一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置

1.本发明涉及转动惯量技术领域，尤其涉及一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置。


背景技术：

2.转动惯量，是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)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，可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性，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。
3.转子指由轴承支撑的旋转体。光盘等自身没有旋转轴的物体，当它采用刚性连接或附加轴时，可视为一个转子。转子是电动机、发电机、燃气轮机和透平压缩机等动力机械或工作机械中高速旋转的主要部件。转子在选用和测试时，需要使用力学实验设备对其转动惯量进行实验。
4.现有技术中的力学实验设备在对转子的转动惯量进行实验时，需要对转子进行装夹，而在对不同直径的转子进行实验时，则需要更换不同规格的夹具，不具有通用功能，不便于使用，为此，我们提出了一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置，用于解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中的力学实验设备在对转子的转动惯量进行实验时，需要对转子进行装夹，而在对不同直径的转子进行实验时，则需要更换不同规格的夹具，不具有通用功能，不便于使用的缺点，而提出的一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.设计一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置，包括转子、扭力扭矩传感器、三爪卡盘，所述转子可拆卸在三爪卡盘上，还包括：
8.底板，所述底板下侧固定设有若干支撑腿；
9.菱形框架，所述转子设在菱形框架内侧，所述菱形框架与转子之间设有若干可调稳定组件；
10.两个l型架，所述l型架一端均固定在底板的上侧，所述l型架另一端均固定在菱形框架的外侧；
11.驱动板，所述驱动板下侧设有自动贴合升降组件，所述驱动板上侧与转子之间设有接触式带动组件；
12.连接阶梯轴，所述三爪卡盘固定在连接阶梯轴的一侧，所述扭力扭矩传感器固定在连接阶梯轴的另一侧；
13.支撑架，所述支撑架固定在底板的上侧，所述扭力扭矩传感器固定在支撑架一侧
上。
14.优选的，所述可调稳定组件包括导向杆，所述菱形框架外侧设有导向孔，所述导向杆可滑动在导向孔内侧，所述导向杆一端固定设有u型轮座，所述u型轮座内侧通过转轴可转动设有稳定轮，所述稳定轮可与转子外侧相接触，所述导向杆一侧设有锁紧组件。
15.优选的，所述锁紧组件包括u型锁紧座，所述u型锁紧座固定在菱形框架外一侧上，所述导向杆设在u型锁紧座内侧，所述u型锁紧座内侧滑动设有夹紧板，所述夹紧板相远离的两侧均固定设有滑块，所述u型锁紧座相远离的两侧均设有滑孔，所述滑块均可滑动在滑孔内侧，所述导向杆设在u型锁紧座与夹紧板之间，所述夹紧板一侧固定设有a楔形块，所述a楔形块一侧可滑动可接触式连接设有b楔形块，所述u型锁紧座一侧固定设有固定板，所述固定板一侧设有螺纹孔，所述螺纹孔内侧通过螺纹连接设有锁紧螺栓，所述锁紧螺栓一端可转动在b楔形块一侧上，所述固定板一侧设有两个贯穿孔，所述贯穿孔内侧均可滑动设有连接杆，所述连接杆一端均固定在b楔形块一侧上。
16.优选的，所述自动贴合升降组件包括u型升降架，所述底板上侧设有两个升降孔，所述u型升降架均可滑动在升降孔内侧，所述驱动板下侧与底板上侧之间固定设有若干弹簧，所述底板上侧设有安装孔，所述安装孔内侧固定设有液压缸，所述液压缸需通过油管外接电磁阀，所述液压缸的轴端固定设有下压片，所述下压片下侧可与u型升降架一侧相接触，所述下压片设在底板下侧。
17.优选的，所述接触式带动组件包括电动机，所述电动机固定在驱动板的上侧，所述电动机需通过导线外接电源可开关，所述电动机的轴端固定设有旋转轴，所述旋转轴外侧可转动设有若干连接座，所述连接座均固定在驱动板的上侧，所述旋转轴外侧固定设有带动轮，所述带动轮外侧固定设有防滑圈，所述防滑圈可与转子外侧相接触。
