氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是力學(xué)中一個(gè)基本的物理量，其值取決于物體的形狀、質(zhì)量分布以及所 選轉(zhuǎn)軸的位置。對(duì)于幾何形狀簡單、質(zhì)量分布均勻的剛體可以直接用公式計(jì)算出它相對(duì)于 某一確定轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;但是對(duì)于外形復(fù)雜和質(zhì)量分布不均勻的物體，就只能通過試驗(yàn) 的方法來精確測量其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0003]目前針對(duì)此類物體測量其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法主要有單線扭擺法、三線扭擺法和臺(tái)式 扭擺法等，其中：單線扭擺法適用于測量不規(guī)則物體及火炮彈箭的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其缺點(diǎn)是受溫 度等外界因素影響，并且很容易傾斜;三線扭擺法是在單線扭擺法的基礎(chǔ)上的改進(jìn)，用三線 擺法測得的擺動(dòng)周期測量誤差較大，且不能測試較重試件；臺(tái)式扭擺法是在單線扭擺法和 三線扭擺法基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而成的，其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、測量迅速而且精度高、物體重力不 參與扭擺運(yùn)動(dòng)、待測物體的質(zhì)心不一定通過轉(zhuǎn)軸、空氣阻力影響小。
[0004] 扭擺法測轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，根據(jù)測量平臺(tái)支撐方式的不同，分為氣浮軸承支撐方式和機(jī) 械軸承支撐方式。采用氣浮軸承支撐的優(yōu)點(diǎn)是擺動(dòng)過程中摩擦力小，由阻尼引起的擺動(dòng)周 期誤差可以忽略不計(jì)，其測量誤差為±0.1%。但是，現(xiàn)有技術(shù)中還缺乏結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合 理、實(shí)現(xiàn)方便且成本低、使用操作便捷、工作可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺 法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，也缺乏與之相應(yīng)的測量效率高、精度高的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡 單、設(shè)計(jì)合理、實(shí)現(xiàn)方便且成本低、穩(wěn)定性好、測量精度高、空氣阻力影響小、工作可靠性高、 實(shí)用性強(qiáng)、使用效果好、便于推廣使用的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，其特征在于:包括底座、外套、扭擺組件和用于安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試 件的工作臺(tái)，所述外套固定連接在底座頂部，所述扭擺組件包括氣浮軸承座、氣浮軸承、扭 桿座和扭桿，所述氣浮軸承座固定連接在外套頂部，所述氣浮軸承的軸套與氣浮軸承座固 定連接，所述扭桿座與氣浮軸承的旋轉(zhuǎn)主軸下端固定連接，所述扭桿的上端與扭桿座固定 連接，所述氣浮軸承的下部、扭桿座和扭桿均位于外套內(nèi)部，所述底座上固定連接有扭桿轉(zhuǎn) 接座，所述扭桿轉(zhuǎn)接座的中間位置處設(shè)置有方孔，所述扭桿的下端卡合連接在所述方孔內(nèi)； 所述工作臺(tái)固定連接在氣浮軸承的旋轉(zhuǎn)主軸上端，所述工作臺(tái)的底部設(shè)置有擺針，所述氣 浮軸承座頂部固定連接有光電管座，所述光電管座上安裝有用于感應(yīng)擺針的光電管。
[0007] 上述的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，其特征在于:所述工作臺(tái)的 側(cè)面設(shè)置有手柄。
[0008] 上述的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，其特征在于:所述工作臺(tái)的 底部設(shè)置限位塊，所述氣浮軸承座頂部設(shè)置有與限位塊相配合限制工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度的限 位座。
[0009] 上述的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，其特征在于:所述底座上通 過調(diào)節(jié)螺釘連接有調(diào)平座。
[0010] 上述的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，其特征在于:所述外套的外 壁上設(shè)置有吊環(huán)。
[0011] 本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便、測量效率高、測量精度高的測量裝 置進(jìn)行氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0012] 步驟一、給氣浮軸承通氣；
[0013] 步驟二、測量所述氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量未安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量 試件時(shí)的擺動(dòng)周期To并記錄:轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)起始角度Θ后，釋放手柄，工作 臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力通過氣浮軸承的旋轉(zhuǎn)主軸傳遞給扭桿座，再傳遞給扭桿，在扭桿的作用下，工 作臺(tái)擺動(dòng)，所述光電管對(duì)工作臺(tái)的擺動(dòng)周期進(jìn)行測量并將測量得到的擺動(dòng)周期記錄為所述 氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量未安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件時(shí)的擺動(dòng)周期To;
[0014] 步驟三、測量所述氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量安裝標(biāo)校件后的擺動(dòng)周 期Το并記錄，具體過程為：
[0015] 步驟301、將標(biāo)校件安裝在工作臺(tái)上；
[0016] 步驟302、轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)起始角度Θ后，釋放手柄，工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng) 動(dòng)力通過氣浮軸承的旋轉(zhuǎn)主軸傳遞給扭桿座，再傳遞給扭桿，在扭桿的作用下，工作臺(tái)擺 動(dòng)，所述光電管對(duì)工作臺(tái)的擺動(dòng)周期進(jìn)行測量并將測量得到的擺動(dòng)周期記錄為所述氣浮軸 承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量安裝了標(biāo)校件后的擺動(dòng)周期Τη;
