專利名稱：一種轉動慣量測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測量技術，涉及對轉動慣量測量裝置的改進。
背景技術：
國內測轉動慣量的實驗方法有三線擺法，拉伸法和扭擺法。目前國內用扭擺原理作的測試臺主要有以下幾種1)西北工業(yè)大學導彈轉動慣量測試臺，它可以同時測量試件的Jx、Jy轉動慣量。其結構主要包括底板、外殼、兩個徑向軸承、一個推力軸承、擺角鎖定和釋放裝置、上部安裝轉盤臺面。2)南京理工大學的扭擺臺，南京理工大學設計了兩種慣量測量裝置，即臺式赤道轉動慣量儀和臥式極轉動慣量測試儀?？蓽y量彈、箭、坦克、裝甲車、火炮、運載火箭、衛(wèi)星、飛機另部件等的轉動慣量。測量精度與樣柱理論值相比＜0.3％。上述轉動慣量測量裝置的共同缺點是，由于機械軸承存在摩擦力，影響了測量精度的提高。此外，結構較復雜。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種軸承摩擦力極小，轉動慣量測量準確度高的測量裝置。
本實用新型的技術方案是一種轉動慣量測量裝置，包括一個水平的臺面1和主軸3，臺面1的下端面與主軸3上端牢固連接，還包括一個帶有調平墊腳6的底座5和扭轉彈簧8，還包括固定在臺面1下方不轉動部分上的光電信號接發(fā)器10，其特征在于(1)底座5的上端面是平面，下端面有臺階形凹槽，底座5的中心有一個通孔，主軸3的下端伸進臺階形凹槽內，扭轉彈簧8的中心端頭通過扭簧鎖定螺桿9固定在主軸3的下端面的中心，扭轉彈簧8的外端頭通過扭簧調節(jié)桿7固定在臺階形凹槽內；(2)主軸3的上部有一個沿徑向擴展的同心圓盤；(3)在底座5的上面、臺面1的下方有一個由主軸3、上止推板2和空氣軸承本體4組成的空氣軸承，上止推板2有中心孔，主軸3的上端面從該中心孔伸出，上止推板2的下端面有一個與中心孔同心的圓盤形凹槽，該凹槽的直徑略大于主軸3上部的圓盤直徑，該凹槽的深度略大于上述圓盤的厚度，主軸3上部的圓盤位于該凹槽中，該凹槽通過上止推板2內部的孔路與位于上止推板2側面的壓縮空氣入口連通，上止推板2位于空氣軸承本體4的上端面，用沿圓周均布的螺釘將固連在軸承本體4上；空氣軸承本體4位于上止推板2與底座5之間，用沿圓周均布的螺釘與底座5連接，空氣軸承本體4上有容納主軸3的中心孔，主軸3的下部穿過該中心孔后進入底座5下端面的臺階形凹槽，該中心孔與主軸3之間的間隙通過空氣軸承本體4內部的孔路與主軸3上部圓盤和空氣軸承本體4上端面之間的間隙連通，同時，該中心孔與主軸3之間的間隙通過空氣軸承本體4內部的孔路與位于空氣軸承本體4側面的壓縮空氣入口連通。
本實用新型的優(yōu)點是由于采用空氣軸承，其摩擦力極小，因而測量轉動慣量準確度高。同時，裝置結構簡單，使用方便。


