專利名稱：用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量設備，具體說是涉及一種用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置。
旋轉體質(zhì)量特征參數(shù)的測量對于遠程高速運動的物體是非常必要的，由于其應用領域較窄，其相關文獻也不多見。國內(nèi)目前所使用的旋轉體質(zhì)量特征參數(shù)測量設備為國外進口設備，其質(zhì)心、形心的測量分別在兩臺設備上進行。在測量質(zhì)心時，上述設備采用雙重刀口(相當于兩個垂直放置的天平)，分別測出兩個垂直方向的質(zhì)心偏離量，得到質(zhì)心相對于雙重刀口交叉點的位置。而形心的測量則是采用位移傳感器通過被測體旋轉時的半徑變化量，經(jīng)數(shù)學計算后得出其形心相對于旋轉軸心的位置，然后再通過計算得到質(zhì)心相對于形心的偏離量。上述方法對質(zhì)心和形心的測量雖是可靠的，但由于上述測量方法對質(zhì)心和形心的測量是通過兩個不同的測量基準來完成的，即質(zhì)心的測量基準為通過雙重刀口交叉點的重力軸，而形心的測量基準為旋轉軸心，故用該設備測算的質(zhì)心偏離量是不可靠的。而上述設備測取質(zhì)心與形心的目的主要是為了測量質(zhì)心偏離量，故此類測量設備的缺陷是明顯的。
為解決現(xiàn)有技術的不足，本專利申請的發(fā)明者前期根據(jù)我國一些單位的需要曾設計完成過一臺質(zhì)心特征參數(shù)測量設備。其基本思路是在同一臺設備上完成質(zhì)心與形心的測量，然后計算出質(zhì)心偏離量。具體方案是在一個旋轉軸系上安裝三個均布的稱重傳感器，首先將被測體放置在三個均布的稱重傳感器的頂尖處，根據(jù)三個傳感器所承受的分力計算出其質(zhì)心的位置，然后轉動被測體(三個傳感器也同時隨之轉動)，用光柵尺測出其旋轉一周的半徑變化量，通過數(shù)學計算得出形心位置，之后再計算出質(zhì)心偏離量。該裝置通過實際應用取得了較好的效果，測量精度優(yōu)于進口裝置，但也存在一些不足。如其質(zhì)心測量基準是通過三個傳感器幾何形心的重力軸，而形心測量基準是旋轉軸心，也就是說兩者基準仍不相同。但該裝置之所以能得到較好的測量效果，其主要原因是該裝置通過精密的加工，使三個傳感器的幾何形心盡可能與旋轉軸心重合，并且由于是在同一臺裝置上通過調(diào)整使得旋轉軸盡可能與重力軸重合，最大限度地減小了因基準不同造成的誤差。但由于其本質(zhì)上存在的不足，加之旋轉軸與重力軸重合調(diào)整的復雜和繁瑣，使得所測精度難以得到繼續(xù)提高。
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種可在同一臺測量裝置上，采用同一測量基準，高精度地完成旋轉體質(zhì)量特征參數(shù)測量的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置。
本發(fā)明的目的可通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置包括通過同心、剛性的連接方式相結合的承物盤和旋轉立軸，安裝在旋轉立軸下端的動力機構，所述旋轉立軸通過固接在支承座上的十字支撐臂架放在機座上；所述十字支撐臂是由位于同一水平軸線方向的兩根對稱設置的擺動支撐臂和位于同一水平軸線方向的兩根對稱設置的傳感支撐臂組成；所述擺動支撐臂通過刀口副架放在機座上，所述傳感支撐臂通過傳感元件與機座相連；在位于機座一側的升降臂上設置有用于測量位移的傳感器；所述旋轉立軸上連接有一角度測量元件。
組成本發(fā)明中所述十字支撐臂的擺動支撐臂的軸線和傳感支撐臂的軸線位于同一水平面且垂直相交。
