專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量設(shè)備，具體說是涉及一種用于測量物體質(zhì)量、三維質(zhì) 心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
物體的質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量多用于各類飛行物體的質(zhì)量 特性參數(shù)測量，這些參數(shù)的準(zhǔn)確測量為物體飛行姿態(tài)模擬和理論計(jì)算提供重 要的基礎(chǔ)參數(shù)，同時(shí)這些參數(shù)也是航空航天、武器系統(tǒng)、工程機(jī)械等領(lǐng)域許 多零部件和產(chǎn)品的重要評價(jià)參數(shù)。
目前，物體質(zhì)量的測量多采用三個(gè)以上的稱重傳感器直接測量，取所有的 傳感器讀數(shù)之和即可。質(zhì)心的測量方式依據(jù)被測對象的外形、測量精度要求， 采用的測量方式差異很大，主體結(jié)構(gòu)部分包括立式、臥式、傳感器直接測量、 刀口結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)傳感器結(jié)構(gòu)等等。與本發(fā)明結(jié)構(gòu)相近的屬于臥式結(jié)構(gòu)，其橫
向質(zhì)心y。和z。的測量通過滾輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動產(chǎn)品轉(zhuǎn)動一周進(jìn)行動態(tài)測量而得到， 軸向質(zhì)心x。的測量是由稱重傳感器讀數(shù)和幾何尺寸直接計(jì)算得到的。
當(dāng)前三維轉(zhuǎn)動慣量的測量是通過水平工裝和豎直工裝來改變被測產(chǎn)品相 對于測量設(shè)備的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)的， 一般需要2-3套工裝共同完成，分別由1-2套 水平工裝測量Jy和Jz，豎直工裝測量Jx。
臥式結(jié)構(gòu)對于圓柱體外形的被測產(chǎn)品，可以通過上述方法進(jìn)行三維質(zhì)心 和三維轉(zhuǎn)動慣量測量，只是對于轉(zhuǎn)動慣量測量時(shí)需要2-3套工裝和產(chǎn)品多次 吊裝，造價(jià)高，效率低。對于外形不是圓柱體的情況下，由于無法由滾輪驅(qū) 動，其質(zhì)心測量也需2套工裝和2次吊裝，此時(shí)要實(shí)現(xiàn)一次吊裝裝卡完成全 部三維測量，必須采用L支架，由L支架上的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動產(chǎn)品繞水平轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。 但此結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)質(zhì)心三維測量，無法實(shí)現(xiàn)繞水平軸的圓周擺動來測量轉(zhuǎn)動
實(shí)現(xiàn)三維測量的主要障礙是解決測量質(zhì)心時(shí)必須繞水平軸旋轉(zhuǎn)一周，測
3量轉(zhuǎn)動慣量時(shí)必須進(jìn)行在扭桿驅(qū)動下的繞水平軸的圓周擺動。
綜上所述，目前通過一次吊裝可以實(shí)現(xiàn)三維質(zhì)心和一維轉(zhuǎn)動慣量的測量， 但若是要進(jìn)行三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量，至少要兩套工裝才能完成， 并且需要進(jìn)行工裝的起吊轉(zhuǎn)換，產(chǎn)品的重新放置定位，這樣不但操作繁瑣而 且費(fèi)時(shí)費(fèi)工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供--種用 于測量物體質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量機(jī)構(gòu)。 本發(fā)明的目的可采用下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)
