本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要技術(shù)參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量在諸如飛機(jī)、汽車、機(jī)械零部件、電機(jī)轉(zhuǎn)子等機(jī)械領(lǐng)域都要用到。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)試方法有兩種：計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)法。傳統(tǒng)測(cè)試轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法有四種：落體法；扭振法；三線擺法和復(fù)擺法。都以時(shí)間為測(cè)定量，并應(yīng)用理論公式求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
在本發(fā)明之前，目前有諸如nb系列轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀可以測(cè)量微型彈丸、汽車零部件、電機(jī)轉(zhuǎn)子、導(dǎo)彈翼片(風(fēng)扇葉片)、人體、大型導(dǎo)彈、衛(wèi)星、艦艇航模、航天飛行器，其測(cè)量范圍從幾克至幾十噸，儀器精度達(dá)0.5％；又如質(zhì)量特性參數(shù)測(cè)量設(shè)備可測(cè)最大質(zhì)量1500kg，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量不確定度小于0.3％；再如箭彈動(dòng)態(tài)質(zhì)量形位綜合測(cè)量?jī)x，是在雙面立式動(dòng)平衡機(jī)的基礎(chǔ)上配置扭擺式轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試臺(tái)，可測(cè)最大質(zhì)量為1000kg，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量不確定度小于0.5％；還有質(zhì)量、質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試臺(tái)其質(zhì)量測(cè)量精度達(dá)0.5％，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量精度優(yōu)于2％，上述這些設(shè)備往往造價(jià)高，并且操作較復(fù)雜，并不適用于普通公司所需。還有一些廠家研制出了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x器，多采用接觸磨擦和多次裝卡方式，不同程度存在著測(cè)量精度較低，穩(wěn)定性能差，測(cè)試過(guò)程復(fù)雜繁瑣，使用不安全、不方便等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，研制一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量裝置，其主要技術(shù)特征在于，包括芯軸、軸承架、軸承、兩個(gè)光電傳感器、掛重組件、支撐架、光電傳感器支架組成，其中掛重組件中包括配重塊，拉線，和浮標(biāo)，其特征在于：所述的一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置中，浮標(biāo)與拉線相連，拉線的下方與配重塊相連，配重塊自由下落時(shí)，浮標(biāo)也隨著拉線向下運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電傳感器的位置。測(cè)量時(shí)，將配重塊置于光電傳感器上方，通過(guò)配重上方的浮標(biāo)來(lái)觸發(fā)光電傳感器，所述光電傳感器通過(guò)螺釘固定在光電傳感器支架上，光電傳感器支架由兩部分組成，中間由螺釘進(jìn)行連接，支撐架由四根l型管和主支撐架組成，通過(guò)螺釘連接固定。
所述的光電傳感器對(duì)回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置，通過(guò)螺釘來(lái)調(diào)節(jié)支撐架和光電傳感器支架的高度。
所述測(cè)量時(shí)，通過(guò)拉線上的浮標(biāo)來(lái)觸發(fā)光電傳感器，以此測(cè)量出配重塊下落時(shí)經(jīng)過(guò)兩點(diǎn)的時(shí)間，由光電傳感器所測(cè)試的時(shí)間，以及芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算出回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
由芯軸的動(dòng)量矩定理可得：
式中，j為回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，jo為芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，mf為系統(tǒng)所受的摩擦力矩；由式(1)可見(jiàn)，回轉(zhuǎn)體的角加速度α為一常數(shù)，配重塊的加速度a＝r·α亦為常數(shù)，配重塊的運(yùn)動(dòng)方程可表為：
測(cè)得配重塊通過(guò)兩光電傳感去所需時(shí)間，可由式(2)解得配重塊的加速度a，帶入式(1)，可求得回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j。為去除摩擦力矩mf的影響，取重量不同的兩個(gè)配重塊，通過(guò)公式(1)建立二元一次方程。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于與現(xiàn)有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置相比裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，并且易于操作，解決了目前轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置專業(yè)要求高，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，以及專業(yè)要求不高，計(jì)算不復(fù)雜，測(cè)量精度高。
附圖說(shuō)明
圖1——本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中各標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部件名稱如下：
軸承1、軸承架2、回轉(zhuǎn)體3(可以是任何形式的回轉(zhuǎn)體，圖形在此以齒輪形狀畫出)、芯軸4、第一光電傳感器5、浮標(biāo)6、拉線7、第二光電傳感器8、光電傳感器支架9、配重塊10、支撐架11。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的技術(shù)思路是：
在平衡狀態(tài)時(shí)，使配重塊自由落下，回轉(zhuǎn)體隨著芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)測(cè)量配重塊經(jīng)過(guò)兩光電傳感器之間所需的時(shí)間，可計(jì)算回轉(zhuǎn)體繞芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(即極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)的大小。
下面結(jié)合附圖1，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
軸承架2安裝在支撐架11的上部，軸承1在軸承架2上，而且芯軸4與軸承1形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，芯軸4上連接有回轉(zhuǎn)體3，且可隨著芯軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，拉線7的上端與芯軸4相連，且拉線7可繞在芯軸4上，拉線7的下端與配重塊10相連，浮標(biāo)6固定于于拉線7上，在拉線7的整個(gè)垂直線路上，光電傳感器支架9從上向下依次連接第一光電傳感器5和第二光電傳感器8，浮標(biāo)6起始位置位于第一光電傳感器5上部，第一光電傳感器5和第二光電傳感器8固定于光電傳感器支架9上；光電傳感器支架9與支撐架11相連接，支撐架11與光電傳感器支架9都可通過(guò)自身螺釘調(diào)節(jié)各自的高度。
本發(fā)明的測(cè)量方法及過(guò)程說(shuō)明：
當(dāng)將配重塊10放下時(shí)，配重塊10將進(jìn)入自由落體運(yùn)動(dòng)，拉線7被配重塊10向下拉，則連接在拉線7上的浮標(biāo)6也跟著落下，浮標(biāo)6依次經(jīng)過(guò)第一光電傳感器5、第二光電傳感器8，并在經(jīng)過(guò)光電傳感器時(shí)觸發(fā)光電傳感器開(kāi)關(guān)，由此可測(cè)得浮標(biāo)6經(jīng)過(guò)第一傳感器5和第二傳感器8所需時(shí)間，即可測(cè)得配重塊10下落的時(shí)間。
再由動(dòng)量矩定理可得：
式中，j為回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，jo為芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過(guò)公式
配重塊5的運(yùn)動(dòng)方程可表為：
測(cè)得浮標(biāo)6通過(guò)第一光電傳感器5和第二光電傳感器8所需時(shí)間，測(cè)試開(kāi)始時(shí)，浮標(biāo)緊靠第一光電傳感器5，故v0＝0，可由式(2)解得配重塊的加速度a，帶入式(1)，為去除摩擦力矩mf的影響，取重量分別為w1、w2的配重塊。通過(guò)公式(1)建立二元一次方程，可求得回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j。