本發(fā)明中所述的刀口副可采用以下多種不同的結構來實現(xiàn)如由相互配合的具有楔形錐頂?shù)牡犊谥螇K和具有弧形凹槽支撐座構成；或是由相互配合的平面支撐塊和具有楔形錐頂且其錐頂部為弧面結構的支撐座構成；也可以是由頂面加工有V形槽的支撐座、放置在V形槽內(nèi)的滾柱以及與滾柱柱面相配合的其頂面為平面結構的支撐塊構成。當然也可采用其它任意公知的結構來實現(xiàn)。另外上述結構的刀口副均可上下結構互換使用。
本發(fā)明中用于驅動旋轉立軸運轉的動力機構為中空軸式電機，該電機通過柱銷聯(lián)軸器與旋轉立軸的下端面相結合；在所述電機中空軸的內(nèi)腔中穿裝有一與旋轉立軸之間采用同軸心、剛性連接方式相結合的連接軸，該連接軸的下端連接有一用于轉角測量的角度測量元件；所述角度測量元件可以是光電編碼盤，也可以采用其它任意公知的角度測量元件。
本發(fā)明中所述的擺動支撐臂上設置有用于調(diào)節(jié)支承座高度的調(diào)節(jié)螺栓和定位銷，該定位銷下端與固定安裝在機座上的定位塊上加工出的定位銷孔相配合，所述調(diào)節(jié)螺栓的底面與上述定位塊的頂面相接觸；在擺動支撐臂末端設置有一由定位板、通過其端部為錐形結構的連接軸安裝在定位板上且其軸線與刀口母線相平行的軸承、與機座相固接且夾持在所述軸承兩側的側向限位塊和與機座相固接的位于連接軸尖端位置處的軸向限位塊組成的限位機構。
本發(fā)明中所述的傳感支撐臂通過與其相結合的位于其底面且垂直設置的定位連接板、穿裝在定位連接板上的定位銷與安裝在機座上的定位塊相連接，位于定位塊上方位置處的傳感支撐臂上設置有一調(diào)節(jié)螺栓；傳感支撐臂的端部通過可調(diào)式觸桿與安裝在機座上的測力傳感器相連；傳感支撐臂的端部也可通過具有一定剛度的彈性體與安裝在機座上的位移傳感器相連。
為了在本裝置上可同時完成轉動慣量的測量，在所述承物盤下方兩對應側各設置有一套由連接座、置于連接座兩側并與其相連接的彈簧、與兩彈簧末端相結合的軸向調(diào)節(jié)裝置組成的轉動慣量測量機構；該轉動慣量測量機構通過由軸向調(diào)節(jié)桿和固定座組成的調(diào)節(jié)裝置安裝在機座上，位于兩彈簧之間的連接座通過連接件與承物盤相接。
本發(fā)明通過在一臺設備上完成物體質(zhì)心、形心、質(zhì)心偏離量以及轉動慣量測量的這一技術方案的實施，從根本上解決了質(zhì)心偏離量測量計算中質(zhì)心與形心測量基準不一致的缺陷，可使質(zhì)心偏離量的測量精度得以明顯地提高。另外，本發(fā)明的優(yōu)點還在于將天平原理(刀口技術)與旋轉結構有機結合，利用刀口副承受絕大部分重量，用小量程傳感器測量質(zhì)心偏量產(chǎn)生的微小變量，由于其量程小，也就使得質(zhì)心本身的測量精度得到明顯的提高。
附圖的圖面說明如下

圖1為本發(fā)明的主視圖(圖2的A-A旋轉剖視圖)。
圖2是圖1的B-B剖視圖。
圖3是圖2中轉動慣量測量機構的C-C剖視圖。
圖4是圖2的D-D局剖圖。
圖5是圖1中刀口副的部位的E-E局剖圖，本發(fā)明的一種實施方案。
圖6是圖1中刀口副的第二種實施方案的剖視圖。
圖7是圖1中刀口副的第三種實施方案的剖視圖。
本發(fā)明以下將結合實施例(附圖)作以詳細的描述，但并不限制本發(fā)明。
如圖1、2所示，本發(fā)明的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置包括通過同心、剛性的連接方式安裝在旋轉立軸(5)上的承物盤(1)，位于旋轉立軸(5)下端的中空軸式電機(18)，該電機(18)通過柱銷聯(lián)軸器(16)與旋轉立軸(5)的下端面相結合；在所述電機(18)的中空軸內(nèi)腔中穿裝有一與旋轉立軸(5)之間采用同軸心、剛性連接方式相結合的連接軸(19)，該連接軸(19)的下端連接有一用于轉角測量的光電編碼盤(20)，所述旋轉立軸(5)通過軸承(21)安裝在支承座(4)內(nèi)，支承座(4)通過固接在其外壁上的十字支撐臂架放在機座上；所述十字支撐臂是由位于同一水平軸線方向的兩根對稱設置的擺動支撐臂(6)和位于同一水平軸線方向的兩根對稱設置的傳