一種利用磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種利用磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量裝置，屬于力學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。磁懸浮球殼轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)是由內(nèi)帶圓柱形永磁體的球體和通電線圈的底座或勻強(qiáng)強(qiáng)永磁體底座組成；可對(duì)球體、圓柱體、圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行磁浮轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)量。磁懸浮圓柱形轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)是由圓柱形永磁體和通電線圈的底座或勻強(qiáng)強(qiáng)永磁體底座組成，可對(duì)圓柱體、細(xì)圓桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)量。若將小圓柱放置在球上不同（預(yù)設(shè)對(duì)稱的）位置的柱狀淺孔或圓柱形泡沫的柱形淺槽中可驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平行軸定理；通過(guò)測(cè)量剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和角加速度，計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量守恒定理；還可求得轉(zhuǎn)動(dòng)中的空氣阻尼系數(shù)。測(cè)量的準(zhǔn)確度高。
【專利說(shuō)明】一種利用磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種利用磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，屬于力學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量是重要的力學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)既要測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也要驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平行軸定理。常用的實(shí)驗(yàn)方法有:扭擺法、三線擺法、氣浮轉(zhuǎn)動(dòng)法；這些實(shí)驗(yàn)方法都存在與轉(zhuǎn)動(dòng)件有接觸性的阻力矩，影響到測(cè)量的準(zhǔn)確度。
[0003]上述三種實(shí)驗(yàn)方法中都有中間接觸體，其中，只有氣浮轉(zhuǎn)動(dòng)的氣流接觸阻力矩相對(duì)較小，但是不可避免；而且阻力矩難以精密測(cè)量。因此需要設(shè)計(jì)制作除了空氣阻力外的無(wú)接觸性阻力矩的懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是在轉(zhuǎn)動(dòng)中僅僅存在克服微小空氣阻力矩的懸浮式轉(zhuǎn)動(dòng)；并可求得空氣阻尼系數(shù)。
[0004]上述扭擺法、三線擺法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的公式是從測(cè)量諧振周期時(shí)間經(jīng)公式計(jì)算得擺件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；氣浮轉(zhuǎn)動(dòng)法可從測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角參數(shù)經(jīng)公式計(jì)算獲得轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；而真正利用無(wú)接觸性阻力矩的磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)法進(jìn)行測(cè)量來(lái)獲得轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)裝置卻沒(méi)有，故需要可在無(wú)外動(dòng)力施加的情況下測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和角加速度值求得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是一種利用磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是基于轉(zhuǎn)動(dòng)中所受空氣阻尼力矩極小的磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度和角加速度及約定角位移所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，獲得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；并可驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平行軸定理、轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量守恒定理的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0007]本發(fā)明的目的是可通過(guò)測(cè)量磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)件在無(wú)外動(dòng)力施加磁懸浮平臺(tái)而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角加速度；測(cè)得轉(zhuǎn)動(dòng)輸出特性曲線。
[0008]本發(fā)明的目的是基于無(wú)外動(dòng)力施加而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受空氣阻尼力矩極小的磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)測(cè)量其在無(wú)外動(dòng)力施加(待細(xì)繩脫離磁浮球或者單擺的小球正碰磁浮平臺(tái)上的檔光桿后)而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度和角加速度的衰減值；可獲得轉(zhuǎn)動(dòng)中的空氣阻尼系數(shù)。
[0009]本發(fā)明提出的一種利用磁浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，是基于可精密測(cè)量磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)件在無(wú)外動(dòng)力施加而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度值；測(cè)量過(guò)程中僅有的空氣阻尼力矩極小，測(cè)量準(zhǔn)確度高；磁浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)靈敏度高響應(yīng)速度快。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1所示是組成本發(fā)明的一種利用磁懸浮球轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置。
[0011]圖2所示是組成本發(fā)明的一種利用單擺小球正碰磁懸浮平臺(tái)上的檔光桿引起磁浮件轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。
