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一種大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，包括底板，所述底板上安裝有y向測量系統(tǒng)或x向測量系統(tǒng)。本實用新型的系統(tǒng)可使被測產(chǎn)品x向與y向轉(zhuǎn)動慣量的測量分開進行，實現(xiàn)在同一測試臺不對被測件翻轉(zhuǎn)前提下完成x向、y向兩個方向的測量；本實用新型采用軸承組件與滾子軸承相結(jié)合的滾動支撐方式，極大降低了系統(tǒng)阻尼影響，提高了系統(tǒng)測量精度；本實用新型通用性強，可對不同形狀、不同規(guī)格的大型結(jié)構體進行測量，測量精度高、測試范圍寬、設備成本低、維修方便。
【專利說明】一種大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機械裝置及運輸【技術領域】，特別是一種大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]轉(zhuǎn)動慣量是剛體轉(zhuǎn)動時慣性的度量，凡是涉及到轉(zhuǎn)動動力學的問題，轉(zhuǎn)動慣量均為重點測量參數(shù)。在國防工業(yè)中，各種導彈、無人飛行器以及水下無人航行器均需要測量其極、赤道轉(zhuǎn)動慣量，用以確定它們的起始擾動和行進穩(wěn)定性；
[0003]在已有關于轉(zhuǎn)動慣量測量的參考文獻及專利中，遵循的基本原理均為:利用彈性元件組成振蕩系統(tǒng)，通過系統(tǒng)振蕩頻率來推算轉(zhuǎn)動慣量。主要的測量方法為:復擺法、扭擺法、三線擺法、單線擺法和落體法等。但由于受到機械結(jié)構設計和被測物體形狀差異的限制，針對大型結(jié)構體的測量方法較少。文獻《大型回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)的設計》給出了一種較為先進的針對大型物體的測量系統(tǒng)，但該系統(tǒng)固定機構采用滾珠支撐，即為點接觸，當被測件質(zhì)量較大時，系統(tǒng)阻尼極大，另外，當被測件表面較為粗糙時，點接觸會導致較大阻尼波動，均會對系統(tǒng)測量精度帶來很大影響。同時，該系統(tǒng)僅針對質(zhì)量分布均勻、形狀單一的大型回轉(zhuǎn)體，而對于形狀差異較大、質(zhì)量分布不均的產(chǎn)品，該系統(tǒng)無法予以測量。即對于形狀為非單一回轉(zhuǎn)體的導彈、無人飛機、水下無人航行器等物體的轉(zhuǎn)動慣量測量，該系統(tǒng)不再適用。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種結(jié)構簡單，易操作，測量精度高、適用范圍廣的大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:一種大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，包括底板，其結(jié)構特征是:
[0006]當用于測量大型結(jié)構體y向轉(zhuǎn)動慣量時，所述底板上安裝有y向測量系統(tǒng)；所述y向測量系統(tǒng)包括固定在底板上的用于為被測結(jié)構體提供I向扭力矩的I向轉(zhuǎn)筒組件，所述y向轉(zhuǎn)筒組件上端固定有支承板，所述支承板上水平設置有兩根平行導軌，每根導軌上安裝有一個以上可沿所述導軌滑動的滑塊，兩根平行導軌相對位置上的y向測量滑塊為一組，每組y向測量滑塊上固定有一個用于固定被測結(jié)構體的固定機構；所述支承板上設置有用于測量所述I向測量滑塊滑動距離的光柵尺；所述支承板下表面固定有I向測量光電頭；所述底板上固定有與所述I向測量光電頭配套的I向測量感光器；
[0007]當用于測量大型結(jié)構體X向轉(zhuǎn)動慣量時，所述底板上安裝有X向測量系統(tǒng)；所述X向測量系統(tǒng)包括兩根平行設置在所述底板一端的X向測量水平導軌；所述兩根X向測量水平導軌上各設置有一個以上可沿所述X向測量水平導軌滑動的X向測量滑塊；兩根X向測量水平導軌相對位置上的X向測量滑塊為一組，每組X向測量滑塊上固定有一個支撐架；所述支撐架頂端與用于為所述被測結(jié)構體提供X向扭力矩的X向扭轉(zhuǎn)組件一端固定連接；所述X向扭轉(zhuǎn)組件另一端與所述被測結(jié)構體一端連接；所述X向扭轉(zhuǎn)組件下表面固定有X向測量光電頭，所述X向測量水平導軌一端的底板上固定有與所述X向測量光電頭配套的X向測量感光器。
