一种双刀口杠杆式质心测量装置的制作方法

本实用新型属于试验与测试技术领域，具体是涉及一种双刀口杠杆式质心测量装置。

背景技术：

质心是物体的质量中心，在重力场均匀时也为所受重力的中心，它是众多工程领域中需要精确测定的重要参数，对于高速旋转的物体而言，质心同轴非常重要，因此迫切需要一种高精度通用的测定物体质心位置的仪器。目前市面上采用的质心测量装置通常具有特定的应用场合，在遇到具体的测量要求时，常常会存在测量的量程过大，或者测量精度不够等问题，且测量仪系统结构比较复杂；而且目前的质心测量没有溯源性不可比。

为克服现有质心测量所仪存在的不足，公开号为CN204142424U的中国专利公开了一种质心测景仪器，包括平衡杆，平衡杆的中心下方设有支撑刀口块，目与支撑刀口块相同距离的两侧分别设有测量刀口块，支撑刀口块和测量刀口块分别具有刀尖，平衡杆的中心上方支撑待测物体；刀口座，刀口座支撑支撑刀口块的刀尖；以及两个电子称分别支撑测量刀口块的刀尖，在待测物体的质心偏心时，两个电子称有示数的差值，质心测量装置在平衡杆达到预定的水平状态时，两个电子称示数的差值力乘以测量刀口块与支撑刀口块的距离获得待测物体的质心偏心产生的力矩，再根据力矩原理将力矩除以待测物体的重力获得待测物体的质心偏心距离。但是该技术方案测量的是质偏，是测量装配好的物体与实际质心的偏离距离，并不能测量测量物体具体的质心所在面，因此，如何实现对于质心全部在一个轴面上的高速运转物体进行质心测量，是目前测试技术领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种双刀口杠杆式质心测量装置。

本实用新型通过以下技术方案得以实现。

本实用新型提供的一种双刀口杠杆式质心测量装置，包括框罩及设置在框罩内的质心测量仪；所述质心测量仪包括横梁、支撑刀口、工作刀口、支柱、托梁和装夹夹具，所述支柱和托梁依次设置在横梁下方，所述支撑刀口的上端与横梁相连，并位于支柱和托梁的中部，所述支撑刀口的下端通过投影屏与框罩的底部相连，并在支撑刀口下方设置有指针，所述工作刀口和装夹夹具分别安装在横梁两端，所述工作刀口的下端通过吊耳悬挂有秤盘，所述投影屏与秤盘相对一侧还连接有电子称。

所述装夹夹具包括夹具座、固定口、移动板及旋转把手，其中，固定口固定在夹具座的端面上，夹具座上位于固定口两侧分别设置有挡板，移动板位于夹具座上的两挡板之间，并通过旋转旋转把手实现移动板在夹具座上移动。

所述框罩底部位于投影屏下方设置有按钮，并在按钮上安装有调屏杆。

所述框罩底部位于按钮两侧设置有螺旋脚，并在螺旋脚下方连接有垫脚。

所述秤盘上部设置有阻尼器，底部设置有盘托。

所述装夹夹具通过夹具固定螺钉固定在横梁上。

所述横梁上位于工作刀口一侧设置有平衡螺丝，并在平衡螺丝的下方设置有配重挂钩。

所述框罩底部还设置有用于投影屏供电的变压器。

一种采用上述双刀口杠杆式质心测量装置测量物体质心的方法，该测量方法是利用杠杆平衡原理，通过选用标准块对非规则物体质心所在面进行精确测量，从而有利于发动机叶片的安装，具体测量方法步骤如下：

(1)调平测量仪：在测量仪上装好装夹夹具后空载时启动杠杆，并通过平衡螺丝和增加调配重量进行平衡调节；

(2)称量被测物：采用电子称称量和记录被测物；

(3)调节装入被测物后杠杆平衡：将被测物装入装夹夹具，将称量盒子放置在称盘上，并向称量盒子内加入铅粒，启动杠杆右侧使其达到平衡；

(4)测量称量盒子及铅粒的重量并记录；

(5)按力矩平衡公式计算测量结果。

本实用新型的有益效果在于：

与现有技术相比，本实用新型能够实现高速旋转的物体，且质心全部在一个轴面上的物体质心进行测量，从而可以减小离心力，减小振动频率的差异，增强产品性能，延长产品使用寿命，提高产品质量，特别是发动机中转子叶片的安装中具有重要的意义。采用本实用新型所述的质心测量仪不仅可以测量规则物体的质心，也可以测量不规则物体的质心(密度不均匀)，利用的原理是力矩平衡的原理，利用力矩原理以标准规则物体的质心作标准零点，被测物体的质心都与标准质心的进行比较，进而测量出被测物体偏移标准质心的距离。可以精确的测量被测物体所在的面；在安装中既保证质心同心同轴又根据质量测试达到质量的平衡。本实用新型解决了溯源性，即可比性，即可实现不同厂家，不同批次之间相互比较。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中装夹夹具的结构示意图；