本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量機(jī)構(gòu)包括在其中 心部位設(shè)置有旋轉(zhuǎn)立軸的機(jī)座，安裝在旋轉(zhuǎn)立軸上端的支撐托板，環(huán)繞支撐 托板底面周邊設(shè)置的三組稱重傳感器，通過連接件安裝在支撐托板上的L支 架；在L支架的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅(qū)動及換檔機(jī)構(gòu)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)橫 軸、以及以與旋轉(zhuǎn)橫軸相平行設(shè)置的從動軸，在旋轉(zhuǎn)橫軸上安裝有由扇形齒 輪和全齒齒輪組成的與從動軸上的從動齒輪相嚙合的雙聯(lián)齒輪，該雙聯(lián)齒輪 可以通過撥叉在旋轉(zhuǎn)橫軸上自由滑動；在從動軸的軸端有用于安裝測量產(chǎn)品 的連接工裝和另一端有用于使其產(chǎn)生擺動的扭桿機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明中所述的立梁上安裝有用于測量從動軸作周向擺動的副周期測量 裝置；所述L支架的水平橫梁與機(jī)座頂面之間設(shè)置有用于L支架升降的液壓 升降機(jī)構(gòu)和用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)心與慣量狀態(tài)相互切換的墊板。
本發(fā)明在支撐托板與機(jī)座頂面之間設(shè)置有用于驅(qū)動支撐托板擺動的慣量 撥動組件和用于測量支撐托板擺動周期的主周期測量裝置；在旋轉(zhuǎn)立軸下端 設(shè)置有可使L支架在支撐托板上通過旋轉(zhuǎn)立軸進(jìn)行周期擺動的扭桿及快速夾 持機(jī)構(gòu)；在L支架的水平橫梁上設(shè)有輔助支撐和配重。
本發(fā)明以機(jī)座、L支架為基礎(chǔ)，通過安裝在機(jī)座臺面上的三組稱重傳感器 組件、液壓升降機(jī)構(gòu)和墊板，可使轉(zhuǎn)動慣量測量狀態(tài)與質(zhì)心測量狀態(tài)進(jìn)行相 互切換，同時(shí)L支架通過雙聯(lián)齒輪，依據(jù)測量需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量測量狀態(tài)(扇 形擺動狀態(tài))質(zhì)心測量狀態(tài)(旋轉(zhuǎn)一周狀態(tài))進(jìn)行相互切換。在質(zhì)心測量狀態(tài)下，根據(jù)三組稱重傳感器讀數(shù)和幾何尺寸，即可直接計(jì)算出軸向質(zhì)心X。， 而橫向質(zhì)心y。和Z。的測量是由驅(qū)動與換檔機(jī)構(gòu)上的全齒齒輪B帶動從動軸作 周向旋轉(zhuǎn)帶動產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)一周進(jìn)行動態(tài)采集一組數(shù)據(jù)，并采用特殊的數(shù)學(xué)處理 手段求得的。產(chǎn)品的質(zhì)量可直接根據(jù)三組稱重傳感器讀數(shù)求出。在轉(zhuǎn)動慣量 測量狀態(tài)下，首先通過旋轉(zhuǎn)立軸的圓周擺動進(jìn)行二維轉(zhuǎn)動慣量測量，在水平
軸處于Y相位時(shí)完成一維測量，旋轉(zhuǎn)90度后進(jìn)行Z相位轉(zhuǎn)動慣量測量。然后 將水平轉(zhuǎn)軸切換至擺動狀態(tài)，通過水平轉(zhuǎn)軸的圓周擺動測量X相位轉(zhuǎn)動慣量。 至此就完成了質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量。
本發(fā)明的有益效果如下
由于本發(fā)明將三維質(zhì)心測量和三維轉(zhuǎn)動慣量測量，在設(shè)計(jì)上采取L支架結(jié) 構(gòu)，并在L支架結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了能夠進(jìn)行一周旋轉(zhuǎn)和扇形圓周擺動的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)， 從而實(shí)現(xiàn)一次吊裝完成所有項(xiàng)目的測量內(nèi)容的目的。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1的左視圖。 圖3為撤去L支架后的俯視圖。 圖4為L支架立梁上局部視圖。 圖5為驅(qū)動及換檔機(jī)構(gòu)視圖。 圖6為圖5的D-D剖視圖。 圖7為圖5的C-C剖視圖。