[0008]所述支承板下表面開設有環(huán)形槽；所述y向轉(zhuǎn)筒組件包括固定豎直設置的y向轉(zhuǎn)筒，所述y向轉(zhuǎn)筒底端直徑小于所述y向轉(zhuǎn)筒上端直徑，所述y向轉(zhuǎn)筒上端嵌入所述環(huán)形槽，所述y向轉(zhuǎn)筒底端通過連接環(huán)與所述底板連接；所述y向轉(zhuǎn)筒內(nèi)豎直設有I向扭桿，所述y向扭桿上端與所述環(huán)形槽內(nèi)的支承板下表面固定連接，所述y向扭桿下端穿過所述連接環(huán)與所述底板固定連接；所述y向轉(zhuǎn)筒外套有底端固定在所述底板上的防護筒；所述防護筒上端、y向轉(zhuǎn)筒上端相對位置分別設有凹槽和凸臺，所述凹槽內(nèi)設置有y向測量滾子軸承，且所述y向測量滾子軸承與所述凸臺上表面貼合；所述y向轉(zhuǎn)筒底端直徑較小部分與該部分上的y向轉(zhuǎn)筒之間形成的凹臺放置在所述連接環(huán)上的推力球軸承上；所述防護筒底端內(nèi)側(cè)凸起，該凸起部分與所述推力球軸承接觸。
[0009]所述X向扭轉(zhuǎn)組件包括一端開口的X向固定筒、X向轉(zhuǎn)筒；所述X向固定筒通過連接塊與所述支撐架頂端固定連接；所述X向固定筒遠離被測結(jié)構體的未開口端底面內(nèi)壁與X向扭桿一端固定連接；所述X向轉(zhuǎn)筒一端直徑小于另一端直徑；所述X向固定筒靠近被測結(jié)構體的一端通過X向滾子軸承套在所述X向轉(zhuǎn)筒直徑較小的一端上；所述X向扭桿靠近被測結(jié)構體的一端穿過所述X向轉(zhuǎn)筒直徑較小一端并固定；所述X向轉(zhuǎn)筒遠離所述X向固定筒的一端通過連接環(huán)與所述被測結(jié)構體固定連接。
[0010]所述y向測量系統(tǒng)包括兩個固定機構；所述固定機構包括上固定環(huán)，所述上固定環(huán)內(nèi)壁通過多個等間隔布置的軸承組件與轉(zhuǎn)動卡環(huán)外壁接觸，且所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)能以穿過所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)圓心且與所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)所在平面垂直的軸為中心旋轉(zhuǎn)；所述上固定環(huán)、轉(zhuǎn)動卡環(huán)同心；所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)內(nèi)徑與所述被測結(jié)構體外徑大小匹配；所述外固定環(huán)通過底座與所述y向測量滑塊固定連接。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所具有的有益效果為:本實用新型結(jié)構簡單，易操作，適用于大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量的測量；被測產(chǎn)品X向與I向轉(zhuǎn)動慣量的測量分開進行，實現(xiàn)在同一測試臺不對被測件翻轉(zhuǎn)前提下完成X向、y向兩個方向的測量；本實用新型采用軸承組件與滾子軸承相結(jié)合的支撐方式，極大降低了系統(tǒng)阻尼影響，提高了系統(tǒng)測量精度；本實用新型通用性強，可通過更換不同固定機構與X向轉(zhuǎn)筒來實現(xiàn)對不同形狀的大型產(chǎn)品測量；且對產(chǎn)品進行測量時，僅需調(diào)節(jié)相應緊固螺栓便可實現(xiàn)產(chǎn)品的定位與固定，操作方便，簡單；本實用新型摒棄了現(xiàn)有技術熱衷的復雜自動化設備，極大降低了設備費用；光電頭和感光器拆卸方便，能獨立進行標定；本實用新型測量精度高、測試范圍寬、設備成本低、維修方便；本實用新型能廣泛適用于航天、航空、航海、兵器、機械、電機以及生物力學等科研、生產(chǎn)領域，具有很大的實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型一實施例結(jié)構示意圖；
