專利名稱：物體慣性積測(cè)量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器或結(jié)構(gòu)部件的靜態(tài)平衡的測(cè)試裝置與方法，進(jìn)一步涉及物體慣性積的測(cè)定。
背景技術(shù)：
物體慣性積是機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要物理參量，現(xiàn)有技術(shù)中尚無關(guān)于這方面的記載。因此，急需一種簡(jiǎn)便的物體質(zhì)心測(cè)量裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)便的物體慣性積測(cè)量裝置和方法。對(duì)于質(zhì)量超過500kg， 外形尺寸超過1. 5m的大型動(dòng)力設(shè)備有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下物體慣性積測(cè)量裝置，包括水平懸空放置的第一平板，第一平板的幾何外形是圓形或邊數(shù)為3N的正多邊形， N為大于或等于1的整數(shù)；第一平板中心處有1個(gè)通孔，通孔為的幾何外形為圓形或邊數(shù)為 2N的正多邊形，N為大于或等于2的整數(shù)；與正多邊形通孔外形相似的翻板，翻板用于盛放被測(cè)物體；位于翻板對(duì)稱的2個(gè)側(cè)面中心位置與對(duì)應(yīng)的第一平板多邊形等邊通孔側(cè)面的中心位置至少1對(duì)鉸接點(diǎn)，所述翻板可沿鉸接點(diǎn)連線分別相對(duì)于第一平板進(jìn)行任意角度的翻轉(zhuǎn)；位于第一平板外緣處、等距離分布、等長(zhǎng)度且垂直于第一平板的3根吊索；與吊索另一端相連接的支架；位于每根吊索上的拉力傳感器；位于第一平板上的微小豁口 ；位于豁口處的光電傳感器，靜止穩(wěn)定狀態(tài)下，所述光電傳感器與支架保持固定的位置關(guān)系，當(dāng)?shù)谝黄桨逖貓A心發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電傳感器的信號(hào)發(fā)生變化；光電信號(hào)讀取裝置，與光電信號(hào)傳感器相連。所述正多邊形通孔優(yōu)選正方形，所述翻板外形優(yōu)選正方形；所述第一平板的幾何外形優(yōu)選等邊三角形或等邊六邊形，與吊索的連接處位于頂點(diǎn)處。在上述裝置上實(shí)現(xiàn)物體慣性積測(cè)量方法，定義三根繩索分別為第一繩索、第二繩索、第三繩索，其長(zhǎng)度定義為L(zhǎng)，其對(duì)應(yīng)的拉力傳感器分別為第一拉力傳感器、第二拉力傳感器、第三拉力傳感器，在第一平板上，三根繩索與第一平板的結(jié)點(diǎn)分別定義為第一結(jié)點(diǎn)、第二結(jié)點(diǎn)、第三結(jié)點(diǎn)，第一平板中心處為坐標(biāo)原點(diǎn)0，吊索結(jié)點(diǎn)距離第一平板中心的水平距離定義為R，測(cè)量地點(diǎn)的重力加速度定義為g，扭擺周期為T，第一平板與翻板共同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 Ipi ；以被測(cè)物體的質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)O1，垂直于翻板方向?yàn)閆軸，平行于翻板的另外兩個(gè)方向?yàn)閄軸和Y軸，建立被測(cè)物體的直角坐標(biāo)系；步驟包括步驟一調(diào)整水平支架，確保與繩索的結(jié)點(diǎn)處于同一水平面；調(diào)整第一平板，使其保持水平面，調(diào)整翻板至水平位置；將被測(cè)物體置于翻板上，確保被測(cè)物體的質(zhì)心與第一平板的中心處于同一垂直線上；給第一平板一個(gè)微小力，使其以一個(gè)小角度扭振，所述角度大于0，且小于等于5度；通過光電傳感器讀取扭振周期Tl ；此時(shí)，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數(shù)分別為Fn、F12、F13 ；第一平板與翻板共同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Ipl步驟二 讓被測(cè)物體首先圍繞O1Z軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，然后讓翻板沿圍繞鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定的角度，讓被測(cè)物體在翻版上平移，確保坐標(biāo)原點(diǎn)O1與第一平板的中心處于同一垂直線上，測(cè)量此時(shí)O1X軸、O1Y軸、O1Z軸與垂直方向的夾角αι、βρ Y1;然后給第一平板一個(gè)微小力，使其以一個(gè)小角度扭振，所述角度大于0，且小于等于5度；通過光電傳感器讀取扭振周期T2 ；此時(shí)，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數(shù)分別為F21、F22、F23 ；步驟三翻板恢復(fù)水平狀，重復(fù)步驟二，測(cè)得至少另外四組不同的夾角α” β” Y i，讀取扭振周期Ti,讀取第一、第二、第三拉力傳感器的讀數(shù)Fn、Fi2, Fi3 ；步驟四依照公式
權(quán)利要求
