一种质心测量设备中哥德式沟槽支撑装置的制作方法

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种质心测量设备中哥德式沟槽支撑装置。

背景技术：

针对火箭、汽车、潜艇等大尺寸物体的质心测量，现有的测量技术主要为静力矩平衡方法，即采用三个或四个称重传感器测量被测产品的重量，通过三个(或四个)称重传感器的读数及其相对位置关系计算出待测产品的质心位置。

其中三点法测量就是将待测产品安装于产品托架上，产品托架由三个称重传感器支撑，这三个传感器呈120度均匀分布。通过这三个称重传感器的测量数据，及其几何位置关系，由静力矩平衡方法可以计算出待测产品的质心。

使用这种测量方法时有以下几点问题：

1、在测量过程中，要求待测产品及产品托架的重量完全由三个称重传感器承担，而不能由其它结构支撑；

2、称重传感器受力位置不同，其输出值不同，因此要求测量时称重传感器每次受力位置相同；

3、保证测量时称重传感器受垂直于其受力面的力，而不受侧向力的影响，否则会降低测量准确度。

为了解决上述问题，目前采用这种方法进行质心测量时传感器的支撑方式主要采用球窝－球－球窝结构，或球窝－球－平面结构。球窝－球－球窝支撑方式，球窝2固定在称重传感器的受力点处，球窝1固定在产品托架上，由于球在球窝中靠重力作用，及几何形状影响，理论上可以自动位于球窝底部，实现产品托架自动对中称重传感器的设计的受力点中心。

球窝结构在实际过程中采用三点法或四点法进行测进，由于加工，装配均不可避免存在误差，球窝1安装于产品托架上的位置会与设计位置有偏差，而称重传感器的安装位置也不能保证是设计位置，即安装支架上的三个球窝组成的三角形与三个称重传感器上的球窝组成的三角形的形状、位置不能完全相同，因此不能保证完全对中，此时，由于受力点不位于球窝中心，称重传感器承受侧向力，会影响质心测量结果准确性。

另一种常用的支撑方式是三个称重传感器均采用球窝－球－平面的支撑方式，此时产品托架在三个球上位置可以任易移动，实现自动对中而消除了侧向力，但会引入一个新的问题就是产品托架位置不固定，每次测量质心时均要准确测量产品的基准坐标系，且测量过程不安全，易导致产品托架滑落，所以采用这种方式时往往要加上导向装置，但若导向装置受力则又影响了测量准确性。

技术实现要素：

本发明为了解决现有质心测量设备中的支撑装置稳定性差，影响测量的准确性的问题，进而提出一种质心测量设备中哥德式沟槽支撑装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种质心测量设备中哥德式沟槽支撑装置包括球下支撑体、球体和上支撑体，下支撑体、球体和上支撑体由下至上依次设置，下支撑体上端面的中部设有球面凹槽，上支撑体下端面的中部沿水平方向设有沟槽，沟槽的槽底为尖端，沟槽的两侧槽壁均为圆弧形，球体设置在球面凹槽与沟槽之间。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

本发明提出的用于质心测量的哥德式沟槽支撑方式，可以自动对心，有效减小质心测量中传感器承受侧向力的问题；且具有完全定位，不会出现测量过程中产品滑落的现象等。该发明有以下优势：

1、可以实现自动对心，减小测量过程中称重传感器承受侧向力，使待测物体的质心测量精度最高可达到0.3mm，保证测量的准确性；

2、具有完全定位，避免了测量过程中产品滑落等事故发生；

3、可以消除球、球窝、沟槽的加工、装配等误差的影响，当这些误差同时存在时，总会存在一个合适的位置使球窝－球－哥德式沟槽完美配合，测量重复性高；

4、哥德式沟槽法向截面为双圆弧，与球接触时为两点接触，承重能力优于其它方式如球窝－球、柱窝－球等一点接触，此外，以球窝－球为例，球窝曲率半径大于球，因此球在球窝中位置不是严格唯一，有一定的移动范围，而哥德式沟槽在法向截面方向与球的位置唯一，不存在间隙，可以提高测量重复性；