图3是本实用新型中称量盒的结构示意图；

图4是本实用新型中标准块A的结构示意图；

图5是本实用新型中标准块B的结构示意图；

图6是本实用新型中标准块C的结构示意图。

图中：1-横梁，2-平衡螺丝，3-吊耳，4-指针，5-支撑刀口，6-框罩，7-工作刀口，8-支柱，9-托梁，10-阻尼器，11-投影屏，12-秤盘，13-盘托，14-螺旋脚，15-垫脚，16-按钮，17-调屏杆，18-装夹夹具，19-配重挂钩，20-夹具固定螺钉，21-电子称，22-变压器，23-称量盒子，24-铅粒，25-标准块A，26-标准块B，27-标准块C，181-夹具座，182-固定口，183-挡板，184-移动板，185-旋转把手。

具体实施方式

下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1、图2所示，一种双刀口杠杆式质心测量装置，包括框罩6及设置在框罩6内的质心测量仪；所述质心测量仪包括横梁1、支撑刀口5、工作刀口7、支柱8、托梁9和装夹夹具18，所述支柱8和托梁9依次设置在横梁1下方，所述支撑刀口5的上端与横梁1相连，并位于支柱8和托梁9的中部，所述支撑刀口5的下端通过投影屏11与框罩6的底部相连，并在支撑刀口5下方设置有指针4，所述工作刀口7和装夹夹具18分别安装在横梁1两端，所述工作刀口7的下端通过吊耳3悬挂有秤盘12，所述投影屏11与秤盘12相对一侧还连接有电子称21。

所述装夹夹具18包括夹具座181、固定口182、移动板184及旋转把手185，其中，固定口182固定在夹具座181的端面上，夹具座181上位于固定口182两侧分别设置有挡板183，移动板184位于夹具座181上的两挡板183之间，并通过旋转旋转把手185实现移动板184在夹具座181上移动。采用本技术方案，在使用时，将固定口182套装在测量仪的横梁1端部，并采用夹具固定螺钉20拧紧，然后将被测物体夹在远离旋转把手185一端的挡板183和移动板184之间，通过旋转把手185对被测物体进行固定。在实际应用中，装夹夹具18的质量要要求尽可能小，本技术方案采用钛合金或铝制成装夹夹具18。

所述框罩6底部位于投影屏11下方设置有按钮16，并在按钮16上安装有调屏杆17。通过调屏杆17对投影屏11进行调节。

所述框罩6底部位于按钮16两侧设置有螺旋脚14，并在螺旋脚14下方连接有垫脚15。通过垫脚15对框罩6进行支撑，由于设置有螺旋脚14，可对框罩6的高度进行调节，并能保证框罩6的平衡度。

所述秤盘12上部设置有阻尼器10，底部设置有盘托13。

所述装夹夹具18通过夹具固定螺钉20固定在横梁1上。通过夹具固定螺钉20将装夹夹具18固定在横梁1上，便于安装和拆卸。

所述横梁1上位于工作刀口7一侧设置有平衡螺丝2，并在平衡螺丝2的下方设置有配重挂钩19。采用本技术方案，可通过平衡螺丝2对横梁1的平衡进行调节，通过配重挂钩19增加配重块进行测试，根据不同的要求选择不同大小的配重块。

所述框罩6底部还设置有用于投影屏11供电的变压器22。

如图1、图3所示，本实用新型为双刀口杠杆的测量仪器。其中中间的刀口为支撑刀口5，右侧为工作刀口7，左侧为固定被测物的装夹夹具18，该装夹夹具18设计中配套使用，装夹夹具18选用钛合金材料，可根据被测物体尺寸进行更换。右侧秤盘12在对被测物测量过程中放置称量盒子23，为保持杠杆平衡添加铅粒24，杠杆平衡后用电子天平21对称量盒子23及铅粒24进行称量。该称量盒子23设计中配套使用，可根据被测物体质量大小进行选择。

