本实用新型涉及刚体转动惯量测量技术领域，具体涉及一种刚体转动惯量测定仪器。
背景技术：
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转动惯量是刚体绕轴转动时惯性的量度，转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量，用于建立角动量、角速度、力矩和角加速度等数个量之间的关系。如何精确测量出被控对象的转动惯量对后续研究具有重要意义，但对于一些形状复杂、质量分布不均的被控对象的转动惯量测量有一定难度。
目的，对于刚体转动惯量测量的方法主要有三线摆测量法、重物角加速度测量法等多种方法，其中三线摆测量法具有所需设备简单、操作简单、原理成熟等优点，但存在测量精度较低的缺陷，导致测量精度较低的主要原因有两个方面，一是在计算过程中对一些量进行近似处理，二是对于三线摆测量法的一些测量基准要求难以做到精确，例如要求被测物质心位于下圆盘中轴线上。
技术实现要素：
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本实用新型的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种刚体转动惯量测定仪器，它具有设计合理、测量精度高等优点，解决了现有技术中存在的问题。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种刚体转动惯量测定仪器，包括支架，支架末端垂直设有升降杆，升降杆末端设有吊索座，吊索座上沿其圆周方向均匀水平设有三根吊索杆，三根吊索杆末端分别设有长度相等的吊索，吊索上设有拉力传感器，支架下方设有机座，机座上设有三根呈等边三角形设置的等高立柱，立柱上设有称重传感器，三个称重传感器上水平设有支撑托，支撑托与称重传感器点接触，支撑托中心贯穿设有转动轴，转动轴底部设有伺服电机，转动轴上端与水平设置的圆盘可拆卸连接，圆盘上设有坐标系，圆盘上沿圆周方向均匀设有与吊索配合的三个结点，吊索安装在结点后呈垂直状，圆盘上可拆卸设有光电传感器，所述伺服电机和称重传感器分别通过导线与质心调节控制器连接，所述拉力传感器和光电传感器分别通过导线与转动惯量测量控制器连接。
所述支撑托为凸型状，支撑托中心中空设计，转动轴通过上下两个轴承安装在支撑托上。
所述支撑托底部沿圆周方向均匀设有三个与称重传感器对应的圆锥形凸起。
所述转动轴与圆盘卡接或榫接。
所述转动轴上端中心位置设有十字形榫槽，圆盘底部中心位置设有与十字形榫槽配合的十字形榫头。
所述坐标系为直角坐标系，直角坐标系的原点设在圆盘的圆心处。
所述转动惯量测量控制器和质心调节控制器分别通过导线与显示器连接，转动惯量测量控制器和质心调节控制器分别通过导线与控制键盘连接。
本实用新型采用上述方案，针对现有刚体转动惯量测量存在的技术问题，设计了一种刚体转动惯量测定仪器，通过设计机座、立柱、称重传感器、支撑托、圆盘、伺服电机和质心调节控制器，实现首先测量圆盘上的被测刚体的质心，然后根据质心位置调整被测刚体的位置，使其质心位于圆盘中轴线上，再次测量被测刚体的质心位置，直到被测刚体质心位于圆盘中轴线上(通常在允许误差内即可)；通过设计支架、升降杆、吊索座、吊索杆、吊索、拉力传感器和转动惯量测量控制器，实现通过吊索与圆盘连接，并将圆盘脱离转动轴悬空，然后将圆盘调整水平，且吊索垂直设置，通过三线摆测量方法(变形的)测量出被测刚体的转动惯量；本申请设计的圆盘不仅可以实现测量被测刚体的质心，调整被测刚体质心使其位于圆盘中轴线上，而且还可以直接应用在测量转动惯量装置上，从而解决转动惯量测量时被测刚体的质心难以保证位于圆盘中轴线上的不足，确保转动惯量的准确。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型圆盘底部结构示意图；
图3是本实用新型转动轴的结构示意图；
其中，1、支架，2、升降杆，3、吊索座，4、吊索杆，5、吊索，6、拉力传感器，7、机座，8、立柱，9、称重传感器，10、支撑托，11、转动轴，12、伺服电机，13、圆盘，14、坐标系，15、结点，16、光电传感器，17、质心调节控制器，18、转动惯量测量控制器，19、轴承，20、圆锥形凸起，21、十字形榫槽，22、十字形榫头，23、显示器，24、控制键盘，25、被测刚体。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：