[0013]圖2為本實用新型一實施例1向轉(zhuǎn)筒組件結(jié)構示意圖；
[0014]圖3為本實用新型一實施例X向扭轉(zhuǎn)組件結(jié)構示意圖；
[0015]圖4為本實用新型一實施例固定結(jié)構結(jié)構示意圖?！揪唧w實施方式】
[0016]如圖1所示，本實用新型一實施例包括底板11，當用于測量大型結(jié)構體y向轉(zhuǎn)動慣量時，所述底板11上安裝有y向測量系統(tǒng)；所述y向測量系統(tǒng)包括固定在底板11上的用于為被測結(jié)構體5提供y向扭力矩的y向轉(zhuǎn)筒組件，所述I向轉(zhuǎn)筒組件上端固定有支承板9,所述支承板9上水平設置有兩根平行導軌6，每根導軌6上安裝有一個以上可沿所述導軌6滑動的滑塊7，兩根平行導軌6相對位置上的y向測量滑塊7為一組，每組y向測量滑塊7上固定有一個用于固定被測結(jié)構體5的固定機構；所述支承板9上設置有用于測量所述y向測量滑塊7滑動距離的光柵尺；所述支承板9下表面固定有I向測量光電頭8 ;所述底板11上固定有與所述y向測量光電頭配套的I向測量感光器10 ;當用于測量大型結(jié)構體X向轉(zhuǎn)動慣量時，所述底板11上安裝有X向測量系統(tǒng)；所述X向測量系統(tǒng)包括兩根平行設置在所述底板11 一端的X向測量水平導軌15 ;所述兩根X向測量水平導軌15上各設置有一個以上可沿所述X向測量水平導軌15滑動的X向測量滑塊14 ;兩根X向測量水平導軌15相對位置上的X向測量滑塊14為一組，每組X向測量滑塊14上固定有一個支撐架I ;所述支撐架I頂端與用于為所述被測結(jié)構體5提供X向扭力矩的X向扭轉(zhuǎn)組件一端固定連接；所述X向扭轉(zhuǎn)組件另一端與所述被測結(jié)構體5 —端連接；所述X向扭轉(zhuǎn)組件下表面固定有X向測量光電頭2，所述X向測量水平導軌15—端的底板11上固定有與所述X向測量光電頭2配套的X向測量感光器13。
[0017]如圖2，支承板9下表面開設有環(huán)形槽；所述y向轉(zhuǎn)筒組件包括固定豎直設置的y向轉(zhuǎn)筒18,所述y向轉(zhuǎn)筒18底端直徑小于所述y向轉(zhuǎn)筒18上端直徑,所述y向轉(zhuǎn)筒18上端嵌入所述環(huán)形槽，所述I向轉(zhuǎn)筒18底端通過連接環(huán)20與所述底板11連接；所述y向轉(zhuǎn)筒18內(nèi)豎直設有y向扭桿19，所述y向扭桿19上端與所述環(huán)形槽內(nèi)的支承板9下表面固定連接，所述I向扭桿19下端穿過所述連接環(huán)22與所述底板11固定連接；所述I向轉(zhuǎn)筒18外套有底端固定在所述底板11上的防護筒21 ;所述防護筒21上端、y向轉(zhuǎn)筒18上端相對位置分別設有凹槽和凸臺12，所述凹槽內(nèi)設置有y向測量滾子軸承16，且所述y向測量滾子軸承16與所述凸臺12上表面貼合；所述y向轉(zhuǎn)筒18底端直徑較小部分與該部分上的Y向轉(zhuǎn)筒18之間形成的凹臺放置在所述連接環(huán)22上的推力球軸承22上；所述防護筒21底端內(nèi)側(cè)凸起，該凸起部分與所述推力球軸承22接觸。
[0018]如圖3,X向扭轉(zhuǎn)組件包括與所述支撐架I頂端固定連接的一端開口的X向固定筒24、X向轉(zhuǎn)筒26 ;所述X向固定筒24通過連接塊29與所述支撐架I頂端固定連接；所述x向固定筒24遠離被測結(jié)構體5的未開口端底面內(nèi)壁與X向扭桿23 —端固定連接；所述X向轉(zhuǎn)筒26 —端直徑小于另一端直徑；所述X向固定筒24靠近被測結(jié)構體5的一端通過X向滾子軸承25套在所述X向轉(zhuǎn)筒26直徑較小的一端上；所述X向扭桿23靠近被測結(jié)構體5的一端穿過所述X向轉(zhuǎn)筒26直徑較小一端并固定；所述X向轉(zhuǎn)筒26遠離所述X向固定筒24的一端通過連接環(huán)27與所述被測結(jié)構體5固定連接。