[0017] 步驟303、取下標(biāo)校件；
[0018] 步驟四、測量所述氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試 件后的擺動(dòng)周期Τχ并記錄，具體過程為：
[0019] 步驟401、將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件安裝在工作臺(tái)上，并測量工作臺(tái)的中心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量待測量試件的質(zhì)心之間的距離R;
[0020] 步驟402、轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，手柄帶動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)起始角度Θ后，釋放手柄，工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng) 動(dòng)力通過氣浮軸承的旋轉(zhuǎn)主軸傳遞給扭桿座，再傳遞給扭桿，在扭桿的作用下，工作臺(tái)擺 動(dòng)，所述光電管對(duì)工作臺(tái)的擺動(dòng)周期進(jìn)行測量并將測量得到的擺動(dòng)周期記錄為所述氣浮軸 承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量安裝了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件后的擺動(dòng)周期Τχ;
[0021 ]步驟403、取下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件；
[0022] 步驟五、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，具體過程為：
[0023] 步驟501、根據(jù)公?-算扭桿的等效剛度Keq;其中，IStandar為所述 標(biāo)校件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0024] 步驟502、根據(jù)公式各=-f)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件對(duì)工作臺(tái)中心的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量Ip;
[0025] 步驟503、根據(jù)公式IaP=IP-MR2計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件對(duì)其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I CP， 其中，Μ為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件的質(zhì)量。
[0026] 上述的方法，其特征在于：步驟二、步驟302和步驟402中所述起始角度Θ的取值均 為2。~10。。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 1、本發(fā)明氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí) 現(xiàn)方便且成本低。
[0029] 2、本發(fā)明的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，通過設(shè)置限位座和限位 塊，能夠限制工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度，防止工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度過大損壞扭桿。
[0030] 3、本發(fā)明的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，采用氣浮軸承支撐方式 和扭擺法測量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，穩(wěn)定性好，測量迅速而且精度高，空氣阻力 影響小，工作可靠性高。
[0031] 4、本發(fā)明氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量方法的方法步驟簡單，實(shí)現(xiàn)方 便，測量效率高、精度高。
[0032] 5、本發(fā)明的實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0033] 綜上所述，本發(fā)明的設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便且成本低，穩(wěn)定性好，測量效率高、精度 高，空氣阻力影響小，工作可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0034] 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2為本發(fā)明限位塊和限位座的布設(shè)位置示意圖。
[0037] 附圖標(biāo)記說明：
[0038] 1一扭桿轉(zhuǎn)接座； 2-底座； 3-外套；
[0039] 4一扭桿； 5-扭桿座； 6-氣浮軸承；
[0040] 7-氣浮軸承座； 8-光電管座； 9 一擺針；
[0041] 10一工作臺(tái)； 11一手柄； 12-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件；
[0042] 13一限位塊； 14一限位座； 15-吊環(huán)；
[0043] 16-調(diào)平座； 17-光電管。
【具體實(shí)施方式】
[0044]如圖1所示，本發(fā)明的氣浮軸承支撐臺(tái)式扭擺法轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測量裝置，包括底座2、外 套3、扭擺組件和用于安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量待測量試件12的工作臺(tái)10,所述外套3固定連接在底座2 頂部，所述扭擺組件包括氣浮軸承座7、氣浮軸承6、扭桿座5和扭桿4,所述氣浮軸承座7固定 連接在外套3頂部，所述氣浮軸承6的軸套與氣浮軸承座7固定連接，所述扭桿座5與氣浮軸 承6的旋轉(zhuǎn)主軸下端固定連接，所述扭桿4的上端與扭桿座5固定連接，所述氣浮軸承6的下 部、扭桿座5和扭桿4均位于外套3內(nèi)部，所述底座2上固定連接有扭桿轉(zhuǎn)接座1，所述扭桿轉(zhuǎn) 接座1的中間位置處設(shè)置有方孔，所述扭桿4的下端卡合連接在所述方孔內(nèi)；所述工作臺(tái)10 固定連接在氣浮軸承6的旋轉(zhuǎn)主軸上端，所述工作臺(tái)10的底部設(shè)置有擺針9,所述氣浮軸承 座7頂部固定連接有光電管座8，所述光電管座8上安裝有用于感應(yīng)擺針9的光電管17。
[0045] 如圖1所示，本實(shí)施例中，所述工作臺(tái)10的側(cè)面設(shè)置有手柄11。通過操作手柄11，能 夠方便地旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)10。
[0046] 如圖1和圖2所示，本實(shí)施例中，所述工作臺(tái)10的底部設(shè)置限位塊13,所述氣浮軸承 座7頂部設(shè)置有與限位塊13相配合限制工作臺(tái)10的旋轉(zhuǎn)角度的限位座14。通過設(shè)置限位座 14和限位塊13,能夠限制工作臺(tái)10的旋轉(zhuǎn)角度，防止工作臺(tái)10的旋轉(zhuǎn)角度過大損壞扭桿4。
[0047] 如圖1所示，本實(shí)施例中，所述底座2上通