一种钢球质量测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明涉及测量领域，特指一种采用非重力原理用于测量钢球质量的测量装置及测量方法。测量装置主要由工作台、轴承I、铆钉I、铆钉II、拉簧、指示针、移动销、伸缩轴、螺钉I、连接板、丝杆、螺钉II、距离传感器、小轴、轴承II、测量座、铆钉III、空心轴、主轴、螺钉III和数控电机构成。这种测量方法所用测量器材结构简单，测量原理合理，测量过程简便，能够较准确测量钢球质量。测量步骤包括：(I)测量无负载即没有安放钢球时的测量座总成的质量；(II)测量钢球质量。
【专利说明】一种钢球质量测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量领域，特指一种采用非重力原理用于测量钢球质量的测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]在工程和科学实验中，经常需要测量物体的质量，进行质量测量时一般采用重力原理。由于测量环境的多样性与复杂性，有的地方重力加速度系数有变化，特别是在太空环境中时更是无法用常规方法测量物体的质量。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提供一种钢球质量测量装置及测量方法。
[0004]本发明所采用的技术方案是:
[0005]所述一种钢球质量测量装置及测量方法，测量装置主要由工作台、轴承1、铆钉1、铆钉I1、拉簧、指示针、移动销、伸缩轴、螺钉1、连接板、丝杆、螺钉I1、距离传感器、小轴、轴承I1、测量座、铆钉II1、空心轴、主轴、螺钉III和数控电机构成。所述数控电机是步进电机或伺服电机，通过与相应的数控系统和电气电路连接可以对其转速大小进行调节并显示转速大小。所述距离传感器和电气电路连接并能感知其与装在所述测量座上的反光片之间的相向正对时的距离。所述测量座、所述铆钉II1、所述小轴、所述轴承I1、所述移动销、所述伸缩轴、所述螺钉1、所述连接板、所述丝杆组成测量座总成。所述工作台的上表面有很高的平面度和表面粗糙度。所述工作台有轴承孔1、螺孔I1、轴承孔II和通孔I。所述工作台的所述轴承孔1、所述轴承孔II两者的中心轴线重合并与所述工作台的上表面垂直。所述主轴的一端是切口轴头，另一端是凹槽轴头。二只所述轴承I的内圈内孔与所述主轴的两头外径配合，二只所述轴承I的外圈外径与所述工作台的所述轴承孔1、所述轴承孔II配合。一只所述轴承I与所述轴承孔I配合后装着密封圈。所述数控电机有电机轴，所述电机轴与所述主轴的所述凹槽轴头配合。三枚所述螺钉III分别穿过所述工作台的三个所述通孔I与所述数控电机连接。所述空心轴有铆钉孔1、刻度面和铆钉孔II，所述空心轴的所述刻度面有很高的平面度和表面粗糙度。所述空心轴的一端的条形槽孔与所述主轴的所述切口轴头配合，并通过所述铆钉孔I用所述铆钉I紧固。所述空心轴的另一端的内孔与所述伸缩轴的外圆配合。所述伸缩轴的一端有开口槽和移动销孔，所述伸缩轴的另一端有铆钉孔III。所述拉簧放置在所述空心轴的内孔内，一端通过所述铆钉II紧固在所述铆钉孔II上，另一端通过所述移动销与所述伸缩轴的所述移动销孔连接，所述移动销上套着所述指示针，所述指示针的与所述刻度面接触的表面有很高的平面度和表面粗糙度，所述移动销的直径与所述空心轴的位于中间的长的条形槽的宽度配合，此时所述移动销可以在该槽内自由移动且与所述工作台的上表面垂直。所述测量座上有螺孔1、球形凹面、铆钉孔、伸缩轴连接孔、所述反光片、轴孔、轴座、测量座底面和测量座侧面。所述伸缩轴的有所述铆钉孔III的一端与所述测量座上的所述伸缩轴连接孔配合，通过所述铆钉孔III和所述铆钉孔用所述铆钉III紧固，此时所述铆钉III的中心轴线与所述工作台的上表面平行。