專(zhuān)利名稱(chēng)：船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量?jī)x器，具體地說(shuō)是對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的物理量進(jìn)行測(cè)量調(diào)節(jié)的裝置。
背景技術(shù)：
船模水池試驗(yàn)是用來(lái)模擬實(shí)船的真實(shí)航行狀態(tài)的。為了使試驗(yàn)數(shù)據(jù)更貼近于真實(shí) 狀態(tài)，必須保持船模與實(shí)船的重力相似以及慣性相似。在試驗(yàn)準(zhǔn)備中，必須根據(jù)需要及給定 值調(diào)節(jié)好模型的參數(shù)船模的重量、重心以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。船模重量是測(cè)定船模其他各種參數(shù) 的基礎(chǔ)，船模很多性能參數(shù)的測(cè)定、計(jì)算過(guò)程都是以船模重量為基礎(chǔ)，因此，對(duì)船模重量的 測(cè)定必須盡可能準(zhǔn)確的進(jìn)行，尤其是在船舶阻力試驗(yàn)中，準(zhǔn)確測(cè)定船模的重量，關(guān)系到從船 模換算到實(shí)船時(shí)的精度。對(duì)于進(jìn)行耐波性試驗(yàn)的船模，除了其外形與實(shí)船之間應(yīng)滿(mǎn)足幾何 相似之外，重心位置及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也應(yīng)與實(shí)船相似，以保證模型換算到實(shí)船的準(zhǔn)確性。目前，國(guó)內(nèi)外在船模重量和重心縱向位置測(cè)量方面方法比較單一。重量測(cè)量一般 采用精度較高的電子臺(tái)秤；重心縱向位置利用平衡法進(jìn)行測(cè)量，能夠達(dá)到較高的精確度。船 模重心高度測(cè)量主要是利用慣量測(cè)量架來(lái)進(jìn)行，即利用船模慣量測(cè)量架受力偏轉(zhuǎn)原理，測(cè) 定船模重心的垂向位置。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的基本方法是利用復(fù)擺法和扭擺法來(lái)進(jìn)行，由于船 模形狀的特殊性，用扭擺法測(cè)量船模的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較復(fù)雜，可操作性不強(qiáng)，現(xiàn)在船模轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量的測(cè)量主要用復(fù)擺法來(lái)進(jìn)行，并且有很多復(fù)擺法測(cè)量的改進(jìn)方案。國(guó)內(nèi)外各實(shí)驗(yàn)室測(cè)量船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量多采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法，各個(gè)測(cè) 量部分分開(kāi)進(jìn)行，得到各個(gè)測(cè)量參數(shù)后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后得到所需要的基本參數(shù)。此方 法用時(shí)較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)測(cè)量涉及人的主觀因素較多，而且要后期自行數(shù)據(jù)處理，誤差較大，測(cè)量 精度不高，與現(xiàn)代船模試驗(yàn)高精度、高效率的要求不符。因此，很有必要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化程 度較高的集成測(cè)量系統(tǒng)，提高船模重量、重心以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的效率和精度。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN 1544888A，專(zhuān)利名稱(chēng)為數(shù)字船模慣量調(diào) 節(jié)架，該專(zhuān)利發(fā)明的裝置在一定程度上提高了船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)的精 度和效率，但存在以下不足之處(1)慣量架及船模的重心在轉(zhuǎn)動(dòng)刀口上方，慣量架和船模 組成的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)重心高，轉(zhuǎn)動(dòng)和加載時(shí)不易保持穩(wěn)定，降低了測(cè)量與調(diào)節(jié)的精度和效率； (2)重心垂向位置及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量利用的是微復(fù)擺原理，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度較小，轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn) 動(dòng)角度未經(jīng)放大，帶來(lái)較大角度測(cè)量誤差，降低了測(cè)量精度；(3)其結(jié)構(gòu)形式不方便測(cè)量船 模橫搖轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本發(fā)明專(zhuān)利的裝置與公開(kāi)號(hào)為CN 1544888A專(zhuān)利的裝置在結(jié)構(gòu)形式、局 部原理、方法和具體技術(shù)方案上有明顯不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可以對(duì)船模等機(jī)械結(jié)構(gòu)的物理量進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)的船模 重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置，包括架、刀口、刀槽、基板、輪、 