感支撐臂(26)組成，且所述擺動支撐臂(6)的軸線和傳感支撐臂(26)的軸線位于同一水平面且垂直相交；所述兩根擺動支撐臂均通過位于其下方的由相互配合的具有弧形凹槽支撐塊(7)和具有楔形錐頂?shù)犊诘闹巫?8)構成的刀口副(如圖5所示)架放在機座(22)上，在兩根擺動支撐臂(6)上還設置有用于調(diào)節(jié)支承座高度的調(diào)節(jié)螺栓(10)和定位銷(9)，所述定位銷(9)下端與固定安裝在機座(22)上的定位塊(37)上加工出的定位銷孔(36)相配合，所述調(diào)節(jié)螺栓(10)的底面與上述定位塊(37)的頂面相接觸；兩根擺動支撐臂(6)末端各設置有一套由定位板(11)、通過其端部為錐形結構的連接軸(14)安裝在定位板(11)上且其軸線與刀口母線相平行的軸承(12)、與機座(22)相固接且夾持在所述軸承(12)兩側的側向限位塊(15)和與機座(22)相固接的位于連接軸(14)尖端位置處的軸向限位塊(13)組成的限位機構；本發(fā)明中的兩根傳感支撐臂(26)均通過與其相結合的位于其底面且垂直設置的定位連接板(25)、穿裝在定位連接板(25)上的定位銷(24)與安裝在機座(22)上的凸字形定位塊(23)相連接，位于凸字形定位塊(23)上方位置處的傳感支撐臂(26)上設置有一調(diào)節(jié)螺栓(27)，兩根傳感支撐臂(26)的端部均通過可調(diào)式觸桿(28)與安裝在機座(22)上的小量程測力傳感器(29)相連(如圖1、4所示)；在位于機座(22)一側的升降臂(3)上設置有用于測量位移的傳感器(2)。如圖2、3所示，在所述承物盤(1)下方兩對應側各設置有一套由連接座(33)、置于連接座(33)兩側并與其相連接的彈簧(31)、與兩彈簧(31)末端相結合的軸向調(diào)節(jié)裝置組成的轉動慣量測量機構；該轉動慣量測量機構通過由軸向調(diào)節(jié)桿(34)和固定座(30)組成的調(diào)節(jié)裝置安裝在機座(22)上，位于兩彈簧(31)之間的連接座(33)通過連接銷(32)與承物盤(1)相接。
本發(fā)明中所述的刀口副也可采用如圖6、圖7所示的結構來實現(xiàn)即采用由相互配合的具有平頂面結構的支撐塊(7)和具有楔形錐頂且其錐頂部為弧面結構的支撐座(8)構成；也可采用由頂面加工有V形槽的支撐座(8)、放置在V形槽內(nèi)的滾柱(35)以及與滾柱柱面相配合的其頂面為平面結構的支撐塊(7)構成。
用本發(fā)明的裝置進行質(zhì)心測量時，先將被測體安裝在承物盤(1)上，之后再分別將位于兩根擺動支撐臂(6)和兩根傳感支撐臂(26)上的調(diào)節(jié)螺栓(10)和(27)旋開，并將其上的定位銷(9)和(24)拔出，使得支承座(4)可靈活地繞刀口副母線擺動，此時啟動電機(18)，通過旋轉立軸(5)帶動被測體緩慢同步旋轉，隨著被測體旋轉角度的變化(其旋轉的角度由光電編碼盤(20)測得)，如果被測體的質(zhì)心不在旋轉軸心位置處，其質(zhì)心位置將會繞旋轉軸心做圓周運動(質(zhì)心位置相對于旋轉軸心的方位改變)，由于利用天平原理設置的刀口副反應非常靈敏，使得位于刀口母線相垂直設置的兩根傳感支撐臂(26)將會隨質(zhì)心位置的變化而繞刀口擺動(刀口母線與兩根對稱設置的擺動支撐臂軸線位于同一垂面且相平行)，與此同時，與傳感支撐臂(26)端部相連的測力傳感器(29)將會反應出對應的周期性力值變化量。如果被測體轉動一周，測力傳感器的讀數(shù)不變，則說明質(zhì)心正好位于旋轉軸心。如果被測體轉動一周，測力傳感器的讀數(shù)做周期性變化，根據(jù)讀數(shù)變化規(guī)律可得到質(zhì)心偏離旋轉軸心的方位和大小，通過承物盤(1)上已設計好的配平槽(配平槽距旋轉軸心的距離為已知定數(shù))進行配平，在質(zhì)心相反的方向配放一定量的配重，之后重復上述工作，直到旋轉一周后，測力傳感器的讀數(shù)變化量小到規(guī)定的值以下(該值根據(jù)測試精度要求而定)，此時認為測力傳感器的讀數(shù)不變，即配重物與被測體的綜合質(zhì)心在旋轉軸心。此時由全部配重物的質(zhì)量與方位角可計算出被測體的質(zhì)心位置，其計算原理是二者形成的力矩相等、方向相反。在測量過程中，如果測力傳感器的初始讀數(shù)不合適，則可通過對可調(diào)式觸桿(28)的調(diào)整，使其初始讀數(shù)適中，以滿足旋轉一周測量對量程的要求。另外擺動支撐臂(6)末端限位機構的設置，可起到有效地防止支承座(4)在測量過程中產(chǎn)生轉動或者位移的作用，以防影響測量的精確度。