[0019]如圖4，y向測量系統(tǒng)包括兩個固定機構；所述固定機構包括外固定環(huán)32，所述外固定環(huán)32內(nèi)壁通過多個等間隔布置的軸承組件31與轉(zhuǎn)動卡環(huán)33外壁接觸，且所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)33能以穿過所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)33圓心且與所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)33所在平面垂直的軸為中心旋轉(zhuǎn)；所述外固定環(huán)32、轉(zhuǎn)動卡環(huán)33同心；所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)33內(nèi)徑與所述被測結(jié)構體5外徑大小匹配；所述外固定環(huán)32通過底座34與所述y向測量滑塊7固定連接。轉(zhuǎn)動卡環(huán)33外壁開設了凹槽，軸承組件31上的軸承35與凹槽接觸，轉(zhuǎn)動卡環(huán)可以相對軸承35轉(zhuǎn)動。
[0020]被測結(jié)構體5放置于轉(zhuǎn)動卡環(huán)33內(nèi)，調(diào)整緊固螺栓30，使其與被測結(jié)構體5貼合并固定；通過更換軸承組件31和轉(zhuǎn)動卡環(huán)33以適應不同尺寸大小的被測結(jié)構體，沿導軌6移動I向測量滑塊滑塊7，從而改變被測結(jié)構體5在支承板9上的位置。
[0021]y向扭桿19螺接固定于支承板9下表面中心，y向扭桿19下端成十字鍵,插入下底板11中間部位的十字槽。測量時，y向扭桿19受十字槽的限制，提供扭擺扭矩，y向轉(zhuǎn)筒18支撐支承板9繞y軸轉(zhuǎn)動。
[0022]X向轉(zhuǎn)筒26直徑較小的一端為內(nèi)部帶螺紋孔的臺階軸，X向扭桿23兩端加工螺紋，滾子軸承25內(nèi)圈套在X向轉(zhuǎn)筒臺階軸上，滾子軸承25外圈設置在X向固定筒24靠近被測結(jié)構體5 —端的臺階上；x向固定筒24遠離被測結(jié)構體5 —端設一螺紋通孔，與X向扭桿23螺接并通過螺母固定，通過改變更換X向轉(zhuǎn)筒26和轉(zhuǎn)接環(huán)28，并改變X向測量滑塊在X向測量水平導軌上的位置，適應不同尺寸規(guī)格的被測結(jié)構件。
[0023]利用本實用新型裝置進行轉(zhuǎn)動慣量測量的過程如下:
[0024]為保證被測件測量結(jié)果可靠，需準備一標準件，對于形狀規(guī)則、質(zhì)量均勻分布的標準件，可通過理論計算很好確定其質(zhì)心位置和轉(zhuǎn)動慣量，設系統(tǒng)空載轉(zhuǎn)動慣量、標準件轉(zhuǎn)動慣量、系統(tǒng)與被測件總的轉(zhuǎn)動慣量分別為:1ο、Ib、Id2;空載阻尼振蕩頻率、系統(tǒng)與標準件總的阻尼振蕩頻率、系統(tǒng)與被測件總的阻尼振蕩頻率分別為codl、COd2，則系統(tǒng)自由扭擺振蕩方程可描述為:
【權利要求】
1.一種大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，包括底板(11)，其特征在于: 當用于測量大型結(jié)構體y向轉(zhuǎn)動慣量時，所述底板(11)上安裝有y向測量系統(tǒng)；所述y向測量系統(tǒng)包括固定在底板(11)上的用于為被測結(jié)構體(5)提供y向扭力矩的y向轉(zhuǎn)筒組件，所述y向轉(zhuǎn)筒組件上端固定有支承板(9)，所述支承板(9)上水平設置有兩根平行導軌(6)，每根導軌(6)上安裝有一個以上可沿所述導軌(6)滑動的滑塊(7)，兩根平行導軌(6)相對位置上的y向測量滑塊(7)為一組，每組y向測量滑塊(7)上固定有一個用于固定被測結(jié)構體(5)的固定機構；所述支承板(9)上設置有用于測量所述y向測量滑塊(7)滑動距離的光柵尺；所述支承板(9)下表面固定有y向測量光電頭(8);所述底板(11)上固定有與所述I向測量光電頭配套的I向測量感光器(10)； 當用于測量大型結(jié)構體X向轉(zhuǎn)動慣量時，所述底板(11)上安裝有X向測量系統(tǒng)；所述X向測量系統(tǒng)包括兩根平行設置在所述底板(11) 一端的X向測量水平導軌(15 );所述兩根X向測量水平導軌(15)上各設置有一個以上可沿所述X向測量水平導軌(15)滑動的X向測量滑塊(14);兩根X向測量水平導軌(15)相對位置上的X向測量滑塊(14)為一組，每組X向測量滑塊(14)上固定有一個支撐架(1);所述支撐架(1)頂端與用于為所述被測結(jié)構體(5)提供X向扭力矩的X向扭轉(zhuǎn)組件一端固定連接；所述X向扭轉(zhuǎn)組件另一端與所述被測結(jié)構體(5)—端連接；所述X向扭轉(zhuǎn)組件下表面固定有X向測量光電頭(2)，所述X向測量水平導軌(15) —端的底板(11)上固定有與所述X向測量光電頭(2)配套的X向測量感光器(13)。