如图1至图6所述，一种采用上述双刀口杠杆式质心测量装置测量物体质心的方法，该测量方法是利用杠杆平衡原理，通过选用标准块对非规则物体质心所在面进行精确测量，从而有利于发动机叶片的安装，具体测量方法步骤如下：

(1)调平测量仪：在测量仪上装好装夹夹具18后空载时启动杠杆，并通过平衡螺丝2和增加调配重量进行平衡调节；

(2)称量被测物：采用电子称称量和记录被测物；

(3)调节装入被测物后杠杆平衡：将被测物装入装夹夹具18，将称量盒子23放置在称盘12上，并向称量盒子23内加入铅粒24，启动杠杆右侧使其达到平衡；

(4)测量称量盒子23及铅粒24的重量并记录；

(5)按力矩平衡公式计算测量结果。测量的结果是被检测物体与标准块的差值，当标准质心距是定值时，被检物体的质心与标准质心差不变，表明误差消除。标准规则物体的质心容易测量，密度均匀的规则物体的几何质心就是物体的实际质心，通过三坐标或其它精密测量仪器就可以精确测量，与被测物体的质心距差值相加，即可得到准确的质心。

仪器在测量前先使用标准块对测量仪进行调节，为达到精确测量的目的，标准块选用三个不同尺寸的规则物体进行互检。

如图3、图4、图5所示，所述三个不同尺寸的标准块分别为标准块A25、标准块B26和标准块C27，其中标准块A25为长度为5cm,宽度和高度为2cm的长方体；标准块B26为长度为10cm，宽度和高度为2cm的长方体；标准块C27为长度为15cm，宽度和高度为2cm的长方体。标准块材料要求质地均匀，形状要求规则做调整测量仪和测量被测物体的标准，其质量要尽可能大，这样便于减小误差，本技术方案中，优先选用不锈钢材料制作标准块。

本实用新型质心测量仪原理如下：

(1)空载配平根据力矩平衡原理：

调节杠杆平衡，根据力矩平衡的原理得：

L_a×m_杠杆左＝L_b×m_杠杆右；

(2)把被测物体放置在装夹夹具18上，当杠杆再一次平衡时，根据力矩原理相同方向的力产生的力矩可以叠加，此时的平衡公式为：

(m_杠杆右+m)×L_b＝m_杠杆左×L_a+M×(X+L_a)

因为：L_a×m_杠杆左＝L_b×m_杠杆右

那么公式简化为：mL_b＝M(X+L_a)

上式中：L_b为两刀口中间的距离，即支撑刀口5和工作刀口7的距离，在机械天平中通常距离是在11cm左右，在设计时可以把L_b精确在10cm，便于以后计算，杠杆左端设有调节螺丝，右端不设调节螺丝，m即为加入的质量，M为放入卡具中的被测物质量，用电子天平测量的被测物体质量M。

X是被测物体的质心距离，是一个定值；

X+L_a＝(M/m_砝码)L_b；

采用上述方法对物体质心的测量计算步骤如下：

(1)对参考标准进行测量，通过计算结果；得出X_标+L_a的值；

(2)对被检物体进行测量，计算结果；得出X_被+L_a的值；

(3)用第(2)步的结果减去第(1)步的结果；即(X_被+L_a)-(X_标+L_a)＝X_被-X_标，就可以得到被检物体质心偏移标准物体的质心。在这个测定过程中，X标是定值，M是定值，L_b定为10cm，调节平衡的过程中可能会有微小变化，但L的值的变化会影响m砝码，加入的m砝码为mL_b，因为测量的结果是被检与标准的差值，那么当标准质心距是定值时，被检的质心与标准质心差不变，误差消除。并且在调整测量仪的过程中，使用两个标准块做相互验证，可以计算L的变化量，当L的变化给测量带来误差调节或把变化量带入计算，可消除L的变化带的误差，建议使用与被测物体长度接近的两个标准块校验测量仪，用与被测物体长度最近的标准块做测量块。

标准规则物体M的质心容易测量，(密度均匀的规则物体的几何质心在重力场中就是物体的实际质心，通过三坐标或其它精密测量仪器就可以精确测量)与被测物体的质心距差值相加，即可得到准确的质心。