一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法及裝置，屬于力學(xué)特性領(lǐng)域。將待測(cè)回轉(zhuǎn)體與測(cè)量設(shè)備相連；安裝1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)慣量盤，時(shí)間同步系統(tǒng)控制開始執(zhí)行第一次落體實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄位移數(shù)據(jù)；更換2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)慣量盤，時(shí)間同步系統(tǒng)控制開始執(zhí)行第二次落體實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)再次記錄位移數(shù)據(jù)；通過(guò)兩次位移數(shù)據(jù)分別計(jì)算相同速度時(shí)刻的角加速度，進(jìn)而獲得被測(cè)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本發(fā)明解決了落體法中速度與載荷因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量重復(fù)性與精度。
【專利說(shuō)明】一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及力學(xué)特性領(lǐng)域，具體涉及一種在線測(cè)試回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法及裝置，適用于測(cè)量不便從工作環(huán)境中拆卸或者已完成裝配的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
【背景技術(shù)】
[0002]在精密儀器、工程機(jī)械、武器系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是影響零部件和系統(tǒng)工作特性的重要參數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)中慣性大小的量度，它與剛體的總質(zhì)量、形狀和轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。對(duì)于形狀較復(fù)雜的剛體或者回轉(zhuǎn)系統(tǒng)比如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、汽車離合器，用數(shù)學(xué)方法計(jì)算它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常困難，因而多用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試方法有:復(fù)擺法、三線扭擺法、單擺法、扭振法，上述方法屬于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量離線測(cè)試方法，即測(cè)量時(shí)需將被測(cè)物從所在工作系統(tǒng)中拆卸并安裝在相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行測(cè)試。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，很多回轉(zhuǎn)體不便從所處系統(tǒng)中拆卸，離線測(cè)試方法因而受到限制。
[0003]落體法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)由重物直接或間接拖動(dòng)被測(cè)回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，根據(jù)重物的下落過(guò)程中的加速度值計(jì)算待測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，此方法適合在線測(cè)量已裝配完成的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值。
[0004]為消除下落過(guò)程中阻力矩的影響，傳統(tǒng)落體法采用兩次不同加速度的落體方程做差進(jìn)行消元，從而得到較為精確的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，其計(jì)算步驟如下:
[0005]假設(shè)待測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I，重物質(zhì)量為Hi1, R為繞線半徑，f0為阻力矩，β !為下落的角加速度，那么系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)方程為:
[0006]I^1= IH^R-Hi1 β(I)
[0007]將上述質(zhì)量為Hi1的重物更換成質(zhì)量為m2的重物，其它條件保持不變，可以得到新的轉(zhuǎn)動(dòng)方程:
[0008]I β 2 = m2gR-m2 β 2R2-f0 (2)
[0009]其中:β 2為第二次下落的加速度。
[0010]將公式⑴和公式⑵做差消去摩擦阻力矩&可以得到待測(cè)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:
[0011]I Jm'二 m'.2(3
P, -A
[0012]以上為傳統(tǒng)落體法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的基本方程。