18.优选的，所述连接阶梯轴外侧可转动设有支撑环，所述支撑环外侧固定设有支撑杆，所述支撑杆下端固定在底板的上侧。
19.本发明提出的一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置，有益效果在于：
20.(1)、通过设置三爪卡盘、底板、支撑腿、菱形框架、l型架、导向杆、u型轮座、稳定轮、u型锁紧座、夹紧板、滑块、a楔形块、b楔形块、固定板、锁紧螺栓、连接杆，使其具有通用装夹、稳定限位、通用调节功能，可对不同直径的转子进行装夹，且在实验过程中可对转子进行稳定限位，具有较高的稳定性。
21.(2)、通过设置扭力扭矩传感器、驱动板、连接阶梯轴、支撑架、u型升降架、弹簧、液压缸、下压片、电动机、旋转轴、连接座、带动轮、防滑圈，使其具有自动实验、通用实验功能，可对不同直径的转子进行自动实验。
22.(3)、通过设置支撑环、支撑杆，使其具有较高的稳定性和支撑性。
附图说明
23.图1为本发明提出的一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置的正面立体结构示意图；
24.图2为本发明提出的一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置的正面剖切立体结构示意图；
25.图3为本发明中提出的图2中a区的局部放大结构示意图；
26.图4为本发明提出的一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置的侧面局部剖切立体结构示意图；
27.图5为本发明中提出的图4中b区的局部放大结构示意图；
28.图6为本发明提出的一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置的侧面局部立体结构示意图。
29.图中：1转子、2扭力扭矩传感器、3三爪卡盘、4底板、5支撑腿、6菱形框架、7l型架、8驱动板、9连接阶梯轴、10支撑架、11导向杆、12u型轮座、13稳定轮、14u型锁紧座、15夹紧板、16滑块、17a楔形块、18b楔形块、19固定板、20锁紧螺栓、21连接杆、22u型升降架、23弹簧、24液压缸、25下压片、26电动机、27旋转轴、28连接座、29带动轮、30防滑圈、31支撑环、32支撑杆。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.参照图1-6，一种基于转子转动惯量的理论力学实验装置，包括转子1、扭力扭矩传感器2、三爪卡盘3，转子1可拆卸在三爪卡盘3上，还包括：
32.底板4，底板4下侧固定设有若干支撑腿5；
33.菱形框架6，转子1设在菱形框架6内侧，菱形框架6与转子1之间设有若干可调稳定组件，可调稳定组件包括导向杆11，菱形框架6外侧设有导向孔，导向杆11可滑动在导向孔内侧，导向杆11一端固定设有u型轮座12，u型轮座12内侧通过转轴可转动设有稳定轮13，稳定轮13可与转子1外侧相接触，导向杆11一侧设有锁紧组件，锁紧组件包括u型锁紧座14，u型锁紧座14固定在菱形框架6外一侧上，导向杆11设在u型锁紧座14内侧，u型锁紧座14内侧滑动设有夹紧板15，夹紧板15相远离的两侧均固定设有滑块16，u型锁紧座14相远离的两侧均设有滑孔，滑块16均可滑动在滑孔内侧，导向杆11设在u型锁紧座14与夹紧板15之间，夹紧板15一侧固定设有a楔形块17，a楔形块17一侧可滑动可接触式连接设有b楔形块18，u型锁紧座14一侧固定设有固定板19，固定板19一侧设有螺纹孔，螺纹孔内侧通过螺纹连接设有锁紧螺栓20，锁紧螺栓20一端可转动在b楔形块18一侧上，固定板19一侧设有两个贯穿孔，贯穿孔内侧均可滑动设有连接杆21，连接杆21一端均固定在b楔形块18一侧上，使其具有通用装夹、稳定限位、通用调节功能，可对不同直径的转子进行装夹，且在实验过程中可对转子进行稳定限位，具有较高的稳定性，具体实施时：当需要对转子1的转动惯量进行实验时，需要首先将转子1装夹在三爪卡盘3上，由于三爪卡盘3可对不同直径的轴类工件进行装夹固定，所以三爪卡盘3可对不同直径的转子1进行装夹固定，进而具有通用装夹功能，将转子1装夹到三爪卡盘3上后，可拧松锁紧螺栓20，然后滑动调节导向杆11，使稳定轮13接触到转子1，转子1则会被多个稳定轮13夹在中间，然后拧紧锁紧螺栓20，使导向杆11夹紧固定在u型锁紧座14与夹紧板15之间，进而可防止转子1在旋转时，不会发生晃动，进而具有较高的稳定性，且在转子1在旋转时稳定轮13会跟随其一同旋转，从而不会妨碍转子1本身旋转，由于导向杆11与菱形框架6之间可进行调节和锁紧，所以可根据不同直径的转子1来调节稳定轮13的位置，进而具有通用功能；