用本發(fā)明的裝置進行形心測量時(形心測量的被測體僅限于旋轉體，即截面為圓形的物體)，分別將定位銷(9)和(24)插入定位塊的銷孔中，并將位于兩根擺動支撐臂(6)和兩根傳感支撐臂(26)上的調(diào)節(jié)螺栓(10)和(27)旋緊，使整個旋轉軸系定位，不能擺動，并將位于傳感支撐臂(26)端部的可調(diào)式觸桿(28)上旋，使其脫離測力傳感器(29)，以防測力傳感器損壞。之后通過調(diào)整位于機座(22)一側升降臂(3)的高度，使用于測量位移的傳感器(2)測頭與被測體表面相接觸或接近(接觸或接近被測體表面，取決于所用傳感器的特性)；此時啟動電機(18)，通過旋轉立軸(5)帶動被測體緩慢同步旋轉，隨著被測體旋轉角度的變化(其旋轉的角度由光電編碼盤(20)測得)，由測量位移的傳感器(2)測出被測體的半徑變化，然后通過數(shù)學計算得出該截面幾何形心相對于旋轉軸心的位置。
本發(fā)明的另一具有實用價值的應用是測量質(zhì)心相對于形心的偏離量，在通過上述方法準確測取質(zhì)心位置與形心位置后，質(zhì)心偏離量則很容易計算，因二者的測量基準均為同一旋轉軸心，所以得到的質(zhì)心偏離量結果是可靠的。而現(xiàn)有技術的質(zhì)心測量基準則是通過三個或多個稱重傳感器的幾何中心的重力軸，形心測量基準則是通過旋轉軸心，由于基準不同，所得到的質(zhì)心偏離量結果自然也是不可靠的。
用本發(fā)明的裝置進行轉動慣量測量時，通過連接銷(32)以及與連接銷下端螺紋相配合的螺母將承物盤(1)與轉動慣量測量機構相接，再通過調(diào)節(jié)與兩彈簧(31)末端相結合的軸向調(diào)節(jié)裝置，給予兩彈簧(31)一定的預拉量，使兩對對稱分布的兩組彈簧與被測體以及旋轉軸系之間構成一個近似的簡諧圓周振動系統(tǒng)。在給定一個初始轉角后，該系統(tǒng)將作簡諧圓周振動，測出系統(tǒng)的振動周期，根據(jù)此周期與系統(tǒng)的剛度系數(shù)可以計算出其轉動慣量值。而剛度系數(shù)可用已有理論值的物體放在承物盤，待測取其周期后計算出系統(tǒng)的剛度系數(shù)。
權利要求
1.一種用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，它包括通過同心、剛性的連接方式相結合的承物盤(1)和旋轉立軸(5)，安裝在旋轉立軸(5)下端的動力機構，其特征在于所述旋轉立軸(5)通過固接在支承座(4)上的十字支撐臂架放在機座(22)上；所述十字支撐臂是由位于同一水平軸線方向的兩根對稱設置的擺動支撐臂(6)和位于同一水平軸線方向的兩根對稱設置的傳感支撐臂(26)組成；所述擺動支撐臂(6)通過刀口副架放在機座(22)上，所述傳感支撐臂(26)通過傳感元件(29)與機座(22)相連；在位于機座(22)一側的升降臂(3)上設置有用于測量位移的傳感器(2)；所述旋轉立軸(5)上連接有一角度測量元件(20)。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于組成十字支撐臂的擺動支撐臂(6)的軸線和傳感支撐臂(26)的軸線位于同一水平面且垂直相交。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于所述刀口副是由相互配合的具有弧形凹槽支撐塊(7)和具有楔形錐頂?shù)犊诘闹巫?8)構成。