[0013]但是，傳統(tǒng)落體法存在諸多不足之處:
[0014](I)傳統(tǒng)落體法將阻力矩fQ視為常值，測(cè)量重復(fù)性和精度難以保證。落體過(guò)程中包含軸承摩擦阻力和空氣阻力，這些阻力的影響因素眾多，如速度、載荷等。隨著下落過(guò)程中轉(zhuǎn)速的升高，系統(tǒng)阻力矩是不斷變化的。圖1是 申請(qǐng)人:測(cè)量的落體法慣量測(cè)量裝置加速度-速度曲線。顯然，隨著速度的變化，落體過(guò)程的加速度并不是常值，因而阻力矩fo也并非常值。同時(shí)，傳統(tǒng)落體法兩次落體過(guò)程中采用不同質(zhì)量的重物獲得不同的加速度，不同質(zhì)量重物對(duì)導(dǎo)輪軸承產(chǎn)生的載荷不同，因而軸承摩擦力矩也并不相同。可見，傳統(tǒng)落體法直接將阻力矩視為常值有待于改進(jìn)。
[0015](2)傳統(tǒng)落體法測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)不同步，多次測(cè)量時(shí)重復(fù)性不高。測(cè)量系統(tǒng)主要用于記錄時(shí)間和位移數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)主要用于控制重物開始下落。在傳統(tǒng)落體法中，測(cè)時(shí)間和位移數(shù)據(jù)多由人工完成，即使是由計(jì)算機(jī)完成測(cè)控改進(jìn)型的測(cè)量裝置，其測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)也是互相獨(dú)立的，多次試驗(yàn)時(shí)難以保證重復(fù)性。因而，必須設(shè)置一套時(shí)間同步系統(tǒng)，使測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間同步。
[0016](3)傳統(tǒng)落體法計(jì)算慣量時(shí)采用的角加速度值為幾個(gè)時(shí)間段加速度的平均值，但所取的幾個(gè)時(shí)間段長(zhǎng)度并不相同，而落體過(guò)程由于阻力的存在并非勻加速，因而上述加速度平均值不具有明確的物理意義，其對(duì)應(yīng)的速度值也與實(shí)際不符。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017]本發(fā)明提供一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法及裝置，以提高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的重復(fù)性和精度。
[0018]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0019]一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置包括:
[0020]通用卡盤裝置，為一條帶有軸承的旋轉(zhuǎn)主軸，主軸上設(shè)置一繞線盤，與主軸同步旋轉(zhuǎn)，繞線盤一側(cè)安裝慣量盤，另一側(cè)同軸連接被測(cè)回轉(zhuǎn)體；
[0021]固定于一定高度的導(dǎo)輪，光電編碼器與該導(dǎo)輪同軸安裝；
[0022]一條柔性繩索，一端連接重物，另一端纏繞于該繞線盤上；
[0023]由氣缸和電磁閥組成的抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定；
[0024]計(jì)算機(jī)通過(guò)采集卡與電磁閥電連接，光電編碼器與數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)順序電連接組成信號(hào)采集系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明所述慣量盤為兩個(gè)質(zhì)量相同、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同的標(biāo)準(zhǔn)慣量盤。
[0026]一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法，包括下列步驟:
[0027]一、系統(tǒng)慣量標(biāo)定；
[0028]二、慣量測(cè)量
[0029]I)選取一條柔性繩索，將其一端與重物相連，另一端纏繞在繞線盤上，重物和繞線盤置于導(dǎo)輪兩側(cè)；
[0030]2)在繞線盤的一側(cè)安裝I號(hào)慣量盤，另一側(cè)同軸安裝被測(cè)物；
[0031]3)通過(guò)繞線盤纏繞柔性繩索，使重物升高至預(yù)定高度；
[0032]4)按下啟動(dòng)按鈕，開始實(shí)驗(yàn)，抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0033]5)延時(shí)一段時(shí)間，待重物穩(wěn)定后松開抱閘裝置，由重物拖動(dòng)被測(cè)物加速旋轉(zhuǎn)；
[0034]6)松開抱閘裝置指令發(fā)出的同時(shí)，計(jì)算機(jī)再次進(jìn)行短暫延時(shí)補(bǔ)償抱閘裝置動(dòng)作時(shí)間，然后開始記錄位移數(shù)據(jù)；
[0035]7)下落位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，并將之前記錄的數(shù)據(jù)保存至計(jì)算機(jī)；