所述测量座上的所述球形凹面测量时用来放置钢球。所述连接板的中央有螺孔，该螺孔与所述丝杆的外螺纹配合。四枚所述螺钉I分别穿过所述连接板的四个孔与所述测量座的四个所述螺孔I连接。所述小轴的外圆与所述轴承II的内圈内孔配合，所述小轴的两头圆柱与所述轴孔配合。此时所述轴承II的外圈与所述工作台的上表面接触，所述空心轴、所述伸缩轴和所述伸缩轴连接孔三者的中心轴线刚好重合并与所述工作台的上表面平行，所述测量座的所述测量座底面与所述工作台的上表面平行，所述测量座的所述测量座侧面与所述工作台的上表面垂直。四枚所述螺钉II分别穿过所述距离传感器的四个安装孔与所述工作台的四个所述螺孔II连接。
[0006]本发明的有益效果是:
[0007]这种测量方法所用测量器材结构简单，测量原理合理，测量过程简便，能够较准确测量钢球质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]下面结合本发明的图形进一步说明:
[0009]图1是本发明的测量装置的结构示意图。
[0010]图2是本发明的测量装置的爆炸图。
[0011]图3、图4是所述工作台的结构示意图。
[0012]图5、图6是所述空心轴的结构示意图。
[0013]图7是所述主轴的结构示意图。
[0014]图8是所述数控电机的结构示意图。
[0015]图9是所述伸缩轴的结构示意图。
[0016]图10、图11是所述测量座的结构示意图。
[0017]图12是所述丝杆的结构示意图。
[0018]图13是所述移动销的结构示意图。
[0019]图中，1.工作台，2.轴承I，3.铆钉I，4.铆钉II，5.拉簧，6.指示针，7.移动销，
8.伸缩轴，9.螺钉I，10.连接板，11.丝杆，12.螺钉II，13.距离传感器，14.小轴，15.轴承II，16.测量座，17.铆钉III，18.空心轴，19.主轴，20.螺钉III，21.数控电机，22.轴承孔II，23.通孔I，24.铆钉孔II，25.刻度面，26.铆钉孔I，27.切口轴头，28.凹槽轴头，29.电机轴，30.移动销孔，31.铆钉孔III，32.螺孔I，33.球形凹面，34.铆钉孔，35.伸缩轴连接孔，36.反光片，37.轴孔，38.轴座，39.轴承孔I，40.螺孔II，41.测量座底面，42.测量座侧面。
【具体实施方式】
[0020]所述一种钢球质量测量装置及测量方法，测量装置主要由所述工作台(I)、所述轴承I (2)、所述铆钉I (3)、所述铆钉II (4)、所述拉簧(5)、所述指示针(6)、所述移动销(7)、所述伸缩轴(8)、所述螺钉I (9)、所述连接板(10)、所述丝杆(11)、所述螺钉II (12)、所述距离传感器(13)、所述小轴(14)、所述轴承II (15)、所述测量座(16)、所述铆钉III (17)、所述空心轴(18)、所述主轴(19)、所述螺钉III (20)和所述数控电机(21)构成。所述数控电机(21)是步进电机或伺服电机，通过与相应的数控系统和电气电路连接可以对其转速大小进行调节并显示转速大小。所述距离传感器(13)和电气电路连接并能感知其与装在所述测量座(16)上的所述反光片之间的相向正对时的距离。所述测量座(16)、所述铆钉III (17)、所述小轴(14)、所述轴承II (15)、所述移动销(7)、所述伸缩轴(8)、所述螺钉I (9)、所述连接板(10)、所述丝杆(11)组成测量座总成。所述工作台(I)的上表面有很高的平面度和表面粗糙度。所述工作台(I)有所述轴承孔I (39)、所述螺孔II (40)、所述轴承孔II (22)和所述通孔I (23)。所述工作台(I)的所述轴承孔I (39)、所述轴承孔II (22)两者的中心轴线重合并与所述工作台(I)的上表面垂直。