5、三点或四点均采用哥德式沟槽支撑方式的优点在于受力相同、磨损承度相同、寿命相同，避免了其它方式，如球窝、锥窝、柱窝、平面等其它组合方式时与球接触面积不同、受力不同进而寿命不同的情况发生，设备整体使用年限可提高45％以上。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明受力后接触区域的放大示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述一种质心测量设备中哥德式沟槽支撑装置包括球下支撑体1、球体2和上支撑体3，下支撑体1、球体2和上支撑体3由下至上依次设置，下支撑体1上端面的中部设有球面凹槽1-1，上支撑体3下端面的中部沿水平方向设有沟槽3-1，沟槽3-1的槽底为尖端，沟槽3-1的两侧槽壁均为圆弧形，球体2设置在球面凹槽1-1与沟槽3-1之间。

该支撑方式中，下支撑体1固定于称重传感器上，上支撑体3固定在产品托架上，球体2可以在球面凹槽1-1中自动对中，在沟槽里3-1进行沿沟槽3-1轴向进行滚动。

沟槽3-1的这种结构具有尖形拱门的特点，其法向截面为双圆弧形。三点法测量质心时，产品托架上三个支撑位置均采用这种沟槽3-1，这种支撑方式的特点是当球体2的位置固定时，沟槽3-1可以沿轴线位置移动，当产品托架上的三个支撑位置所组成的三角形与称重传感器上三个位置所组成的三角形形状不完全相同时，球体2在传感器上的球面凹槽1-1中可以自动对心，而具有三个哥德式沟槽3-1的产品托架同样总具有一个合适的位置可以与三个球体2配合而使其不受到侧向力。因为三个哥德式沟槽3-1所在的轴线可以构成在这个范围内的任意边长的唯一的三角形。

当不受力时，球体2与球面凹槽1-1和沟槽3-1的接触均为点接触，加载产品后，接触区域发生微小变形，为面接触，这是典型的赫兹接触问题，接触区域放大如图2中所示，为椭圆，球体2与沟槽3-1的接触椭圆的长轴为2a，短轴为2b，球体2与球面凹槽1-1的接触椭圆的长轴为2a，短轴为2b。

四点法测量质心时哥德式沟槽支撑方式时，它与三点法的共同特点是沟槽3-1轴向均相交于以它们中心所构成在圆的圆心。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述沟槽3-1圆弧形侧壁的曲率半径大于球体2外表面的曲率半径。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

如此设计以保证球体2可以在沟槽3-1内沿沟槽3-1的轴向方向滚动。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述下支撑体1的上端为第一圆柱体1-2，球面凹槽1-1设置在第一圆柱体1-2上端面的中部，上支撑体3的下端为第二圆柱体3-2，沟槽3-1沿径向方向设置在第二圆柱体3-2的下端面上。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。

如此设计使下支撑体1形成一个球窝状的支撑体，上支撑体3形成一个具有哥德式沟槽的支撑体。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述下支撑体1的下端为第三圆柱体1-3，上支撑体3的上端为第四圆柱体3-3。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

如此设计便于上支撑体1和下支撑体3的安装和固定。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述第一圆柱体1-2、第二圆柱体3-2、第三圆柱体1-3和第四圆柱体3-3的轴线共线设置。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

如此设计便于实现支撑装置的整体对中。

工作原理

该支撑方式中，下支撑体1固定于称重传感器上，上支撑体3固定在产品托架上，球体2可以在球面凹槽1-1中自动对中，在沟槽里3-1进行沿沟槽3-1轴向进行滚动。

沟槽3-1的这种结构具有尖形拱门的特点，其法向截面为双圆弧形。三点法测量质心时，产品托架上三个支撑位置均采用这种沟槽3-1，这种支撑方式的特点是当球体2的位置固定时，沟槽3-1可以沿轴线位置移动，当产品托架上的三个支撑位置所组成的三角形与称重传感器上三个位置所组成的三角形形状不完全相同时，球体2在传感器上的球面凹槽1-1中可以自动对心，而具有三个哥德式沟槽3-1的产品托架同样总具有一个合适的位置可以与三个球体2配合而使其不受到侧向力。因为三个哥德式沟槽3-1所在的轴线可以构成在这个范围内的任意边长的唯一的三角形。

当不受力时，球体2与球面凹槽1-1和沟槽3-1的接触均为点接触，加载产品后，接触区域发生微小变形，为面接触，这是典型的赫兹接触问题，接触区域放大如图2中所示，为椭圆，该椭圆的长轴为2a，短轴为2b。

四点法测量质心时哥德式沟槽支撑方式时，它与三点法的共同特点是沟槽3-1轴向均相交于以它们中心所构成在圆的圆心。