傳感器和基座，其特征是轉(zhuǎn)動(dòng)架安裝在外支撐架里，轉(zhuǎn)動(dòng)刀口固連在轉(zhuǎn)動(dòng)架頂框下方，基 板固連在轉(zhuǎn)動(dòng)架底框上方，刀槽固連在外支撐架頂框上方，角度傳感器、主動(dòng)輪、從動(dòng)主輪 和從動(dòng)副輪構(gòu)成角度放大與測(cè)量系統(tǒng)，主動(dòng)輪固連在轉(zhuǎn)動(dòng)刀口的端部，角度傳感器、從動(dòng)主 輪和從動(dòng)副輪固定在外支撐架的同一橫梁上，主動(dòng)輪與從動(dòng)副輪通過(guò)一級(jí)傳動(dòng)帶連接，從 動(dòng)主輪與傳感器軸輪通過(guò)二級(jí)傳動(dòng)帶連接，稱(chēng)重架與外支撐架下端固連，稱(chēng)重傳感器安裝 在稱(chēng)重架上，稱(chēng)重傳感器上固連支撐刀口，支撐刀口兩端分別固連基座，角度傳感器和稱(chēng)重 傳感器與計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置還可以包括1、所述的基座上安裝調(diào)節(jié)螺桿和調(diào)節(jié)腳。2、所述的稱(chēng)重傳感器有兩個(gè)。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量與調(diào)節(jié)精度高，通過(guò)角度放大模塊，減小了角度測(cè)量帶來(lái) 的誤差，進(jìn)一步提高了裝置測(cè)量與調(diào)節(jié)的精度；穩(wěn)定性好，內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和船模組成的系統(tǒng)重 心位于轉(zhuǎn)動(dòng)刀口下方，增大了回復(fù)力矩，提高了轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和外支撐部 分的設(shè)計(jì)形式，能夠方便地實(shí)現(xiàn)包括橫搖轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在內(nèi)的船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè) 量與調(diào)節(jié)；集成測(cè)量與調(diào)節(jié)，即裝置集船模的重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量于一體。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)總圖；圖2是本發(fā)明的角度放大與測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的稱(chēng)重部分結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 4，本發(fā)明專(zhuān)利包括內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分、外支撐部分、角度放大與測(cè)量系統(tǒng)、稱(chēng) 重部分、數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)。內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括轉(zhuǎn)動(dòng)架1、轉(zhuǎn)動(dòng)刀口 2和基板3。轉(zhuǎn)動(dòng) 刀口 2固連在轉(zhuǎn)動(dòng)架1頂框下方，基板3固連在轉(zhuǎn)動(dòng)架1底框上方；外支撐部分包括外支撐 架4和刀槽5。刀槽5固連在外支撐架4頂框上方的中間位置；角度放大與測(cè)量系統(tǒng)包括 角度傳感器6、主動(dòng)輪7、從動(dòng)主輪8、從動(dòng)副輪9、傳感器軸輪10、一級(jí)傳動(dòng)帶11和二級(jí)傳動(dòng) 帶12。主動(dòng)輪7與從動(dòng)主輪8半徑相等，為大輪，傳感器軸輪10與從動(dòng)副輪9半徑相等， 為小輪。主動(dòng)輪7固連在轉(zhuǎn)動(dòng)刀口 2的端部，角度傳感器6、同軸的從動(dòng)主輪8和從動(dòng)副輪 9固定在外支撐架4的同一橫梁上，主動(dòng)輪7與從動(dòng)副輪9通過(guò)一級(jí)傳動(dòng)帶11連接并位于 同一鉛垂面上，從動(dòng)主輪8與傳感器軸輪10通過(guò)二級(jí)傳動(dòng)帶12連接并位于同一鉛垂面上； 稱(chēng)重部分包括稱(chēng)重架13、兩個(gè)稱(chēng)重傳感器14、兩個(gè)支撐刀口 15、四個(gè)基座16、四個(gè)調(diào)節(jié)螺桿 17和四個(gè)調(diào)節(jié)腳18。稱(chēng)重架13與外支撐架4下端固連，兩個(gè)稱(chēng)重傳感器14分別設(shè)于稱(chēng)重 架13的橫梁上，每個(gè)稱(chēng)重傳感器14上方固連有支撐刀口 15，支撐刀口 15兩端分別固連有 基座16，基座16上設(shè)有調(diào)節(jié)螺桿17，調(diào)節(jié)螺桿17下端通過(guò)螺紋與基座16連接，上端與調(diào) 節(jié)腳18鉸接，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺桿17的高度和調(diào)節(jié)腳18的方向固定船模。數(shù)據(jù)采集與分析