34.两个l型架7，l型架7一端均固定在底板4的上侧，l型架7另一端均固定在菱形框架
6的外侧；
35.驱动板8，驱动板8下侧设有自动贴合升降组件，自动贴合升降组件包括u型升降架22，底板4上侧设有两个升降孔，u型升降架22均可滑动在升降孔内侧，驱动板8下侧与底板4上侧之间固定设有若干弹簧23，底板4上侧设有安装孔，安装孔内侧固定设有液压缸24，液压缸24需通过油管外接电磁阀，液压缸24的轴端固定设有下压片25，下压片25下侧可与u型升降架22一侧相接触，下压片25设在底板4下侧；
36.驱动板8上侧与转子1之间设有接触式带动组件，接触式带动组件包括电动机26，电动机26固定在驱动板8的上侧，电动机26需通过导线外接电源可开关，电动机26的轴端固定设有旋转轴27，旋转轴27外侧可转动设有若干连接座28，连接座28均固定在驱动板8的上侧，旋转轴27外侧固定设有带动轮29，带动轮29外侧固定设有防滑圈30，防滑圈30可与转子1外侧相接触，使其具有自动实验、通用实验功能，可对不同直径的转子1进行自动实验，具体实施时：当转子1夹紧在三爪卡盘3上，并固定在稳定轮13之间后，可控制液压缸24缩回，液压缸24缩回时，u型升降架22和驱动板8则会因为弹簧23的张力而自动上移，进而可使防滑圈30自动顶紧在转子1上，且在转子1不相同的情况下，防滑圈30都可以顶紧在转子1上，进而可实现通用实验功能，在防滑圈30顶紧在转子1上后，可控制电动机26旋转，电动机26旋转时会带动防滑圈30、带动轮29一同旋转，防滑圈30旋转时则会带动转子1、三爪卡盘3、连接阶梯轴9和扭力扭矩传感器2的一端进行旋转，当转子1被加速到一定转速时，可控制液压缸24伸出，液压缸24伸出后，可使得驱动板8、u型升降架22一同下降，进而可使防滑圈30脱离转子1，进而可使转子1失去动力，此时转子1会因为其惯性和余力而继续旋转，此时根据扭力扭矩传感器2所测的数值，再减去其他零部件的转动惯量即可实验出转子1的转动惯量，进而可实现自动实验；
37.连接阶梯轴9，三爪卡盘3固定在连接阶梯轴9的一侧，扭力扭矩传感器2固定在连接阶梯轴9的另一侧，连接阶梯轴9外侧可转动设有支撑环31，支撑环31外侧固定设有支撑杆32，支撑杆32下端固定在底板4的上侧，使其具有较高的稳定性和支撑性，具体实施时：在进行实验时，连接阶梯轴9可在支撑环31内部进行旋转，所以不会影响正常实验，而三爪卡盘3和连接阶梯轴9的重力可通过支撑杆32作用到底板4上，进而可减小扭力扭矩传感器2在竖直方向所受到的作用力，进而可保护扭力扭矩传感器2；
38.支撑架10，支撑架10固定在底板4的上侧，扭力扭矩传感器2固定在支撑架10一侧上。
39.需要说明的是：
40.本技术中提出的：扭力扭矩传感器2、三爪卡盘3、液压缸24、电动机26，均为现有技术，其中：
41.扭力扭矩传感器2为扭矩传感器，又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪，分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动(气动，液力)扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。
42.三爪卡盘3为三爪卡盘是指利用均布在卡盘体上的三个活动卡爪的径向移动，把
工件夹紧和定位的机床附件。三爪卡盘由卡盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构组成。三爪卡盘上三个卡爪导向部分的下面，有螺纹与碟形伞齿轮背面的平面螺纹相啮合，当用扳手通过四方孔转动小伞齿轮时，碟形齿轮转动，背面的平面螺纹同时带动三个卡爪向中心靠近或退出，用以夹紧不同直径的工件。用在三个卡爪上换上三个反爪，用来安装直径较大的工件。三爪卡盘的自行对中精确度为0.05-0.15mm。用三爪卡盘加工工件的精度受到卡盘制造精度和使用后磨损情况的影响。
43.液压缸24为液压缸，是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。
44.电动机26为电动机，是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。