所述主轴(19)的一端是所述切口轴头(27)，另一端是所述凹槽轴头(28)。二只所述轴承I (2)的内圈内孔与所述主轴(19)的两头外圆直径配合，二只所述轴承I (2)的外圈外径与所述工作台(I)的所述轴承孔I (39)、所述轴承孔II (22)配合。一只所述轴承I (2)与所述轴承孔I (39)配合后装着密封圈。所述数控电机(21)有所述电机轴(29)，所述电机轴(29)与所述主轴(19)的所述凹槽轴头(28)配合。三枚所述螺钉111(20)分别穿过所述工作台(I)的三个所述通孔1(23)与所述数控电机
(21)连接。所述空心轴(18)有所述铆钉孔I (26)、所述刻度面(25)和所述铆钉孔II (24)，所述空心轴(18)的所述刻度面(25)有很高的平面度和表面粗糙度。所述空心轴(18)的一端的条形槽孔与所述主轴(19)的所述切口轴头(27)配合，并通过所述铆钉孔I (26)用所述铆钉I (3)紧固。所述空心轴(18)的另一端的内孔与所述伸缩轴(8)的外圆配合。所述伸缩轴(8)的一端有开口槽和所述移动销孔(30)，所述伸缩轴(8)的另一端有所述铆钉孔111(31)。所述拉簧(5)放置在所述空心轴(18)的内孔内，一端通过所述铆钉11(4)紧固在所述铆钉孔II (24)上，另一端通过所述移动销(7)与所述伸缩轴(8)的所述移动销孔
(30)连接,所述移动销(7)上套着所述指示针(6),所述指示针(6)的与所述刻度面(25)接触的表面有很高的平面度和表面粗糙度，所述移动销(7)的直径与所述空心轴(18)的位于中间的长的条形槽的宽度配合，此时所述移动销(7)可以在该槽内自由移动且与所述工作台(I)的上表面垂直。所述测量座(16)上有所述螺孔I (32)、所述球形凹面(33)、所述铆钉孔(34)、所述伸缩轴连接孔(35)、所述反光片(36)、所述轴孔(37)、所述轴座(38)、所述测量座底面(41)和所述测量座侧面(42)。所述伸缩轴(8)的有所述铆钉孔III (31)的一端与所述测量座(16)上的所述伸缩轴连接孔(35)配合，通过所述铆钉孔111(31)和所述铆钉孔(34)用所述铆钉III (17)紧固，此时所述铆钉III (17)的中心轴线与所述工作台(I)的上表面平行。所述测量座(16)上的所述球形凹面(33)测量时用来放置钢球。所述连接板(10)的中央有螺孔，该螺孔与所述丝杆(11)的外螺纹配合。四枚所述螺钉I (9)分别穿过所述连接板(10)的四个孔与所述测量座(16)的四个所述螺孔I (32)连接。所述小轴(14)的外圆与所述轴承II (15)的内圈的内孔配合,所述小轴(14)的两头圆柱与所述轴孔(37)配合。此时所述轴承11(15)的外圈与所述工作台(I)的上表面接触，所述空心轴
(18)、所述伸缩轴(8)和所述伸缩轴连接孔(35)三者的中心轴线刚好重合并与所述工作台(I)的上表面平行，所述测量座(16)的所述测量座底面(41)与所述工作台(I)的上表面平行，所述测量座(16)的所述测量座侧面(42)与所述工作台(I)的上表面垂直。四枚所述螺钉II (12)分别穿过所述距离传感器(13)的四个安装孔与所述工作台⑴的四个所述螺孔11(40)连接。
[0021]测量时，测量装置工作，所述数控电机(21)匀速转动，所述主轴(19)匀速转动，通过所述空心轴(18)、所述拉簧(5)、所述伸缩轴(8)等使所述测量座(16)做匀速圆周运动，当所述测量座(16)的所述反光片(36)经过所述距离传感器(13)时，所述距离传感器(13)能感知此时所述反光片(36)与它之间的距离。
[0022]测量步骤如下:
[0023](I)测量无负载即没有安放钢球时的测量座总成的质量