圖中序號l機(jī)座，2三個(gè)用于測量質(zhì)心的稱重傳感器，3液壓升降機(jī)構(gòu)， 4L支架，5全齒齒輪B， 6驅(qū)動及換檔機(jī)構(gòu)，7扭桿，8從動軸，9連接工裝， IO輔助支撐，ll配重，12墊板，13支撐托板，14旋轉(zhuǎn)立軸，15支撐座，16 扭桿及快速夾持機(jī)構(gòu)，17慣量撥動組件，18從動齒輪，19扇形齒輪A， 20旋 轉(zhuǎn)橫軸，21主周期測量裝置，22副周期測量裝置，23撥叉，24稱重頂尖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述如圖l、圖2所示，本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測 量機(jī)構(gòu)包括在其中心部位設(shè)置有旋轉(zhuǎn)立軸14的機(jī)座1，安裝在旋轉(zhuǎn)立軸上端
的支撐托板13，環(huán)繞支撐托板底面周邊設(shè)置的三組稱重傳感器2，通過連接 件安裝在支撐托板上的L支架4;在L支架的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅(qū) 動及換檔機(jī)構(gòu)6驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)橫軸20、以及以與旋轉(zhuǎn)橫軸相平行設(shè)置的從動軸 8，在旋轉(zhuǎn)橫軸20上安裝有由扇形齒輪A19和全齒齒輪B5組成的與從動軸8 上的從動齒輪18相嚙合的雙聯(lián)齒輪(參見圖5圖6、圖7)，該雙聯(lián)齒輪可以 通過撥叉23在旋轉(zhuǎn)橫軸20上自由滑動；在從動軸8的軸端有用于安裝測量 產(chǎn)品的連接工裝9和另一端有用于使其產(chǎn)生擺動的扭桿機(jī)構(gòu)7;所述的立梁上 安裝有用于測量從動軸8作周向擺動的副周期測量裝置22 (參見圖4)。
如圖l、圖2、圖3所示，本發(fā)明中所述L支架4的水平橫梁與機(jī)座1頂 面之間設(shè)置有用于L支架4升降的液壓升降機(jī)構(gòu)3和用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)心與慣量狀 態(tài)相互切換的墊板12 (即慣量測量時(shí)通過液壓升降機(jī)構(gòu)3頂起L支架4，在 支撐托板13上裝入墊板12，而后降落液壓升降機(jī)構(gòu)3，使L支架完全落在支 撐托板13的墊板12上，便將測量機(jī)構(gòu)由質(zhì)心狀態(tài)切換到了慣量測量狀態(tài)； 質(zhì)心測量時(shí)則是通過液壓升降機(jī)構(gòu)3頂起L支架4，撤除墊板12，而后通過 液壓升降機(jī)構(gòu)3將L支架4完全落在三組稱重傳感器2上便可進(jìn)行質(zhì)心測量)； 在支撐托板13與機(jī)座1頂面之間設(shè)置有用于驅(qū)動支撐托板13擺動的慣量撥 動組件17和用于測量支撐托板擺動周期的主周期測量裝置21;在旋轉(zhuǎn)立軸 14下端設(shè)置有可使L支架4在支撐托板13上通過旋轉(zhuǎn)立軸14進(jìn)行周期擺動 的扭桿及快速夾持機(jī)構(gòu)16;在L支架4的水平橫梁上設(shè)有輔助支撐10和配重 11。
本發(fā)明的工作原理如下
質(zhì)量測量將產(chǎn)品吊裝在連接工裝9上，通過以一定幾何形狀分布在機(jī)座
U)上的三個(gè)用于測量質(zhì)心的稱重傳感器2，直接測量出產(chǎn)品的重量G， G=wl+w2+w3，式中wl、 w2、 w3分別為三組稱重傳感器2的實(shí)際讀數(shù)。由物理 公式n^G/g，式中m-產(chǎn)品質(zhì)量，G-產(chǎn)品重量，g-常數(shù)取為9. 8 N/kg。
