專利名稱：一種主動平衡的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理參數(shù)測試臺，特別是一種主動平衡的采用三線扭擺振動理論進(jìn)行剛體動力學(xué)參數(shù)測試的測試臺。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)動慣量是一個(gè)重要的動力學(xué)參數(shù)，利用三線扭擺法進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量的測量有兩種情況:一種是被測物體的質(zhì)心與三線擺的扭擺軸線重合，這種情況通常存在于規(guī)則形狀的待測物體，通過簡單的定位即可滿足對心的要求。第二種情況是被測物體的質(zhì)心并不與三線擺的扭擺軸線重合，如汽車零件等制造業(yè)中的部件，體積大，質(zhì)量大，不容易對心。此時(shí)三擺線受力不均，不滿足扭擺的對心要求。為此，要根據(jù)具體情況進(jìn)行配重，通過施加配重砝碼使三根擺線受力均勻。測出裝置的總轉(zhuǎn)動慣量，再減去托盤和配重砝碼的轉(zhuǎn)動慣量，得到待測物的轉(zhuǎn)動慣量。第二種情況下，為了得出砝碼的轉(zhuǎn)動慣量，每次匹配過配重砝碼后，都需要將被測物體撤下，然后在配重砝碼的對稱位置放置相同的砝碼，再次測量這些砝碼的轉(zhuǎn)動慣量，之后將該轉(zhuǎn)動慣量除以2獲得配重砝碼的轉(zhuǎn)動慣量。然而針對大體積、大質(zhì)量的被測物體，在測試臺托盤上的放置和撤下，不僅帶來了繁瑣的測試流程，匹配砝碼的對稱位置放置的不精確，也降低了測量的精確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一提出一種三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺。所述測試臺包括測試臺頂盤(11)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，所述測試臺進(jìn)一步包括三只力傳感器(10)、配重塊(5)以及托盤參考標(biāo)識(14)；
所述三只力傳感器(10)分別位于三根擺線(6)的上端，并剛性固定于頂盤(11)的三個(gè)呈圓周均勻分布的上懸點(diǎn)上；
所述托盤參考標(biāo)識(14)是位于托盤上表面的位置標(biāo)識。優(yōu)選地,所述配重塊(5)是已知質(zhì)量及繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量的質(zhì)量塊。優(yōu)選地，所述配重塊(5)為圓盤形、圓臺形或立方體形。優(yōu)選地，所述配重塊(5)中心可以開設(shè)一垂直通孔。優(yōu)選地，所述托盤參考標(biāo)識以托盤中心為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系(141)，所述極坐標(biāo)系(141)是以托盤中心為原點(diǎn)標(biāo)識出的多個(gè)不同半徑的圓環(huán)。優(yōu)選地，所述托盤參考標(biāo)識是以托盤中心為圓心、不同半徑圓周上均勻分布的多個(gè)凹孔(142)。優(yōu)選地，所述三個(gè)上懸點(diǎn)所在圓的直徑為200-5000mm。在本發(fā)明中，通過配重塊5和托盤參考標(biāo)識的配合，確保三線擺測量的對心要求，保證了測量精度；可以快速地獲得所加配重塊相對于扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量，只需一次測量便可獲知被測物體的定軸轉(zhuǎn)動慣量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的振擺系統(tǒng)。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的平衡系統(tǒng)。圖5為本發(fā)明實(shí)施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的托盤示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的托盤升降及定心裝置。I立柱加強(qiáng)板；2底盤；3托盤加強(qiáng)筋；4托盤；5配重塊；6擺線；7起重梁加強(qiáng)板；8立柱；9起重梁；10傳感器；11頂盤；12升降裝置；13定心裝置；14托盤參考標(biāo)識；15托盤圓形通孔。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明中的三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺主要包括四個(gè)部分:支架、振擺系統(tǒng)、主動平衡系統(tǒng)、托盤升降及定心裝置。一:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架