圖1是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型做進一步詳細說明。參見圖1，本實用新型包括一個水平的臺面1和主軸3，臺面1通過螺釘與主軸3上端牢固連接。臺面1是承載被測物體的平臺。還包括一個帶有調平墊腳6的底座5和扭轉彈簧8，還包括固定在臺面1下方不轉動部分上的光電信號接發(fā)器10，所謂不轉動部分是指測量裝置的外殼等物體，在測量過程中它不會隨臺面1轉動。一般在臺面1對應光電信號接發(fā)器10的位置粘貼一塊反射物或者感應物，以便于光電信號接發(fā)器10的測量。本實用新型的特征在于(1)底座5的上端面是平面，下端面有臺階形凹槽，底座5的中心有一個通孔，主軸3的下端伸進臺階形凹槽內，扭轉彈簧8的中心端頭通過扭簧鎖定螺桿9固定在主軸3的下端面的中心，扭轉彈簧8的外端頭通過扭簧調節(jié)桿7固定在臺階形凹槽內。扭簧調節(jié)桿7通過夾持扭轉彈簧8的不同部位來改變扭轉彈簧8的形狀及彈性系數(shù)。
(2)主軸3的上部有一個沿徑向擴展的同心圓盤。
(3)在底座5的上面、臺面1的下方有一個由主軸3、上止推板2和空氣軸承本體4組成的空氣軸承。上止推板2有中心孔，主軸3的上端面從該中心孔伸出。上止推板2的下端面有一個與中心孔同心的圓盤形凹槽，該凹槽的直徑略大于主軸3上部的圓盤直徑，該凹槽的深度略大于上述圓盤的厚度，主軸3上部的圓盤位于該凹槽中。該凹槽通過上止推板2內部的孔路與位于上止推板2側面的壓縮空氣入口連通。如圖所示，止推板2內部的孔路沿圓周均布8個進氣孔從上述凹槽的底面與凹槽連通?？諝廨S承本體4的上端面沿圓周均布8個進氣孔，空氣軸承本體4的中心孔側面布有兩排每排8個進氣孔。空氣軸承本體4位于上止推板2與底座5之間，用沿圓周均布的八個螺釘與底座5連接。空氣軸承本體4上有容納主軸3的中心孔，主軸3的下部穿過該中心孔后進入底座5下端面的臺階形凹槽，該中心孔與主軸3之間的間隙通過空氣軸承本體4內部的孔路與主軸3上部圓盤和空氣軸承本體4上端面之間的間隙連通，同時，該中心孔與主軸3之間的間隙通過空氣軸承本體4內部的孔路與位于空氣軸承本體4側面的壓縮空氣入口連通。當未通入壓縮空氣時，空氣軸承本體4上端面承載主軸3的重量；當通入壓縮空氣時，氣壓使主軸3的圓盤上浮，使主軸3與上止推板2和空氣軸承本體4之間都保持適當?shù)拈g隙，消除了轉動時的摩擦力。
所說的主軸3與上止推板2中心孔之間的間隙為5mm；主軸3與空氣軸承本體4中心孔的間隙為0.015mm；主軸3上部的圓盤與上止推板2凹槽的徑向間隙為0.02mm；止推板2凹槽的深度大于主軸3上部的圓盤厚度0.04mm。
本實用新型測量轉動慣量的原理是根據牛頓定律T=2πI+I0K---(1)]]>其中T——振動周期I——被測轉動慣量I0——臺體的轉動慣量K——扭轉常數(shù)采用已知轉動慣量的標準塊I1和I2分別進行試驗，用光電傳感器測量振動周期，可由公式(1)得到兩組方程，其未知數(shù)為兩個(K，I0)，因此可以求出。也可采用多于兩個已知轉動慣量的標準塊，對K，I0進行測量，采用最小二乘法，計算K，I0。
使用本實用新型對物體的轉動慣量進行校準時，首先將物體按要求固定在臺面上，扭動臺面至固定位置后釋放，測量振動周期，即可由公式(1)計算出其轉動慣量。測量前，要用已知慣量的標準塊對裝置進行在線校準，測出裝置本身的轉動慣量和彈簧的扭轉系數(shù)，然后再對被測物體進行轉動慣量的校準。
下面給出本實用新型的測量實驗數(shù)據。
實驗采用一系列用銅和鋁材料所制的砝碼，根據加載不同的砝碼，計算出所加砝碼的轉動慣量，用光電傳感器與頻率計測量出不同加載狀態(tài)下的擺動周期，每兩種狀態(tài)為一組，根據公式(1)計算出轉臺固有的轉動慣量，周期和彈簧的扭轉常數(shù)。實驗數(shù)據見表1。取臺體的轉動慣量，周期和扭轉常數(shù)的平均值來反算所加砝碼的轉動慣量，反算結果與理論計算值的偏差在0.1％以內。