質(zhì)心測量包括橫向質(zhì)心y。、 z。和軸向質(zhì)心x。的測量，通過液壓升降機(jī)構(gòu) 3和撤除墊板12將L支架4切換到質(zhì)心測量狀態(tài)，g卩L支架放置在以一定幾何形狀分布的三組稱重傳感器2上，而與L支架以外的其它部件全部脫開。 根據(jù)三組稱重傳感器2讀數(shù)和幾何尺寸，即可直接計(jì)算出軸向質(zhì)心x。，而橫 向質(zhì)心y。和z。的測量是由驅(qū)動及換檔機(jī)構(gòu)6上的全齒齒輪B5帶動從動軸8作 周向旋轉(zhuǎn)帶動產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)一周并進(jìn)行動態(tài)采集一組數(shù)據(jù)，對此數(shù)據(jù)采用特殊的 數(shù)學(xué)處理手段求得的。
轉(zhuǎn)動慣量測量包括橫向轉(zhuǎn)動慣量Jy、 Jz和軸向轉(zhuǎn)動慣量Jx的測量，通 過液壓升降機(jī)構(gòu)3頂起L支架4，在支撐托板13上裝入墊板12;而后降落液 壓升降機(jī)構(gòu)3，使L支架完全落在支撐托板13的墊板12上，便將測量機(jī)構(gòu)由 質(zhì)心狀態(tài)切換到了慣量測量狀態(tài)。通過慣量撥動組件17驅(qū)動支撐托板13發(fā) 生擺動，支撐托板13連接于旋轉(zhuǎn)立軸14，旋轉(zhuǎn)立軸14作用于支撐座15內(nèi)， 支撐座15與機(jī)座1通過螺栓連接，旋轉(zhuǎn)立軸14下端與扭桿及快速夾持機(jī)構(gòu) 16連接，扭桿及快速夾持機(jī)構(gòu)16可使L支架4在支撐托板13上通過旋轉(zhuǎn)立 軸14進(jìn)行周期擺動，其擺動的周期可有主周期測量裝置21測得，在旋轉(zhuǎn)立 軸14與旋轉(zhuǎn)橫軸20的相互作用下，由現(xiàn)已成熟的技術(shù)周期與轉(zhuǎn)動慣量的關(guān) 系可以得到二維轉(zhuǎn)動慣量Jy和Jz (即在水平從動軸8處于Y相位時(shí)，可以 通過所測的周期求得一維轉(zhuǎn)動慣量Jy，而后使水平從動軸8旋轉(zhuǎn)到90度的Z 相位處，以同樣的測量方法便可求得轉(zhuǎn)動慣量Jz)。將產(chǎn)品通過連接工裝9連 接到L支架4立梁上，若產(chǎn)品的長度較長或重量較重，考慮到安全因素，在L 支架4的橫梁上設(shè)有輔助支撐10和配重11，輔助支撐10可以根據(jù)產(chǎn)品的尺 寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，配重ll可以依據(jù)產(chǎn)品的重量進(jìn)行選配，以使L支架兩端 平衡。轉(zhuǎn)動慣量Jx的測量是在L支架4的立梁上完成的，通過由蝸輪蝸桿組 成的驅(qū)動及換檔機(jī)構(gòu)6帶動旋轉(zhuǎn)橫軸20旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)橫軸20上作用著由扇 形齒輪A 19和全齒齒輪B 5組成的雙聯(lián)齒輪，雙聯(lián)齒輪可以通過撥叉23在 旋轉(zhuǎn)橫軸20上自由滑動。當(dāng)全齒齒輪B 5與從動齒輪18嚙合時(shí)，從動軸8 帶動連接工裝9及其產(chǎn)品一起作周向旋轉(zhuǎn)，如橫向質(zhì)心y。和z。的測量就是靠 此操作實(shí)現(xiàn)的(而此時(shí)扭桿7與從動軸8處于脫離狀態(tài))。當(dāng)扇形齒輪A19與 從動齒輪18嚙合時(shí)，扇形齒輪A 19撥動從動軸8后與其脫離并使從動軸8 作周向擺動，擺動周期可以由L支架4立梁上的副周期測量裝置22測出，依 據(jù)擺動周期與轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)系便可得出轉(zhuǎn)動慣量Jx (此時(shí)扭桿7與從動軸8
7處于連接狀態(tài)，能使從動軸8作復(fù)擺運(yùn)動；并且此時(shí)L支架4通過液壓升降
機(jī)構(gòu)3已脫離了支撐托板13，使其作用于機(jī)座1的稱重傳感器2上)。另外扇 形齒輪A 19撥動的角度可根據(jù)測量的產(chǎn)品而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)選取。
至此，當(dāng)產(chǎn)品通過連接工裝9連接到L支架4上時(shí)，其質(zhì)量、三維質(zhì)心 和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量根據(jù)上述操作方法，便可以實(shí)現(xiàn)一次吊裝完成所有項(xiàng) 目的測量。
權(quán)利要求