三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架包括底盤2、立柱8、起重梁9和頂盤11。本發(fā)明中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架底盤2呈放射狀，底盤結(jié)構(gòu)以一個(gè)正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側(cè)延長相同長度的延長邊。支架頂盤11與底盤2類似，同樣呈放射狀，頂盤結(jié)構(gòu)同樣以一個(gè)正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側(cè)延長相同長度的延長邊，為了給托盤升降裝置12預(yù)留安裝空間，頂盤延長邊相對于底盤延長邊位于中心三角形的相反側(cè)。例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側(cè)延伸，則頂盤中心三角形各邊是沿各邊長的右側(cè)延伸，如圖2所示。為了加強(qiáng)支架的穩(wěn)定，底盤2中心正三角形邊長大于或等于頂盤11的中心正三角形邊長，且底盤外接圓半徑大于或等于頂盤外接圓半徑。底盤2和頂盤11是利用型材或槽鋼組成，連接方式可以采用焊接、鉚接、螺栓等。支架包括三根立柱8，立柱可以利用型材、鋼管或無縫鋼管經(jīng)過截?cái)嗉庸ざ?。每根立?兩端分別連接底盤中心三角形一個(gè)延長邊頂端和頂盤中心三角形一個(gè)延長邊頂端，每根立柱下端連接于底盤2中心三角形一個(gè)延長邊頂端，上端連接于頂盤11中心三角形對應(yīng)延長邊頂端；立柱兩端可以通過焊接、鉚接或螺栓方式連接立柱加強(qiáng)板1，立柱兩端的加強(qiáng)板I與底盤2、頂盤11的連接方式可以采用螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運(yùn)輸；底盤外接圓半徑大于或等于頂盤外接圓半徑，三根立柱均垂直向上擺放或均向支架中心線(即底盤或頂盤的中軸線)傾斜一定角度，以保證本發(fā)明所述測試臺支架作為起吊被測剛體的支架時(shí)的穩(wěn)定性，便于起吊被測剛體，也無需地腳螺栓固定。為了適應(yīng)于大體積，大質(zhì)量的復(fù)雜剛體的測量，立柱8長度范圍可以設(shè)置在1000^15000 mm之間；立柱向支架中心線的傾角范圍在0 30°之間。支架包括起重架，起重架是由三根相同長度的起重梁9兩端兩兩相連構(gòu)成的正三角形結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中兩兩連接方式可以是焊接、鉚接或螺栓等；三根起重梁分別位于三根立柱的兩兩之間，可利用型材(如:方鋼、工字鋼等)切斷而成，正三角形起重架上的每一頂點(diǎn)焊有一起重梁加強(qiáng)板7，與焊接于立柱中部的起重梁加強(qiáng)板7通過螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運(yùn)輸；起重架位于底盤2與頂盤11之間，且平行于頂盤和頂盤，用于懸掛起重設(shè)備如手拉葫蘆或電動葫蘆(可以采用橋式電動葫蘆)，以便將被測剛體吊上托盤4或吊離托盤4。借助于該支架，可以安裝三線擺振擺系統(tǒng)，可以安裝托盤4的升降裝置12，可以安裝被測剛體起吊裝置，同時(shí)該支架可以穩(wěn)定地放置于水平地面而無需地腳螺栓固定。二:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的振擺系統(tǒng)
如圖3所示，三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的振擺系統(tǒng)包括三根擺線6、托盤