[0036]8)利用位移數(shù)據(jù)計(jì)算下落過(guò)程中的速度數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)；
[0037]9)第一次落體過(guò)程中，系統(tǒng)安裝被測(cè)物和I號(hào)慣量盤，由質(zhì)量為m的標(biāo)準(zhǔn)砝碼拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，落體方程為:
[0038](^i + )^ = mgR ~ m ~T~ R 2 _ t ^0j' 'i^“、
atdt(4)
[0039]其中I1為I號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，10為被測(cè)物與測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的和，ω:為第一次落體過(guò)程中的角速度，R為繞線輪的半徑，g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，L1安裝I號(hào)慣量盤時(shí)的軸承載荷，f(?,L)為測(cè)量系統(tǒng)自身的阻力矩函數(shù)，其主要影響因素為速度和載荷；
[0040]10)將I號(hào)慣量盤更換為與之具有相同質(zhì)量但不同慣量的2號(hào)慣量盤,重復(fù)上述步驟(2)到(8)，可以得到第二次落體方程:
[0041][I2 +/?).~廣=mgR — m —- {ω2 L1)
atat.C 5 )
[0042]其中I2為2號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，ω2為第二次落體過(guò)程中的角速度，L2安裝2號(hào)慣量盤時(shí)的軸承載荷；
[0043]11)為消除阻力矩f(?，L)，取兩次落體過(guò)程中的相同速度點(diǎn)Coci進(jìn)行計(jì)算，gp Q1=ω2 = GJci ;由于I號(hào)慣量盤和2號(hào)慣量盤質(zhì)量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L1 = L2=U，于是，根據(jù)公式(6)可計(jì)算出系統(tǒng)慣量與被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和Itl ；
[0044]于是，兩次落體過(guò)程中所取計(jì)算點(diǎn)的阻力矩同為Mcotl, Ltl),公式⑷與公式(5)做差可以得出如下慣量公式:
[0045]
2( ?ωχ?ω2〕( ?ωχ?ω2Λ
— 17~ I γ
^ dt (B1 =dt CO1 = ο)^ J 、_ dt CO1 — W0 dt W7 = wf、)
/0 =-
?ωχ?ω2
dt ωι =ω0 dt ω2 =ω0(6)
[0046]10為被測(cè)物與測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和，即:
[0047]10 = I+Is(7)
[0048]其中:1為被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Is為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，
[0049]12)系統(tǒng)慣量Is已通過(guò)標(biāo)定得出，
[0050]那么根據(jù)下列公式，
[0051]I = 10-1s (8)
[0052]計(jì)算出被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I。
[0053]本發(fā)明所述系統(tǒng)慣量標(biāo)定的步驟如下:
[0054](I)選取一條柔性繩索，將其一端與重物相連，另一端纏繞在繞線盤上，重物和繞線盤置于導(dǎo)輪兩側(cè)；
[0055](2)在繞線盤的一側(cè)安裝3號(hào)慣量盤，其慣量值小于I號(hào)慣量盤，以估算的系統(tǒng)慣量大小為參照進(jìn)行匹配，此時(shí)，由于系統(tǒng)空載，有效慣量值為系統(tǒng)慣量和3號(hào)慣量盤之和；
[0056](3)通過(guò)繞線盤纏繞柔性繩索，使重物升高至預(yù)定高度；
[0057](4)按下啟動(dòng)按鈕，開始實(shí)驗(yàn)，由氣缸和電磁閥組成的抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0058](5)延時(shí)一段時(shí)間，待重物穩(wěn)定后松開抱閘裝置，由重物拖動(dòng)被測(cè)物加速旋轉(zhuǎn)；
[0059](6)松開抱閘裝置指令發(fā)出的同時(shí)，計(jì)算機(jī)再次進(jìn)行短暫延時(shí)補(bǔ)償抱閘裝置動(dòng)作時(shí)間，然后開始記錄位移數(shù)據(jù)；
[0060](7)下落位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，并將之前記錄的數(shù)據(jù)保存至計(jì)算機(jī)；
[0061](8)利用位移數(shù)據(jù)計(jì)算下落過(guò)程中的速度數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)；
[0062](9)下落過(guò)程中的落體方程為:
, X da)' ? ?ω-, ,τ、
[0063](/、+ /.s ).―― = η屯R -m R_ - J ■ 1、).dt dt (9)
[0064]其中I3為3號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0065](10)將3號(hào)慣量盤更換為與之具有相同質(zhì)量但不同慣量的4號(hào)慣量盤,重復(fù)上述步驟⑵到(9)，可以得到4號(hào)慣量盤的落體方程為:
,■ T、d0.), ^ --ω,τ、
[0066][I4 + )'~r~ = mS^_ m —r~ ^_ /\ω4 >L4)
dt dt (10)
[0067](11)取兩次落體過(guò)程中的相同速度點(diǎn)ω3 = ω4 = (Ocis;由于3號(hào)慣量盤和4號(hào)慣量盤質(zhì)量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L3 = L4 = Loso那么，在相同速度點(diǎn)和相同載荷點(diǎn)阻力矩也相等，聯(lián)立方程(9)和方程(10)并消去阻力函數(shù)可得:
[0068]
dw, ?ω, ) (r do)' τ dm, 、 mR --------_ --_ -
dt 6^3 —仍os dtq^ ^ 、 dt ?).^ —dt (?^ _ (O乂
s?ω..1?ωΑ(11)
dt co3 = a>os dt ?)4 = (Oos
[0069]本發(fā)明具有如下技術(shù)特點(diǎn):
[0070](I)不更換產(chǎn)生落體運(yùn)動(dòng)的重物(標(biāo)準(zhǔn)砝碼)，更換具有不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo)準(zhǔn)慣量盤，用以實(shí)現(xiàn)兩次不同加速度的下落過(guò)程；
[0071](2)所采用的標(biāo)準(zhǔn)慣量盤具有相同的質(zhì)量和不同的慣量，目的在于消除軸承載荷因素不同對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量結(jié)果的影響；
[0072](3)兩次落體方程的角加速度通過(guò)位移數(shù)據(jù)計(jì)算得出，其特征在于兩次計(jì)算加速度對(duì)應(yīng)時(shí)刻的速度相同，目的在于消除速度因素對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量結(jié)果的影響；
[0073](4)采用時(shí)間同步系統(tǒng)控制下落過(guò)程起點(diǎn)，時(shí)間同步系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制抱閘裝置，用軟件補(bǔ)償抱閘裝置動(dòng)作時(shí)間，以提高測(cè)量重復(fù)性。
[0074]本發(fā)明解決了落體法中速度與載荷因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量重復(fù)性與精度。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0075]圖1為落體法加速度-速度曲線；
[0076]圖2為測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；
[0077]圖3為【具體實(shí)施方式】結(jié)構(gòu)圖，圖中導(dǎo)線輪1、落體重物2、光電編碼器3、被測(cè)回轉(zhuǎn)體
4、被測(cè)回轉(zhuǎn)體與測(cè)試裝置相連的通用卡盤裝置5、繞線盤6、抱閘氣缸7、標(biāo)準(zhǔn)慣量盤8、電磁閥9、數(shù)據(jù)采集卡1、計(jì)算機(jī)11，計(jì)算機(jī)11通過(guò)采集卡1控制電磁閥9，光電編碼器3、數(shù)據(jù)采集卡10、計(jì)算機(jī)組成信號(hào)采集系統(tǒng)；
[0078]圖4為兩次落體速度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0079]—種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置包括:
[0080]通用卡盤裝置5，為一條帶有軸承的旋轉(zhuǎn)主軸，主軸上設(shè)置一繞線盤6，與主軸同步旋轉(zhuǎn)，繞線盤一側(cè)安裝慣量盤8，另一側(cè)同軸連接被測(cè)回轉(zhuǎn)體4 ；
[0081]固定于一定高度的導(dǎo)輪I，光電編碼器3與該導(dǎo)輪同軸安裝；
[0082]一條柔性繩索，一端連接重物2，另一端纏繞于該繞線盤上；
[0083]由氣缸7和電磁閥9組成的抱閘裝置將繞線盤6所在主軸鎖定；
[0084]計(jì)算機(jī)11通過(guò)采集卡10與電磁閥9電連接，光電編碼器3與數(shù)據(jù)采集卡10、計(jì)算機(jī)順序電連接組成信號(hào)采集系統(tǒng)。
[0085]所述慣量盤為兩個(gè)質(zhì)量相同、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同的標(biāo)準(zhǔn)慣量盤。
[0086]一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法，包括下列步驟:
[0087]一、系統(tǒng)慣量標(biāo)定；
[0088]二、慣量測(cè)量
[0089]I)選取一條柔性繩索，將其一端與重物相連，另一端纏繞在繞線盤上，重物和繞線盤置于導(dǎo)輪兩側(cè)；
[0090]2)在繞線盤的一側(cè)安裝I號(hào)慣量盤8，另一側(cè)同軸安裝被測(cè)物4 ；
[0091]3)通過(guò)繞線盤纏繞6柔性繩索，使重物2升高至預(yù)定高度；
[0092]4)按下啟動(dòng)按鈕，開始實(shí)驗(yàn)，抱閘裝置將繞線盤8所在主軸鎖定，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0093]5)延時(shí)一段時(shí)間，待重物2穩(wěn)定后松開抱閘裝置，由重物拖動(dòng)被測(cè)物加速旋轉(zhuǎn)；