1、一種用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量機(jī)構(gòu)，其特征在于所述測量機(jī)構(gòu)包括在其中心部位設(shè)置有旋轉(zhuǎn)立軸(14)的機(jī)座(1)，安裝在旋轉(zhuǎn)立軸上端的支撐托板(13)，環(huán)繞支撐托板底面周邊設(shè)置的三組稱重傳感器(2)，通過連接件安裝在支撐托板上的L支架(4)；在L支架(4)的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅(qū)動及換檔機(jī)構(gòu)(6)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)橫軸(20)、以及以與旋轉(zhuǎn)橫軸相平行設(shè)置的從動軸(8)，在旋轉(zhuǎn)橫軸(20)上安裝有由扇形齒輪A(19)和全齒齒輪B(5)組成的與從動軸(8)上的從動齒輪(18)相嚙合的雙聯(lián)齒輪，該雙聯(lián)齒輪可以通過撥叉(23)在旋轉(zhuǎn)橫軸(20)上自由滑動；在從動軸(8)的軸端有用于安裝測量產(chǎn)品的連接工裝(9)；另一端安裝有扭桿機(jī)構(gòu)(7)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量機(jī)構(gòu)，其特征在于在立梁上安裝有用于 測量從動軸(8)作周向擺動的副周期測量裝置(22)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量機(jī)構(gòu)，其特征在于所述L支架(4)的 水平橫梁與機(jī)座(1)頂面之間設(shè)置有用于L支架(4)升降的液壓升降機(jī)構(gòu)(3)和用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)心與慣量狀態(tài)相互切換的墊板(12)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量機(jī)構(gòu)，其特征在于在支撐托板(13)與 機(jī)座(1)頂面之間設(shè)置有用于驅(qū)動支撐托板(13)擺動的慣量撥動組件(17) 和用于測量支撐托板擺動周期的主周期測量裝置(21)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量機(jī)構(gòu)，其特征在于在旋轉(zhuǎn)立軸(14)下 端設(shè)置有可使L支架(4)在支撐托板(13)上通過旋轉(zhuǎn)立軸(14)進(jìn)行周期 擺動的扭桿及快速夾持機(jī)構(gòu)(16)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量機(jī)構(gòu)，其特征在于在L支架(4)的水 平橫梁上設(shè)有輔助支撐(10)和配重(11)。
全文摘要
一種用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、三維質(zhì)心和三維轉(zhuǎn)動慣量的測量機(jī)構(gòu)，其特征在于所述測量機(jī)構(gòu)包括在其中心部位設(shè)置有旋轉(zhuǎn)立軸(14)的機(jī)座(1)，安裝在旋轉(zhuǎn)立軸上端的支撐托板(13)，環(huán)繞支撐托板底面周邊設(shè)置的三組稱重傳感器(2)，通過連接件安裝在支撐托板上的L支架(4)；在L支架的立梁上通過由蝸輪蝸桿組成的驅(qū)動及換檔機(jī)構(gòu)(6)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)橫軸(20)、以及以與旋轉(zhuǎn)橫軸相平行設(shè)置的從動軸(8)，在旋轉(zhuǎn)橫軸上安裝有由扇形齒輪A(19)和全齒齒輪B(5)組成的與從動軸(8)上的從動齒輪(18)相嚙合的雙聯(lián)齒輪，該雙聯(lián)齒輪可以通過撥叉(23)在旋轉(zhuǎn)橫軸上自由滑動；在從動軸(8)的軸端有用于安裝測量產(chǎn)品的連接工裝(9)，另一端安裝有扭桿機(jī)構(gòu)(7)。
文檔編號G01M1/10GK101561335SQ200910065038
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者盧志輝, 孫志揚(yáng), 張磊樂, 游廣飛, 悅 薄, 費(fèi)星如 申請人:鄭州機(jī)械研究所