一种转动惯量测量装置的制作方法

专利名称：一种转动惯量测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术，涉及对转动惯量测量装置的改进。
背景技术：
国内测转动惯量的实验方法有三线摆法，拉伸法和扭摆法。目前国内用扭摆原理作的测试台主要有以下几种1)西北工业大学导弹转动惯量测试台，它可以同时测量试件的Jx、Jy转动惯量。其结构主要包括底板、外壳、两个径向轴承、一个推力轴承、摆角锁定和释放装置、上部安装转盘台面。2)南京理工大学的扭摆台，南京理工大学设计了两种惯量测量装置，即台式赤道转动惯量仪和卧式极转动惯量测试仪。可测量弹、箭、坦克、装甲车、火炮、运载火箭、卫星、飞机另部件等的转动惯量。测量精度与样柱理论值相比＜0.3％。上述转动惯量测量装置的共同缺点是，由于机械轴承存在摩擦力，影响了测量精度的提高。此外，结构较复杂。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种轴承摩擦力极小，转动惯量测量准确度高的测量装置。
本实用新型的技术方案是一种转动惯量测量装置，包括一个水平的台面1和主轴3，台面1的下端面与主轴3上端牢固连接，还包括一个带有调平垫脚6的底座5和扭转弹簧8，还包括固定在台面1下方不转动部分上的光电信号接发器10，其特征在于(1)底座5的上端面是平面，下端面有台阶形凹槽，底座5的中心有一个通孔，主轴3的下端伸进台阶形凹槽内，扭转弹簧8的中心端头通过扭簧锁定螺杆9固定在主轴3的下端面的中心，扭转弹簧8的外端头通过扭簧调节杆7固定在台阶形凹槽内；(2)主轴3的上部有一个沿径向扩展的同心圆盘；(3)在底座5的上面、台面1的下方有一个由主轴3、上止推板2和空气轴承本体4组成的空气轴承，上止推板2有中心孔，主轴3的上端面从该中心孔伸出，上止推板2的下端面有一个与中心孔同心的圆盘形凹槽，该凹槽的直径略大于主轴3上部的圆盘直径，该凹槽的深度略大于上述圆盘的厚度，主轴3上部的圆盘位于该凹槽中，该凹槽通过上止推板2内部的孔路与位于上止推板2侧面的压缩空气入口连通，上止推板2位于空气轴承本体4的上端面，用沿圆周均布的螺钉将固连在轴承本体4上；空气轴承本体4位于上止推板2与底座5之间，用沿圆周均布的螺钉与底座5连接，空气轴承本体4上有容纳主轴3的中心孔，主轴3的下部穿过该中心孔后进入底座5下端面的台阶形凹槽，该中心孔与主轴3之间的间隙通过空气轴承本体4内部的孔路与主轴3上部圆盘和空气轴承本体4上端面之间的间隙连通，同时，该中心孔与主轴3之间的间隙通过空气轴承本体4内部的孔路与位于空气轴承本体4侧面的压缩空气入口连通。
本实用新型的优点是由于采用空气轴承，其摩擦力极小，因而测量转动惯量准确度高。同时，装置结构简单，使用方便。


图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型做进一步详细说明。参见图1，本实用新型包括一个水平的台面1和主轴3，台面1通过螺钉与主轴3上端牢固连接。台面1是承载被测物体的平台。还包括一个带有调平垫脚6的底座5和扭转弹簧8，还包括固定在台面1下方不转动部分上的光电信号接发器10，所谓不转动部分是指测量装置的外壳等物体，在测量过程中它不会随台面1转动。一般在台面1对应光电信号接发器10的位置粘贴一块反射物或者感应物，以便于光电信号接发器10的测量。本实用新型的特征在于(1)底座5的上端面是平面，下端面有台阶形凹槽，底座5的中心有一个通孔，主轴3的下端伸进台阶形凹槽内，扭转弹簧8的中心端头通过扭簧锁定螺杆9固定在主轴3的下端面的中心，扭转弹簧8的外端头通过扭簧调节杆7固定在台阶形凹槽内。扭簧调节杆7通过夹持扭转弹簧8的不同部位来改变扭转弹簧8的形状及弹性系数。
(2)主轴3的上部有一个沿径向扩展的同心圆盘。
(3)在底座5的上面、台面1的下方有一个由主轴3、上止推板2和空气轴承本体4组成的空气轴承。上止推板2有中心孔，主轴3的上端面从该中心孔伸出。上止推板2的下端面有一个与中心孔同心的圆盘形凹槽，该凹槽的直径略大于主轴3上部的圆盘直径，该凹槽的深度略大于上述圆盘的厚度，主轴3上部的圆盘位于该凹槽中。该凹槽通过上止推板2内部的孔路与位于上止推板2侧面的压缩空气入口连通。如图所示，止推板2内部的孔路沿圆周均布8个进气孔从上述凹槽的底面与凹槽连通。空气轴承本体4的上端面沿圆周均布8个进气孔，空气轴承本体4的中心孔侧面布有两排每排8个进气孔。空气轴承本体4位于上止推板2与底座5之间，用沿圆周均布的八个螺钉与底座5连接。空气轴承本体4上有容纳主轴3的中心孔，主轴3的下部穿过该中心孔后进入底座5下端面的台阶形凹槽，该中心孔与主轴3之间的间隙通过空气轴承本体4内部的孔路与主轴3上部圆盘和空气轴承本体4上端面之间的间隙连通，同时，该中心孔与主轴3之间的间隙通过空气轴承本体4内部的孔路与位于空气轴承本体4侧面的压缩空气入口连通。当未通入压缩空气时，空气轴承本体4上端面承载主轴3的重量；当通入压缩空气时，气压使主轴3的圆盘上浮，使主轴3与上止推板2和空气轴承本体4之间都保持适当的间隙，消除了转动时的摩擦力。
所说的主轴3与上止推板2中心孔之间的间隙为5mm；主轴3与空气轴承本体4中心孔的间隙为0.015mm；主轴3上部的圆盘与上止推板2凹槽的径向间隙为0.02mm；止推板2凹槽的深度大于主轴3上部的圆盘厚度0.04mm。
本实用新型测量转动惯量的原理是根据牛顿定律T=2πI+I0K---(1)]]>其中T——振动周期I——被测转动惯量I0——台体的转动惯量K——扭转常数采用已知转动惯量的标准块I1和I2分别进行试验，用光电传感器测量振动周期，可由公式(1)得到两组方程，其未知数为两个(K，I0)，因此可以求出。也可采用多于两个已知转动惯量的标准块，对K，I0进行测量，采用最小二乘法，计算K，I0。
使用本实用新型对物体的转动惯量进行校准时，首先将物体按要求固定在台面上，扭动台面至固定位置后释放，测量振动周期，即可由公式(1)计算出其转动惯量。测量前，要用已知惯量的标准块对装置进行在线校准，测出装置本身的转动惯量和弹簧的扭转系数，然后再对被测物体进行转动惯量的校准。
下面给出本实用新型的测量实验数据。
实验采用一系列用铜和铝材料所制的砝码，根据加载不同的砝码，计算出所加砝码的转动惯量，用光电传感器与频率计测量出不同加载状态下的摆动周期，每两种状态为一组，根据公式(1)计算出转台固有的转动惯量，周期和弹簧的扭转常数。实验数据见表1。取台体的转动惯量，周期和扭转常数的平均值来反算所加砝码的转动惯量，反算结果与理论计算值的偏差在0.1％以内。
表1惯量、扭转常数测试表