[0094]6)松開抱閘裝置指令發(fā)出的同時(shí)，計(jì)算機(jī)11再次進(jìn)行短暫延時(shí)補(bǔ)償抱閘裝置動(dòng)作時(shí)間，然后開始記錄位移數(shù)據(jù)；
[0095]7)下落位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，并將之前記錄的數(shù)據(jù)保存至計(jì)算機(jī)11 ;
[0096]8)利用位移數(shù)據(jù)計(jì)算下落過(guò)程中的速度數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)；
[0097]9)第一次落體過(guò)程中，系統(tǒng)安裝被測(cè)物和I號(hào)慣量盤，由質(zhì)量為m的標(biāo)準(zhǔn)砝碼拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，落體方程為:
[0098](Λ + 1 {))-—r- = 111 P-)
atdt(4)
[0099]其中I1為I號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，10為被測(cè)物與測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的和，ω:為第一次落體過(guò)程中的角速度，R為繞線輪的半徑，g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，L1安裝I號(hào)慣量盤時(shí)的軸承載荷，f(?,L)為測(cè)量系統(tǒng)自身的阻力矩函數(shù)，其主要影響因素為速度和載荷；
[0100]10)將I號(hào)慣量盤更換為與之具有相同質(zhì)量但不同慣量的2號(hào)慣量盤,重復(fù)上述步驟(2)到(8)，可以得到第二次落體方程:
/\ (1(0^d (Oriπ./\
[0101](/2 + jO ).-T- = - m -T- R - -j [(O^L1)
dt dt (5)
[0102]其中I2為2號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，ω2為第二次落體過(guò)程中的角速度，L2安裝2號(hào)慣量盤時(shí)的軸承載荷；
[0103]11)為消除阻力矩f(?，L)，取兩次落體過(guò)程中的相同速度點(diǎn)Coci進(jìn)行計(jì)算，g卩Co1=ω2 = GJci ;由于I號(hào)慣量盤和2號(hào)慣量盤質(zhì)量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L1 = L2=U，于是，根據(jù)公式(6)可計(jì)算出系統(tǒng)慣量與被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和Itl ；
[0104]于是，兩次落體過(guò)程中所取計(jì)算點(diǎn)的阻力矩同為Mcotl, Ltl),公式⑷與公式(5)做差可以得出如下慣量公式:
[0105]
η?(?ω,?ω?) (r dco'τ ?ω?、
TftR ----—— Ir, --- 11 ——
I dt CO1 = COq dtJ I _ dt ?)χ —仍0 dt CO1 — Wri ^
T0 =-----
?ωχ?ω2
dt CO1 - ω0 ? OJ2 = oj{)(6)
[0106]10為被測(cè)物與測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和，即:
[0107]10 = I+Is(7)
[0108]其中:1為被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Is為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，
[0109]12)系統(tǒng)慣量Is已通過(guò)標(biāo)定得出，
[0110]那么根據(jù)下列公式，
[0111]I = 10-1s(8)
[0112]計(jì)算出被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I。
[0113]本發(fā)明所述系統(tǒng)慣量標(biāo)定的步驟如下:
[0114](I)選取一條柔性繩索，將其一端與重物2相連，另一端纏繞在繞線盤6上，重物2和繞線盤6置于導(dǎo)輪I兩側(cè)；
[0115](2)在繞線盤的一側(cè)安裝3號(hào)慣量盤，其慣量值小于I號(hào)慣量盤，以估算的系統(tǒng)慣量大小為參照進(jìn)行匹配，此時(shí)，由于系統(tǒng)空載，有效慣量值為系統(tǒng)慣量和3號(hào)慣量盤之和；
[0116](3)通過(guò)繞線盤6纏繞柔性繩索，使重物升高至預(yù)定高度；
[0117](4)按下啟動(dòng)按鈕，開始實(shí)驗(yàn)，由氣缸7和電磁閥9組成的抱閘裝置將繞線盤6所在主軸鎖定，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0118](5)延時(shí)一段時(shí)間，待重物穩(wěn)定后松開抱閘裝置，由重物2拖動(dòng)被測(cè)物加速旋轉(zhuǎn)；
[0119](6)松開抱閘裝置指令發(fā)出的同時(shí)，計(jì)算機(jī)再次進(jìn)行短暫延時(shí)補(bǔ)償抱閘裝置動(dòng)作時(shí)間，然后開始記錄位移數(shù)據(jù)；
[0120](7)下落位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，并將之前記錄的數(shù)據(jù)保存至計(jì)算機(jī)11 ;