[0012]圖3所示是組成一種利用磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量裝置的各轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)件。
[0013]圖4所示為運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀的實(shí)物圖，用于記錄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度值。
[0014]具體實(shí)驗(yàn)方法
方法1:如圖1所示、圖3所示，將底座通電(對(duì)非勻強(qiáng)強(qiáng)永磁體的底座)(2)，將塑膠球(球殼)(3)磁懸浮于底座的正上方；使之處于水平靜態(tài)；調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀歸零，使得相互成Θ角的二片擋光片(9)能經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的二個(gè)光電門(mén)；將系有砝碼盤(pán)(8)的細(xì)繩(5)跨過(guò)定滑輪(6)，細(xì)繩的另一端扣在磁浮球下半球的活孔中。
[0015]方法2:如圖2所示、圖3所示，將底座通電(對(duì)非勻強(qiáng)強(qiáng)永磁體的底座)(2)，將塑膠球殼內(nèi)的永磁體(15)磁懸浮于底座的正上方；使之處于水平靜態(tài)；調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀歸零，使得相互成Θ角的二片擋光片(9)能經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的二個(gè)光電門(mén)。然后將單擺小球(13)從磁浮球上的檔光桿高度拉直到水平方向上的電磁鐵(14)吸住。
[0016]方法1:輕輕釋放砝碼盤(pán)，待細(xì)繩脫離磁浮球時(shí)，按下運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀的執(zhí)行鍵；進(jìn)行測(cè)量。
[0017]方法2:按下電磁鐵開(kāi)關(guān)，釋放單擺小球，待小球與檔光桿正碰后，記錄小球碰撞后的上升高度；然后按下運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀的執(zhí)行鍵；進(jìn)行測(cè)量。
[0018]記錄二片擋光片之間的角度Θ和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀中所設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω和角加速度β值。
[0019]根據(jù)方法I的公式，計(jì)算磁浮球水平時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jtl，磁浮球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為Itl=Zmr2A ;其中r是磁浮球的半徑，Hi0是磁浮球的質(zhì)量。測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)件在有空氣阻力矩
時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，測(cè)量公式為
【權(quán)利要求】
1.一種利用磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，測(cè)量系統(tǒng)的特征(如圖1所示)包含: 內(nèi)部安裝通電線圈的底座(或是勻強(qiáng)強(qiáng)永磁體的底座)(2 )。
2.所述磁懸浮球體(殼體)平臺(tái)(如圖1和圖2所示的方法I);內(nèi)部安裝永磁體的球殼體(3);其磁極性與底座的磁極性同極性面對(duì)時(shí)球體懸浮。
3.塑膠球殼由二個(gè)半球組成，球體可固定；上半球部有9個(gè)對(duì)稱的小圓柱形淺孔(4)。
4.下半球的圓周邊部有4個(gè)相互間的角度Θ為45°、90°、180°的淺插糟，用以內(nèi)插二片U型擋光片(9)。
5.所述球殼體既是磁浮轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)又是測(cè)球形轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)件；松開(kāi)砝碼盤(pán)(8)(方法1)，待細(xì)繩脫離磁浮球平臺(tái)后，按下記錄儀；測(cè)試轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度及約定角位移所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。
6.所述圓柱形永磁體磁浮平臺(tái)(如圖2和圖3所示中的方法2);按下電磁鐵開(kāi)關(guān)，記錄單擺小球(13)正碰磁懸浮平臺(tái)(3)、(15)上的檔光桿后上升的高度，按下運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀；記錄轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度及約定角位移所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。
7.代入二種實(shí)驗(yàn)方法中各自的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量公式，計(jì)算得到各轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
8.所述方法I中的光滑的軟而無(wú)伸縮的特種細(xì)繩(5)，其一端系在砝碼盤(pán)上，另一端插在下半球邊部的扣孔中，細(xì)繩與下半球的接觸處有淺紋槽；細(xì)繩與扣孔相切時(shí)細(xì)繩可脫離。
9.細(xì)繩跨過(guò)定滑輪(6);定滑輪通過(guò)固定支架(7 )固定在測(cè)試臺(tái)(I)邊。
10.所述方法2中的單擺小球(13)被水平拉直，恰好能被電磁鐵(14)吸住；單擺小球自由下落的最低點(diǎn)是與磁浮球平臺(tái)或圓柱形磁懸浮平臺(tái)上的檔光桿發(fā)生正碰的位置。
11.鋁質(zhì)(或塑膠)圓環(huán)(11)和鋁質(zhì)(或塑膠)小圓柱(10)為測(cè)量各轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)件；長(zhǎng)、短型小圓柱的直徑相同。
12.所述圓環(huán)是測(cè)量圓環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，圓環(huán)被安置在磁浮球的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上；按照5進(jìn)行測(cè)量。
13.所述小圓柱是測(cè)量圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平行軸定理，小圓柱將被安置在磁浮球的圓柱形淺孔或方法2中泡沫圓柱體(16)的柱形淺槽上；按照5進(jìn)行測(cè)量。
14.所述細(xì)桿是測(cè)量圓桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將細(xì)圓桿橫置在方法2中泡沫圓柱體(16)的中間小孔上，按照5進(jìn)行測(cè)量。
15.記錄儀為運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試儀(如圖4所示)；可記錄時(shí)間，角速度，角加速度。
【文檔編號(hào)】G01M1/10GK103808461SQ201210456481
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】陳均鈞 申請(qǐng)人:陳均鈞