表2反算标准块惯量、偏差表

实验表明本实用新型采用空气轴承为支撑，减小摩擦在测试过程中的不利影响。采用在线校准方法，可提高测量的准确度。装置结构简单，使用方便。转动惯量测量准确度优于0.1％。
权利要求1.一种转动惯量测量装置，包括一个水平的台面[1]和主轴[3]，台面[1]的下端面与主轴[3]上端牢固连接，一个带有调平垫脚[6]的底座[5]和扭转弹簧[8]，还包括固定在台面[1]下方不转动部分上的光电信号接发器[10]，其特征在于(1)底座[5]的上端面是平面，下端面有台阶形凹槽，底座[5]的中心有一个通孔，主轴[3]的下端伸进台阶形凹槽内，扭转弹簧[8]的中心端头通过扭簧锁定螺杆[9]固定在主轴[3]的下端面的中心，扭转弹簧[8]的外端头通过扭簧调节杆[7]固定在台阶形凹槽内；(2)主轴[3]的上部有一个沿径向扩展的同心圆盘；(3)在底座[5]的上面、台面[1]的下方有一个由主轴[3]、上止推板[2]和空气轴承本体[4]组成的空气轴承，上止推板[2]有中心孔，主轴[3]的上端面从该中心孔伸出，上止推板[2]的下端面有一个与中心孔同心的圆盘形凹槽，该凹槽的直径略大于主轴[3]上部的圆盘直径，该凹槽的深度略大于上述圆盘的厚度，主轴[3]上部的圆盘位于该凹槽中，该凹槽通过上止推板[2]内部的孔路与位于上止推板[2]侧面的压缩空气入口连通，上止推板[2]位于空气轴承本体[4]的上端面，用沿圆周均布的螺钉将其固连在轴承本体[4]上；空气轴承本体[4]位于上止推板[2]与底座[5]之间，用沿圆周均布的螺钉与底座[5]连接，空气轴承本体[4]上有容纳主轴[3]的中心孔，主轴[3]的下部穿过该中心孔后进入底座[5]下端面的台阶形凹槽，该中心孔与主轴[3]之间的间隙通过空气轴承本体[4]内部的孔路与主轴[3]上部圆盘和空气轴承本体[4]上端面之间的间隙连通，同时，该中心孔与主轴[3]之间的间隙通过空气轴承本体[4]内部的孔路与位于空气轴承本体[4]侧面的压缩空气入口连通。
2.根据权利要求1所述的转动惯量测量装置，其特征在于所说的主轴[3]与上止推板[2]中心孔之间的间隙为5mm；主轴[3]与空气轴承本体[4]中心孔的间隙为0.015mm；主轴[3]上部的圆盘与上止推板[2]凹槽及空气轴承本体[4]两侧的径向间隙均为0.02mm。
专利摘要本实用新型属于测量技术，涉及对转动惯量测量装置的改进。它包括台面1、主轴3、底座5、扭转弹簧8和光电信号接发器10，其特征在于由主轴3和上止推板2及轴承本体4组成空气轴承。由于采用空气轴承，其摩擦力极小，因而测量转动惯量准确度高。同时，装置结构简单，使用方便。
文档编号G01M1/10GK2742416SQ200420117970
公开日2005年11月23日 申请日期2004年10月22日 优先权日2004年10月22日
发明者彭军, 何群 申请人:中国航空工业第一集团公司第三○四研究所