1.物體慣性積測(cè)量裝置，其特征在于，包括水平懸空放置的第一平板，第一平板的幾何外形是圓形或邊數(shù)為3N的正多邊形，N為大于或等于1的整數(shù)；第一平板中心處有1個(gè)通孔，通孔為的幾何外形為圓形或邊數(shù)為2N的正多邊形，N為大于或等于2的整數(shù)；與正多邊形通孔外形相似的翻板，翻板用于盛放被測(cè)物體；位于翻板對(duì)稱的2個(gè)側(cè)面中心位置與對(duì)應(yīng)的第一平板正多邊形通孔2個(gè)側(cè)面的中心位置至少1對(duì)鉸接點(diǎn)，所述翻板可沿鉸接點(diǎn)連線分別相對(duì)于第一平板進(jìn)行任意角度的翻轉(zhuǎn)； 位于第一平板外緣處、等距離分布、等長(zhǎng)度且垂直于第一平板的3根吊索； 與吊索另一端相連接的支架； 位于每根吊索上的拉力傳感器； 位于第一平板上的微小豁口；位于豁口處的光電傳感器，靜止穩(wěn)定狀態(tài)下，所述光電傳感器與支架保持固定的位置關(guān)系，當(dāng)?shù)谝黄桨逖貓A心發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光電傳感器的信號(hào)發(fā)生變化； 光電信號(hào)讀取裝置，與光電信號(hào)傳感器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述物體慣性積測(cè)量裝置，其特征在于，所述正多邊形通孔為正方形，所述翻板外形為正方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述物體慣性積測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一平板的幾何外形是等邊三角形或正六邊形，與吊索的連接處位于頂點(diǎn)處。
4.在權(quán)利要求1至3任何一項(xiàng)所述裝置上實(shí)現(xiàn)物體慣性積測(cè)量方法，定義三根繩索分別為第一繩索、第二繩索、第三繩索，其長(zhǎng)度定義為L(zhǎng)，其對(duì)應(yīng)的拉力傳感器分別為第一拉力傳感器、第二拉力傳感器、第三拉力傳感器，在第一平板上，三根繩索與第一平板的結(jié)點(diǎn)分別定義為第一結(jié)點(diǎn)、第二結(jié)點(diǎn)、第三結(jié)點(diǎn)，第一平板中心處為坐標(biāo)原點(diǎn)0，吊索結(jié)點(diǎn)距離第一平板中心的水平距離定義為R，測(cè)量地點(diǎn)的重力加速度定義為g，扭擺周期為T，第一平板與翻板共同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Ipi ；以被測(cè)物體的質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)O1，垂直于翻板方向?yàn)閆軸，平行于翻板的另外兩個(gè)方向?yàn)閄軸和Y軸，建立被測(cè)物體的直角坐標(biāo)系； 其特征在于，步驟包括步驟一調(diào)整水平支架，確保與繩索的結(jié)點(diǎn)處于同一水平面；調(diào)整第一平板，使其保持水平面，調(diào)整翻板至水平位置；將被測(cè)物體置于翻板上，確保被測(cè)物體的質(zhì)心與第一平板的中心處于同一垂直線上；給第一平板一個(gè)微小力，使其以一個(gè)小角度扭振，所述角度大于 0，且小于等于5度；通過光電傳感器讀取扭振周期T1 ；此時(shí)，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數(shù)分別為Fn、F12、F13 ；第一平板與翻板共同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Ipl步驟二 讓被測(cè)物體首先圍繞O1Z軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，然后讓翻板沿圍繞鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定的角度，讓被測(cè)物體在翻版上平移，確保坐標(biāo)原點(diǎn)O1與第一平板的中心處于同一垂直線上， 測(cè)量此時(shí)O1X軸、O1Y軸、O1Z軸與垂直方向的夾角αι、βρ Y1 ；然后給第一平板一個(gè)微小力，使其以一個(gè)小角度扭振，所述角度大于0，且小于等于5度；通過光電傳感器讀取扭振周期T2 ；此時(shí)，第一、第二、第三拉力傳感器的讀數(shù)分別為F21、F22、F23 ；步驟三翻板恢復(fù)水平狀，重復(fù)步驟二，測(cè)得至少另外四組不同的夾角α” β” Yi，讀取扭振周期Ti,讀取第一、第二、第三拉力傳感器的讀數(shù)Fn、Fi2、Fi3 ；步驟四依照公式/z = (Fll+Fl2+f13)*尺-/對(duì)計(jì)算獲得Ιζ，在其它旋轉(zhuǎn)角度下，首先計(jì)算獲得第一平板與翻板共同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ipi，(F- + F-, + Fi)^ R2 ^ Τ·2 Ii的數(shù)值計(jì)算方法如下= ( n z2 V3j1 -ImΑπ2 ^L然后將12、13、14、15、I6的數(shù)值和對(duì)應(yīng)的角α ρ β ρ Y i值帶入下面等式，_ Ix-Τ 1Xy-τ 1XZCOS <2/k = [cosCH COS A. COS^]*-τ Ayxh-T氺cosA.-τ 1ZX-τ 1Zyh __cos,z._在Iz已知的情況下，聯(lián)立方程求得另外五個(gè)變量值IX、Iy、Ixy、Ixz、Iyz ； 進(jìn)而，可以獲得被測(cè)物體關(guān)于質(zhì)心的慣量橢球方程。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)器或結(jié)構(gòu)部件的靜態(tài)平衡的測(cè)試裝置與方法，進(jìn)一步涉及物體慣性積的測(cè)定。本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)便的物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置和方法。裝置包括水平懸空放置的第一平板；第一平板中心處有1個(gè)通孔；與正多邊形通孔外形相似的翻板；翻板可沿鉸接點(diǎn)連線分別相對(duì)于第一平板進(jìn)行任意角度的翻轉(zhuǎn)；位于第一平板外緣處的3根吊索；與吊索另一端項(xiàng)連接的支架；位于每根吊索上的拉力傳感器；位于第一平板上的微小豁口；位于豁口處的光電傳感器；光電信號(hào)讀取裝置，與光電信號(hào)傳感器相連。該方法原理簡(jiǎn)單，易于控制，便于操作，適用大多數(shù)復(fù)雜的動(dòng)力設(shè)備。
文檔編號(hào)G01M1/12GK102494845SQ20111037592
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者張俊紅, 畢鳳榮, 畢曉陽, 王霞, 邵康 申請(qǐng)人:天津大學(xué)