；測量步驟包括:(I)測量無負載即沒有安放鋼球時的測量座總成的質量，(II)測量鋼球質量。
【文檔編號】G01G3/00GK103759794SQ201310756959
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】楊紹榮 申請人:金華職業技術學院