表1 慣量、扭轉常數(shù)測試表


表2 反算標準塊慣量、偏差表

實驗表明本實用新型采用空氣軸承為支撐，減小摩擦在測試過程中的不利影響。采用在線校準方法，可提高測量的準確度。裝置結構簡單，使用方便。轉動慣量測量準確度優(yōu)于0.1％。
權利要求1.一種轉動慣量測量裝置，包括一個水平的臺面[1]和主軸[3]，臺面[1]的下端面與主軸[3]上端牢固連接，一個帶有調平墊腳[6]的底座[5]和扭轉彈簧[8]，還包括固定在臺面[1]下方不轉動部分上的光電信號接發(fā)器[10]，其特征在于(1)底座[5]的上端面是平面，下端面有臺階形凹槽，底座[5]的中心有一個通孔，主軸[3]的下端伸進臺階形凹槽內，扭轉彈簧[8]的中心端頭通過扭簧鎖定螺桿[9]固定在主軸[3]的下端面的中心，扭轉彈簧[8]的外端頭通過扭簧調節(jié)桿[7]固定在臺階形凹槽內；(2)主軸[3]的上部有一個沿徑向擴展的同心圓盤；(3)在底座[5]的上面、臺面[1]的下方有一個由主軸[3]、上止推板[2]和空氣軸承本體[4]組成的空氣軸承，上止推板[2]有中心孔，主軸[3]的上端面從該中心孔伸出，上止推板[2]的下端面有一個與中心孔同心的圓盤形凹槽，該凹槽的直徑略大于主軸[3]上部的圓盤直徑，該凹槽的深度略大于上述圓盤的厚度，主軸[3]上部的圓盤位于該凹槽中，該凹槽通過上止推板[2]內部的孔路與位于上止推板[2]側面的壓縮空氣入口連通，上止推板[2]位于空氣軸承本體[4]的上端面，用沿圓周均布的螺釘將其固連在軸承本體[4]上；空氣軸承本體[4]位于上止推板[2]與底座[5]之間，用沿圓周均布的螺釘與底座[5]連接，空氣軸承本體[4]上有容納主軸[3]的中心孔，主軸[3]的下部穿過該中心孔后進入底座[5]下端面的臺階形凹槽，該中心孔與主軸[3]之間的間隙通過空氣軸承本體[4]內部的孔路與主軸[3]上部圓盤和空氣軸承本體[4]上端面之間的間隙連通，同時，該中心孔與主軸[3]之間的間隙通過空氣軸承本體[4]內部的孔路與位于空氣軸承本體[4]側面的壓縮空氣入口連通。
2.根據權利要求1所述的轉動慣量測量裝置，其特征在于所說的主軸[3]與上止推板[2]中心孔之間的間隙為5mm；主軸[3]與空氣軸承本體[4]中心孔的間隙為0.015mm；主軸[3]上部的圓盤與上止推板[2]凹槽及空氣軸承本體[4]兩側的徑向間隙均為0.02mm。
專利摘要本實用新型屬于測量技術，涉及對轉動慣量測量裝置的改進。它包括臺面1、主軸3、底座5、扭轉彈簧8和光電信號接發(fā)器10，其特征在于由主軸3和上止推板2及軸承本體4組成空氣軸承。由于采用空氣軸承，其摩擦力極小，因而測量轉動慣量準確度高。同時，裝置結構簡單，使用方便。
文檔編號G01M1/10GK2742416SQ200420117970
公開日2005年11月23日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權日2004年10月22日
發(fā)明者彭軍, 何群 申請人:中國航空工業(yè)第一集團公司第三○四研究所