[0024]记没有安放钢球时的测量座总成的质量为MO，
[0025]记所述拉簧(5)在自然状态时测量座总成的质心与所述主轴(19)的中心线的距离为R0,
[0026]记所述拉簧(5)刚好处在即将产生弹性形变的自然状态、所述测量座(16)位于所述主轴(19)和所述距离传感器(13)之间并且三者的水平中心线重合时，所述测量座(16)上的所述反光片(36)与所述距离传感器(13)之间的距离为L0，
[0027]记所述主轴(19)以角速度ω I转动时所述测量座(16)上的所述反光片(36)与所述距离传感器(13)之间的距离为LI，记此时所述拉簧(5)的伸长量为XI，记此时所述拉簧(5)产生的向心力为F1，记此时测量座总成的质心与所述主轴(19)的中心线的距离为Rl,
[0028]记所述主轴(19)以角速度ω 2转动时所述测量座(16)上的所述反光片(36)与所述距离传感器(13)之间的距离为L2，记此时拉簧(5)的伸长量为Χ2，记此时所述拉簧(5)产生的向心力为F2，记此时测量座总成的质心与所述主轴(19)的中心线的距离为R2，
[0029]于是`
[0030]Xl=LO-Ll
[0031]X2=L0-L2
[0032]R1=R0+X1=R0+L0-L1
[0033]R2=R0+X2=R0+L0-L2
[0034]根据胡克定律F=K*X，式中，F为拉力，K为拉簧倔强系数，X为拉簧伸长量。
[0035]于是
[0036]F1=K*X1
[0037]F2=K*X2
[0038]根据匀速圆周运动物体的向心力计算公式F=M* gj2*R，式中，F为向心力，M为匀速圆周运动物体的质量，ω为匀速圆周运动物体的角速度，R为匀速圆周运动物体的运动半径。
[0039]于是
[0040]Fl=K^Xl =K* (LO-Ll) =MO* ω I2^Rl=MO* ω I2* (R0+L0-L1) (I)
[0041 ] F2=K*X2=K* (L0-L2) =MO* ω 22*R2=M0* ω 22* (R0+L0-L2) (2)
[0042]即
[0043]K* (LO-Ll) =MO* ω 1? (R0+L0-L1) (3)
[0044]K* (L0-L2) =MO* ω 22* (R0+L0-L2) (4)
[0045]由于K为拉簧倔强系数，即常数，L0、L1、L2、ω?、ω 2经上述实验测量得到，于是由公式(3)和公式⑷可以计算得到MO和RO值。
[0046](II)测量钢球质量[0047]在所述测量座(16)的所述球形凹面(33)上安放钢球并且旋动所述丝杆(11)将钢球压紧，
[0048]记钢球质量为Ml,
[0049]记所述拉簧(5)刚好处在即将产生弹性形变的自然状态时钢球的质心与所述主轴(19)的中心线的距离为R3，
[0050]所述拉簧(5)刚好处在即将产生弹性形变的自然状态、所述测量座(16)(包括其上钢球)位于所述主轴(19)和所述距离传感器(13)之间并且三者的水平中心线重合时，
[0051]所述测量座(16)上的所述反光片(36)与所述距离传感器(13)之间的距离仍为L0，
[0052]记所述主轴(19)以角速度ω3转动时所述测量座(16)上的所述反光片(36)与所述距离传感器(13)之间的距离为L3，记此时所述拉簧(5)的伸长量为Χ3，记此时所述拉簧(5)产生的向心力为F3，记此时测量座总成的质心与所述主轴(19)的中心线的距离为R4，记此时钢球质心与所述主轴(19)的中心线的距离为R5，
[0053]记所述主轴(19)以角速度ω4转动时所述测量座(16)上的所述反光片(36)与所述距离传感器(13)之间的距离为L4，记此时所述拉簧(5)的伸长量为Χ4，记此时所述拉簧(5)产生的向心力为F4，记此时测量座总成的质心与所述主轴(19)的中心线的距离为R6，记此时钢球质心与所述主轴(19)的中心线的距离为R7，