如图1-3所示，一种刚体转动惯量测定仪器，包括支架1，支架1末端垂直设有升降杆2，升降杆2末端设有吊索座3，吊索座3上沿其圆周方向均匀水平设有三根吊索杆4，三根吊索杆4末端分别设有长度相等的吊索5，吊索5上设有拉力传感器6，支架1下方设有机座7，机座7上设有三根呈等边三角形设置的等高立柱8，立柱8上设有称重传感器9，三个称重传感器9上水平设有支撑托10，支撑托10与称重传感器9点接触，支撑托10中心贯穿设有转动轴11，转动轴11底部设有伺服电机12，转动轴11上端与水平设置的圆盘13可拆卸连接，圆盘13上设有坐标系14，圆盘13上沿圆周方向均匀设有与吊索5配合的三个结点15，吊索5安装在结点15后呈垂直状，圆盘13上可拆卸设有光电传感器16，伺服电机12和称重传感器9分别通过导线与质心调节控制器17连接，拉力传感器6和光电传感器16分别通过导线与转动惯量测量控制器18连接。通过设计机座7、立柱8、称重传感器9、支撑托10、圆盘13、伺服电机12和质心调节控制器17，实现首先测量圆盘13上的被测刚体25的质心，然后根据质心位置调整被测刚体25的位置，使其质心位于圆盘13中轴线上，再次测量被测刚体25的质心位置，直到被测刚体25的质心位于圆盘中轴线上(通常在允许误差内即可)；通过设计支架1、升降杆2、吊索座3、吊索杆4、吊索5、拉力传感器6和转动惯量测量控制器18，实现通过吊索5与圆盘13连接，并将圆盘13脱离转动轴11悬空，然后将圆盘13调整水平，且吊索5垂直设置，通过三线摆测量方法(变形的)测量出被测刚体25的转动惯量；本申请设计的圆盘13不仅可以实现测量被测刚体的质心，调整被测刚体质心使其位于圆盘13 中轴线上，而且还可以直接应用在测量转动惯量装置上，从而解决转动惯量测量时被测刚体25的质心难以保证位于圆盘13中轴线上的不足，确保转动惯量测量的准确。
支撑托10为凸型状，支撑托10中心中空设计，转动轴11通过上下两个轴承19安装在支撑托10上，便于安装转动轴，且使其位于支撑托10中心线上。
支撑托10底部沿圆周方向均匀设有三个与称重传感器9对应的圆锥形凸起 20，实现支撑托10与称重传感器9的点接触连接，从而提高测量精度。
转动轴11与圆盘13卡接或榫接，连接结构简单，使其在调节质心时能够在转动,11的驱动下旋转(实际测量质心位置时是缓慢旋转的)，当需要测量转动惯量时能够快速拆卸，然后与吊索5连接，悬空设置。
转动轴11上端中心位置设有十字形榫槽21，圆盘13底部中心位置设有与十字形榫槽21配合的十字形榫头22，通过十字形榫接具有加工制造方便快捷，成本低廉，加工精度高，旋转时牢固，拆卸时直接向上提起等优点。
坐标系14为直角坐标系，直角坐标系的原点设在圆盘13的圆心处，便于精确调节被测刚体的位置，从而降低调节次数，实现快速将被测刚体25的质心位于圆盘13中轴线上。
转动惯量测量控制器18和质心调节控制器17分别通过导线与显示器23连接，转动惯量测量控制器18和质心调节控制器17分别通过导线与控制键盘24 连接，便于操控和掌握测量数据。
本实用新型的工作过程：
首先调节被测刚体25的质心使其位于圆盘13的中轴线上，首先根据经验粗滤估计被测刚体25的质心(特别是规则的被测刚体)，使其质心尽可能的位于圆盘13的中轴线上，然后启动伺服电机12，至少缓慢旋转一周，伺服电机 12的旋转角度和称重传感器9的检测数值分别传输给质心调节控制器17，质心调节控制器17对上述数据进行处理得出被测刚体25的质心坐标(质心不在旋转轴线上时，质心将绕轴线做圆周运动，此时称重传感器9检测数值将做周期性变化，测量一周后将得到最大值和最小值及相对应的旋转角度，据此就可以计算出被测刚体25的质心位置，计算方法为现有公式或编程直接写入质心调节控制器17内都可计算得出，在次不再赘述)，当被测刚体25质心不在圆盘13 中轴线上时，根据质心坐标值进行移动，使其位于圆盘13中轴线上(由于有了质心的坐标，因此移动量有了参考，可以快速调整好)，调整好后再次测量被测刚体25的质心坐标，重复上述步骤，直到被测刚体25的质心位于圆盘13的中轴线上(一般设定一个允许误差，只要在允许误差内即可)，从而完成质心调节，为下一步精确测量被测刚体25转动惯量打下基础。当测量转动惯量时，首先通过吊索5与结点15连接，将光电传感器16安装在圆盘13上，然后将圆盘13 从转动轴11上取下(取下时尽量保持水平，避免被测刚体25在圆盘13上发生移动，确保质心位于圆盘13中轴线上)，然后通过升降杆2将圆盘13提起悬空，使圆盘13水平设置，吊索5垂直设置(确保圆盘13水平设置和吊索5垂直设置，主要两个方面保证，一是在制作圆盘13和吊索杆4时，确保吊索杆4安装吊索5的位置与圆盘13水平时其上的结点15位置竖直对应，二是三根吊索5 长度相等)，然后给圆盘13一个微小力，使其以一个小角度扭振，角度要控制在0-4度，通过光电传感器16检测振动周期并传输给转动惯量测量控制器18，三个拉力传感器6分别读取拉力并传输给转动惯量测量控制器18，然后转动惯量测量控制器18对数据进行处理得出被测刚体25的转动惯量，转动惯量的计算公式：
式中，I表示被测刚体25的转动惯量，F1、F2、F分别表示三个拉力传感器6 的拉力值，R表示三个结点15到圆盘13中心的距离，T表示振动周期，L表示吊索5的长度，I0表示圆盘13沿垂直中心线的转动惯量。
本申请发明重点在于结构方面的改进，至于具体计算公式都可以通过现有公式进行推导或直接采用现有公式，也可以将推导好的计算公式编程导入控制器内直接计算出结果，在次不在赘述。本申请的刚体转动惯量测定仪器具有结构设计合理、测量精度高等优点。
上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。