2.根據(jù)權利要求1所述的大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述支承板(9)下表面開設有環(huán)形槽；所述y向轉(zhuǎn)筒組件包括固定豎直設置的y向轉(zhuǎn)筒(18)，所述y向轉(zhuǎn)筒(18)底端直徑小于所述y向轉(zhuǎn)筒(18)上端直徑，所述y向轉(zhuǎn)筒(18)上端嵌入所述環(huán)形槽，所述y向轉(zhuǎn)筒(18 )底端通過連接環(huán)(20 )與所述底板(11)連接；所述y向轉(zhuǎn)筒(18 )內(nèi)豎直設有y向扭桿(19)，所述y向扭桿(19)上端與所述環(huán)形槽內(nèi)的支承板(9)下表面固定連接，所述y向扭桿(19)下端穿過所述連接環(huán)(22)與所述底板(11)固定連接；所述y向轉(zhuǎn)筒(18)外套有底端固定在所述底板(11)上的防護筒(21);所述防護筒(21)上端、y向轉(zhuǎn)筒(18)上端相對位置分別設有凹槽和凸臺(12)，所述凹槽內(nèi)設置有y向測量滾子軸承(16)，且所述I向測量滾子軸承(16)與所述凸臺(12)上表面貼合；所述y向轉(zhuǎn)筒(18)底端直徑較小部分與該部分上的I向轉(zhuǎn)筒(18)之間形成的凹臺放置在所述連接環(huán)(22)上的推力球軸承(22)上；所述防護筒(21)底端內(nèi)側(cè)凸起，該凸起部分與所述推力球軸承(22)接觸。
3.根據(jù)權利要求1所述的大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述X向扭轉(zhuǎn)組件包括一端開口的X向固定筒(24)、x向轉(zhuǎn)筒(26);所述X向固定筒(24)通過連接塊(29)與所述支撐架(1)頂端固定連接；所述X向固定筒(24)遠離被測結(jié)構體(5)的未開口端底面內(nèi)壁與X向扭桿(23) —端固定連接；所述X向轉(zhuǎn)筒(26) —端直徑小于另一端直徑；所述X向固定筒(24)靠近被測結(jié)構體(5)的一端通過X向滾子軸承(25)套在所述X向轉(zhuǎn)筒(26)直徑較小的一端上；所述X向扭桿(23)靠近被測結(jié)構體(5)的一端穿過所述X向轉(zhuǎn)筒(26)直徑較小一端并固定；所述X向轉(zhuǎn)筒(26)遠離所述X向固定筒(24)的一端通過連接環(huán)(27)與所述被測結(jié)構體(5)固定連接。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的大型結(jié)構體轉(zhuǎn)動慣量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述y向測量系統(tǒng)包括兩個固定機構；所述固定機構包括外固定環(huán)(32),所述外固定環(huán)(32)內(nèi)壁通過多個等間隔布置的軸承組件(31)與轉(zhuǎn)動卡環(huán)(33)外壁接觸，且所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)(33)能以穿過所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)(33)圓心 且與所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)(33)所在平面垂直的軸為中心旋轉(zhuǎn)；所述外固定環(huán)(32)、轉(zhuǎn)動卡環(huán)(33)同心；所述轉(zhuǎn)動卡環(huán)(33)內(nèi)徑與所述被測結(jié)構體(5)外徑大小匹配；所述外固定環(huán)(32)通過底座(34)與所述y向測量滑塊(7)固定連接。
【文檔編號】G01M1/10GK203551198SQ201320716980
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權日:2013年11月14日
【發(fā)明者】湯浩, 劉輝, 楊爾衛(wèi), 鄧星 申請人:湖南航天機電設備與特種材料研究所