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于所述刀口副是由相互配合的平面支撐塊(7)和具有楔形錐頂且其錐頂部為弧面結構的支撐座(8)構成。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于所述刀口副是由頂面加工有V形槽的支撐座(8)、放置在V形槽內(nèi)的滾柱以及與滾柱柱面相配合的其頂面為平面結構的支撐塊(7)構成。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于用于驅動旋轉立軸(5)運轉的動力機構為中空軸式電機(18)，在所述電機(18)中空軸的內(nèi)腔中穿裝有一與旋轉立軸(5)之間采用同軸心、剛性連接方式相結合的連接軸(19)，該連接軸(19)的下端連接有一用于轉角測量的光電編碼盤(20)。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于所述擺動支撐臂(6)上設置有用于調(diào)節(jié)支承座(4)高度的調(diào)節(jié)螺栓(10)和定位銷(9)；該定位銷(9)與固定安裝在機座(22)上的定位塊(37)上加工出的定位銷孔(36)相配合，所述調(diào)節(jié)螺栓(10)的底面與上述定位塊(37)的頂面相接觸；在擺動支撐臂(6)末端設置有一由定位板(11)、通過其端部為錐形結構的連接軸(14)安裝在定位板(11)上且其軸線與刀口母線相平行的軸承(12)、與機座(22)相固接且夾持在所述軸承(12)兩側的側向限位塊(15)和與機座(22)相固接的位于連接軸(14)尖端位置處的軸向限位塊(13)組成的限位機構。
8.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于所述傳感支撐臂(26)通過與其相結合的位于其底面且垂直設置的定位連接板(25)、穿裝在定位連接板(25)上的定位銷(24)與安裝在機座(22)上的定位塊(23)相連接，位于定位塊(23)上方位置處的傳感支撐臂(26)上設置有一調(diào)節(jié)螺栓(27)；傳感支撐臂(26)的端部通過可調(diào)式觸桿(28)與傳感元件(29)相接觸。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于在所述承物盤(1)下方兩對應側各設置有一套由連接座(33)、置于連接座(33)兩側的彈簧(31)、與兩彈簧(31)末端相結合的軸向調(diào)節(jié)裝置組成的轉動慣量測量機構；該轉動慣量測量機構通過由軸向調(diào)節(jié)桿(34)和固定座(30)組成的調(diào)節(jié)裝置安裝在機座(22)上，位于兩彈簧(31)之間的連接座(33)通過連接件(32)與承物盤(1)相接。
10.根據(jù)權利要求1或8所述的用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置，其特征在于所述傳感元件(29)為測力傳感器或位移傳感器。
全文摘要
一種用于測量物體質(zhì)心、形心和質(zhì)心偏離量的測量裝置,包括通過結合物相結合的承物盤(1)和旋轉立軸(5),旋轉立軸(5)通過固接在支承座(4)上的十字支撐臂架放在機座(22)上;十字支撐臂是由兩根對稱設置的擺動支撐臂(6)和兩根對稱設置的傳感支撐臂(26)組成;所述擺動支撐臂(6)通過刀口副架放在機座(22)上,所述傳感支撐臂(26)通過傳感元件(29)與機座(22)相連;機座(22)上設置有帶有傳感器(2)的升降臂(3);所述旋轉立軸(5)上連接有一角度測量元件(20)。
文檔編號G01M1/00GK1336539SQ0011592
公開日2002年2月20日 申請日期2000年7月28日 優(yōu)先權日2000年7月28日
發(fā)明者李祥云, 費星如, 盧志輝, 孫志揚, 唐新成, 葛靜 申請人:機械工業(yè)部鄭州機械研究所