4處理器20 —端與角度傳感器6、稱(chēng)重傳感器14相連，另一端與計(jì)算機(jī)19相連。圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)流程圖。首先將角度傳感器6和兩個(gè)稱(chēng)重傳感器獲得的數(shù)據(jù)傳 到數(shù)據(jù)采集與分析處理器20中，然后將數(shù)據(jù)采集與分析處理器20中的數(shù)據(jù)以及裝置的基 本參數(shù)傳入到計(jì)算機(jī)19中，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)19的計(jì)算得出重量及重量調(diào)節(jié)量、重心縱向位 置及調(diào)節(jié)量、重心垂向位置及調(diào)節(jié)量、縱搖轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及調(diào)節(jié)量和橫搖轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及調(diào)節(jié)量。工作時(shí)，船模重量測(cè)量值為兩個(gè)稱(chēng)重傳感器14實(shí)測(cè)值之和，排水量的大小通過(guò)增 減船模中放置的壓載進(jìn)行重量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)可通過(guò)計(jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行。船模重心縱 向位置由稱(chēng)重部分測(cè)量和調(diào)節(jié)，即以一個(gè)稱(chēng)重傳感器為支點(diǎn)，另一個(gè)傳感器測(cè)量讀書(shū)，通過(guò) 靜力矩平衡原理計(jì)算得到重心的縱向位置。船模重心垂向高度由內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和外支撐部分 測(cè)量和調(diào)節(jié)，即首先在轉(zhuǎn)動(dòng)架1兩側(cè)各放一公斤砝碼，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集與分析處理器軟件 觀察后，做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)動(dòng)架1保持水平，然后將一側(cè)的砝碼移到轉(zhuǎn)動(dòng)架1的另一側(cè)，測(cè) 得轉(zhuǎn)動(dòng)架偏角，通過(guò)相似三角形和靜力矩平衡原理測(cè)量?jī)?nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重心高度，采用同樣 的方法，測(cè)量?jī)?nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和船模的重心高度，再利用平行移軸定理測(cè)量和調(diào)節(jié)船模重心的 垂向高度；船模的縱搖和橫搖轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通過(guò)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和外支撐部分，利用微復(fù)擺原理和 平行移軸定理，根據(jù)擺動(dòng)周期測(cè)量和調(diào)節(jié)船模的縱、橫搖轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
權(quán)利要求
船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置，包括架、刀口、刀槽、基板、輪、傳感器和基座，其特征是轉(zhuǎn)動(dòng)架安裝在外支撐架里，轉(zhuǎn)動(dòng)刀口固連在轉(zhuǎn)動(dòng)架頂框下方，基板固連在轉(zhuǎn)動(dòng)架底框上方，刀槽固連在外支撐架頂框上方，角度傳感器、主動(dòng)輪、從動(dòng)主輪和從動(dòng)副輪構(gòu)成角度放大與測(cè)量系統(tǒng)，主動(dòng)輪固連在轉(zhuǎn)動(dòng)刀口的端部，角度傳感器、從動(dòng)主輪和從動(dòng)副輪固定在外支撐架的同一橫梁上，主動(dòng)輪與從動(dòng)副輪通過(guò)一級(jí)傳動(dòng)帶連接，從動(dòng)主輪與傳感器軸輪通過(guò)二級(jí)傳動(dòng)帶連接，稱(chēng)重架與外支撐架下端固連，稱(chēng)重傳感器安裝在稱(chēng)重架上，稱(chēng)重傳感器上固連支撐刀口，支撐刀口兩端分別固連基座，角度傳感器和稱(chēng)重傳感器與計(jì)算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置，其特征是所述 的基座上安裝調(diào)節(jié)螺桿和調(diào)節(jié)腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置，其特征是 所述的稱(chēng)重傳感器有兩個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量與調(diào)節(jié)裝置。包括架、刀口、刀槽、基板、輪、傳感器和基座。本發(fā)明測(cè)量與調(diào)節(jié)精度高，通過(guò)角度放大模塊，減小了角度測(cè)量帶來(lái)的誤差，進(jìn)一步提高了裝置測(cè)量與調(diào)節(jié)的精度；穩(wěn)定性好，內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和船模組成的系統(tǒng)重心位于轉(zhuǎn)動(dòng)刀口下方，增大了回復(fù)力矩，提高了轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和外支撐部分的設(shè)計(jì)形式，能夠方便地實(shí)現(xiàn)包括橫搖轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在內(nèi)的船模重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量與調(diào)節(jié)；集成測(cè)量與調(diào)節(jié)，即裝置集船模的重量、重心及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量于一體。
文檔編號(hào)G01M1/10GK101852641SQ201010191378
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者周廣利, 張亮, 李鳳來(lái), 由世洲, 郭春雨, 馬勇 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)