[0054]于是
[0055]X3=L0-L3
[0056]X4=L0-L4
[0057]R4=R0+X3=R0+L0-L3
[0058]R5=R5+X3=R3+L0-L3
[0059]R6=R0+X4=R0+L0-L4
[0060]R7=R5+X4=R3+L0-L4[0061 ] F3=K*X3=K*(L0-L3)
[0062]F4=K*X4=K*(L0-L4)
[0063]于是
[0064]F3=K*X3
[0065]=K* (L0-L3)
[0066]=M0*co32*R4+M1*co32*R5
[0067]= MO* ω 32* (R0+L0-L3) +Ml* ω 32* (R3+L0-L3)
[0068]F4=K*X4
[0069]=K* (L0-L4)
[0070]=M0*42*R6+M1*co42*R7
[0071 ] =MO* ω 42* (R0+L0-L4) +Ml* ω 42* (R3+L0-L4)
[0072]即
[0073]K*(L0-L3)=M0*co32*(R0+L0-L3)+M1*co32*(R3+L0_L3) (5)
[0074]K*(L0-L4)=M0*co42*(R0+L0-L4)+M1*co42*(R3+L0_L4) (6)
[0075]由于K为常数，L0, MO和RO在步骤(I)中已通过测量计算得到，L3、L4、ω3、ω4经上述实验测量得到，于是由公式(5)和公式(6)可以计算得到Ml和R3值。
【权利要求】
1.一种钢球质量测量装置及测量方法，测量装置主要由工作台、轴承1、铆钉1、铆钉I1、拉簧、指示针、移动销、伸缩轴、螺钉1、连接板、丝杆、螺钉I1、距离传感器、小轴、轴承I1、测量座、铆钉II1、空心轴、主轴、螺钉III和数控电机构成，其特征是:所述工作台有轴承孔1、螺孔I1、轴承孔II和通孔I ;所述主轴的一端是切口轴头，另一端是凹槽轴头；所述轴承I的内圈内孔与所述主轴的两头外径配合，所述轴承I的外圈外径与所述工作台的所述轴承孔1、所述轴承孔II配合；所述数控电机有电机轴，所述电机轴与所述主轴的所述凹槽轴头配合；三枚所述螺钉III分别穿过所述工作台的三个所述通孔I与所述数控电机连接；所述空心轴有铆钉孔1、刻度面和铆钉孔II;所述空心轴的一端的条形槽孔与所述主轴的所述切口轴头配合，并通过所述铆钉孔I用所述铆钉I紧固；所述空心轴的另一端的内孔与所述伸缩轴的外圆配合；所述伸缩轴的一端有开口槽和移动销孔，所述伸缩轴的另一端有铆钉孔III ;所述拉簧放置在所述空心轴的内孔内，一端通过所述铆钉II紧固在所述铆钉孔II上，另一端通过所述移动销与所述伸缩轴的所述移动销孔连接，所述移动销上套着所述指示针；所述测量座上有螺孔1、球形凹面、铆钉孔、伸缩轴连接孔、反光片、轴孔、轴座、测量座底面和测量座侧面；所述伸缩轴的有所述铆钉孔III的一端与所述测量座上的所述伸缩轴连接孔配合，通过所述铆钉孔III和所述铆钉孔用所述铆钉III紧固；所述测量座上的所述球形凹面测量时用来放置钢球；所述连接板的中央有螺孔，该螺孔与所述丝杆的外螺纹配合；四枚所述螺钉I分别穿过所述连接板的四个孔与所述测量座的四个所述螺孔I连接；所述小轴的外圆与所述轴承II的内圈内孔配合，所述小轴的两头圆柱与所述轴孔配合；四枚所述螺钉II分别穿过所述距离传感器的四个安装孔与所述工作台的四个所述螺孔II连接；测量步骤包括:(I)测量无负载即没有安放钢球时的测量座总成的质量，(II)测量钢球质量。
【文档编号】G01G3/00GK103759794SQ201310756959
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】杨绍荣 申请人:金华职业技术学院