[0121](8)利用位移數(shù)據(jù)計(jì)算下落過(guò)程中的速度數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)；
[0122](9)下落過(guò)程中的落體方程為:
[0123](/, + 1、、今=mgR-m^R2- J\ox ’ L,)
atdt'(9)
[0124]其中I3為3號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0125](10)將3號(hào)慣量盤更換為與之具有相同質(zhì)量但不同慣量的4號(hào)慣量盤,重復(fù)上述步驟⑵到(9)，可以得到4號(hào)慣量盤的落體方程為:
[0126](/4 1-/,)■— ='叩R — m R2 -/{ω4 ,L4)
dt dt (10)
[0127](11)取兩次落體過(guò)程中的相同速度點(diǎn)ω3 = ω4 = (Ocis;由于3號(hào)慣量盤和4號(hào)慣量盤質(zhì)量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L3 = L4 = Loso那么，在相同速度點(diǎn)和相同載荷點(diǎn)阻力矩也相等，聯(lián)立方程(9)和方程(10)并消去阻力函數(shù)可得:
[0128]
?( ?ω,?ω±? ( dco'dmA、
iitR ------— I Jit--— /3-
^ dt (O1 = wQS dt Co4 = cols J Iv dt co3 = Wos 一 dt <oA — co0S J
sdw3 IdcoA(11)
dt Ico3 — coQS dt co4 = tJ0
【權(quán)利要求】
1.一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，其特征在于包括: 通用卡盤裝置，為一條帶有軸承的旋轉(zhuǎn)主軸，主軸上設(shè)置一繞線盤，與主軸同步旋轉(zhuǎn)，繞線盤一側(cè)安裝慣量盤，另一側(cè)同軸連接被測(cè)回轉(zhuǎn)體； 固定于一定高度的導(dǎo)輪，光電編碼器與該導(dǎo)輪同軸安裝； 一條柔性繩索，一端連接重物，另一端纏繞于該繞線盤上； 由氣缸和電磁閥組成的抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定； 計(jì)算機(jī)通過(guò)采集卡與電磁閥電連接，光電編碼器與數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)順序電連接組成信號(hào)采集系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置，其特征在于:所述慣量盤為兩個(gè)質(zhì)量相同、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同的標(biāo)準(zhǔn)慣量盤。
3.—種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法，其特征在于包括下列步驟: 一、系統(tǒng)慣量標(biāo)定； 二、慣量測(cè)量 1)選取一條柔性繩索，將其一端與重物相連，另一端纏繞在繞線盤上，重物和繞線盤置于導(dǎo)輪兩側(cè)； 2)在繞線盤的一側(cè)安裝I號(hào)慣量盤，另一側(cè)同軸安裝被測(cè)物； 3)通過(guò)繞線盤纏繞柔性繩索，使重物升高至預(yù)定高度； 4)按下啟動(dòng)按鈕，開始實(shí)驗(yàn)，抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)； 5)延時(shí)一段時(shí)間，待重物穩(wěn)定后松開抱閘裝置，由重物拖動(dòng)被測(cè)物加速旋轉(zhuǎn)； 6)松開抱閘裝置指令發(fā)出的同時(shí)，計(jì)算機(jī)再次進(jìn)行短暫延時(shí)補(bǔ)償抱閘裝置動(dòng)作時(shí)間，然后開始記錄位移數(shù)據(jù)； 7)下落位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，并將之前記錄的數(shù)據(jù)保存至計(jì)算機(jī)； 8)利用位移數(shù)據(jù)計(jì)算下落過(guò)程中的速度數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)； 9)第一次落體過(guò)程中，系統(tǒng)安裝被測(cè)物和I號(hào)慣量盤，由質(zhì)量為m的標(biāo)準(zhǔn)砝碼拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，落體方程為:
(^1 +/o).-~r~ = — m —r~ R~ — J {(0i ’乙I)dtdtC 4) 其中I1為I號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，10為被測(cè)物與測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的和，O1為第一次落體過(guò)程中的角速度，R為繞線輪的半徑，g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣戎?，L1安裝I號(hào)慣量盤時(shí)的軸承載荷，f(?,L)為測(cè)量系統(tǒng)自身的阻力矩函數(shù)，其主要影響因素為速度和載荷； 10)將I號(hào)慣量盤更換為與之具有相同質(zhì)量但不同慣量的2號(hào)慣量盤，重復(fù)上述步驟(2)到(8)，可以得到第二次落體方程:
(L + /?).= nigR — m R2 — /'(?κ.L.,) —dtdt ' - -C5) 其中I2為2號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，ω2為第二次落體過(guò)程中的角速度，L2安裝2號(hào)慣量盤時(shí)的軸承載荷； 11)為消除阻力矩f(?，L)，取兩次落體過(guò)程中的相同速度點(diǎn)Oci進(jìn)行計(jì)算，g卩Co1=ω2 = Coci ;由于I號(hào)慣量盤和2號(hào)慣量盤質(zhì)量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L1 = L2 =U，于是，根據(jù)公式(6)可計(jì)算出系統(tǒng)慣量與被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和Itl ； 于是，兩次落體過(guò)程中所取計(jì)算點(diǎn)的阻力矩同為Motl, U)，公式(4)與公式(5)做差可以得出如下慣量公式:
S ?ω, dm, ) (' da>' τ ?ω? 、
ifiR ------— 12--— I γ- ^ dt CO1 = CO0 dt OJ2 =CO0 j k dt OJ1 = ω0dt 0)2 二 O)” 0?ωχ?ω2
dt CO1 = ?)0 dt Co1 = ω?(5) Itl為被測(cè)物與測(cè)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和，即: 10= I+Is(7) 其中:1為被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Is為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 12)系統(tǒng)慣量Is已通過(guò)標(biāo)定得出， 那么根據(jù)下列公式， I = 10-1s(8) 計(jì)算出被測(cè)物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種在線測(cè)量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法，其特征在于所述系統(tǒng)慣量標(biāo)定的步驟如下: (1)選取一條柔性繩索，將其一端與重物相連，另一端纏繞在繞線盤上，重物和繞線盤置于導(dǎo)輪兩側(cè)； (2)在繞線盤的一側(cè)安裝3號(hào)慣量盤，其慣量值小于I號(hào)慣量盤，以估算的系統(tǒng)慣量大小為參照進(jìn)行匹配，此時(shí)，由于系統(tǒng)空載，有效慣量值為系統(tǒng)慣量和3號(hào)慣量盤之和； (3)通過(guò)繞線盤纏繞柔性繩索，使重物升高至預(yù)定高度； (4)按下啟動(dòng)按鈕，開始實(shí)驗(yàn)，由氣缸和電磁閥組成的抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)； (5)延時(shí)一段時(shí)間，待重物穩(wěn)定后松開抱閘裝置，由重物拖動(dòng)被測(cè)物加速旋轉(zhuǎn)； (6)松開抱閘裝置指令發(fā)出的同時(shí)，計(jì)算機(jī)再次進(jìn)行短暫延時(shí)補(bǔ)償抱閘裝置動(dòng)作時(shí)間，然后開始記錄位移數(shù)據(jù)； (7)下落位移達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，并將之前記錄的數(shù)據(jù)保存至計(jì)算機(jī)； (8)利用位移數(shù)據(jù)計(jì)算下落過(guò)程中的速度數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)； (9)下落過(guò)程中的落體方程為:
(/, + / V).' ' = m < - m ~— R2 - /.(&?,, L,)
v 3 、’ ? 。 ? ' ν (9) 其中I3為3號(hào)慣量盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； (10)將3號(hào)慣量盤更換為與之具有相同質(zhì)量但不同慣量的4號(hào)慣量盤，重復(fù)上述步驟(2)到(9)，可以得到4號(hào)慣量盤的落體方程為:
(/4 + / ν) - —?- = mgR - m R2 — /(ω4 ,Li) v 4 -- ν 4(?ο) (11)取兩次落體過(guò)程中的相同速度點(diǎn)ω3=ω4= Cocis;由于3號(hào)慣量盤和4號(hào)慣量盤質(zhì)量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L3 = L4 = Loso那么，在相同速度點(diǎn)和相同載荷點(diǎn)阻力矩也相等，聯(lián)立方程(9)和方程(10)并消去阻力函數(shù)可得:
Vs ο = fo> jp mrn = ' o) ιρ(Il)卜— ?τ~Ζ7 7 ν — I
?οω = ψ —ψ ] [ 80ω = ^co φ Si)w =ψ
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【文檔編號(hào)】G01M1/10GK104236795SQ201410484621
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月20日
【發(fā)明者】程光明, 陸品, 馬繼杰, 王京鴻, 陳勝輝, 王學(xué)武, 曾平 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)