4、托盤加強(qiáng)筋3。托盤4為圓盤，可以通過型材加工而成，例如用鋼板通過切割加工成的圓盤。托盤加強(qiáng)筋3固定于托盤下方，托盤加強(qiáng)筋3為等邊三角形結(jié)構(gòu)，或者是與本發(fā)明中底盤結(jié)構(gòu)或頂盤結(jié)構(gòu)類似，即以一個(gè)正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側(cè)延長相同長度的延長邊。若為后者，托盤加強(qiáng)筋中心正三角形的三條延長邊相對于底盤中心正三角形的延長邊位于相反側(cè)，例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側(cè)延伸，則托盤加強(qiáng)筋中心三角形各邊是沿各邊長的右側(cè)延伸。托盤加強(qiáng)筋3通過槽鋼等型材焊接而成。托盤加強(qiáng)筋3與其上的托盤4通過焊接或鉚接或螺栓剛性連接在一起，以增加托盤的翹曲剛度，提高測試精度。托盤加強(qiáng)筋3的懸點(diǎn)所在圓周的半徑等于或大于托盤4的外圓半徑，從而擴(kuò)展測試臺可測試剛體的形體尺寸上限，同時(shí)又不用增大托盤的質(zhì)量及其轉(zhuǎn)動慣量，進(jìn)而擴(kuò)展測試臺可測試剛體的質(zhì)量下限。三根擺線6長度相等；擺線上端通過力傳感器10懸掛于三線擺測試臺的頂盤11的三個(gè)呈圓周均勻分布的上懸點(diǎn)上，擺線下端懸掛于托盤4或托盤加強(qiáng)筋3的三個(gè)呈圓周均勻分布的下懸點(diǎn)上；三根擺線的上懸點(diǎn)所在圓周半徑與下懸點(diǎn)所在圓周半徑相等。三根擺線上懸點(diǎn)所在圓半徑與下懸點(diǎn)所在圓半徑相等時(shí)，相較于上、下懸點(diǎn)半徑不等的情形，轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算公式簡單，測量參數(shù)少，因而測量精度高。本發(fā)明中，可以在托盤上開鑿若干圓形通孔15 (如圖3所示)，通孔是在以托盤中心點(diǎn)為圓心的圓周上均勻分布，以便在托盤剛度滿足要求的情況下，減輕托盤自身重量，從而擴(kuò)展測試臺可測試剛體的質(zhì)量下限。三:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的主動平衡系統(tǒng) 主動平衡系統(tǒng)包括力傳感器10、配重塊5以及托盤參考標(biāo)識14。

如圖4所示，主動平衡系統(tǒng)中的力傳感器10共三只，分別位于三根擺線的上端，擺線6通過力傳感器10剛性固定于頂盤11的三個(gè)呈圓周均勻分布的上懸點(diǎn)上?？衫昧鞲衅鳒y量被測物體的質(zhì)量。另外，由于在進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量的測量時(shí)，需要滿足對心的要求，進(jìn)而保證托盤在扭擺過程中質(zhì)心僅做上下運(yùn)動，而力傳感器則可在用于被測物體質(zhì)量測量的同時(shí)，還用來判斷三根擺線拉力是否相等，當(dāng)三只力傳感器測量數(shù)值一致時(shí)，表明三根擺線拉力相同，滿足了對心的要求，而當(dāng)三只力傳感器測量數(shù)值不一致時(shí)，表明三根擺線拉力不同，托盤受力不均衡，不滿足對心要求，此時(shí)，可以進(jìn)行被測物體的位置、配重塊的位置或大小的調(diào)整。其中，三個(gè)上懸點(diǎn)或下懸點(diǎn)所在圓的直徑為200-5000mm。主動平衡系統(tǒng)包括若干配重塊5，用于被測剛體在托盤4上因偏置，導(dǎo)致被測剛體不對心(三根擺線6拉力不相等)時(shí)，將合適的配重塊5放置于托盤4上，調(diào)整其位置，直至三根擺線6拉力相等，從而使被測剛體+配重塊5的質(zhì)心與托盤中心共鉛垂線，滿足三線擺測試臺的對心要求。其中，托盤4上所放置的配重塊5的質(zhì)心位置將通過托盤4上表面的參考標(biāo)識點(diǎn)來確定。所述配重塊5是已知質(zhì)量及繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量的任意形狀的質(zhì)量塊，例如圓盤形質(zhì)量塊，因其形體規(guī)則，其質(zhì)心即其中心。繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量可直接基于理論公式計(jì)算，準(zhǔn)確，精度高，從而確保三線擺的測試精度。圓盤形配重塊5中心可以開設(shè)一通孔(比如直徑20 mm),以便觀察并用記號筆標(biāo)記其質(zhì)心在托盤上的投影點(diǎn)；圓盤形質(zhì)量塊的外圓直徑和厚度因而質(zhì)量可以任意設(shè)定，例如，外圓直徑250 mm、厚度約60 mm的20 kg質(zhì)量塊,外圓直徑250 mm、厚度約30 mm的10kg質(zhì)量塊,外圓直徑145 mm、厚度約40 mm的5 kg質(zhì)量塊,外圓直徑95 mm、厚度約40 mm的2 kg質(zhì)量塊；質(zhì)量塊的形狀不僅僅限于圓盤形質(zhì)量塊，還可以是圓臺形、立方體形等。托盤參考標(biāo)識14是位于托盤表面的位置標(biāo)識。如圖5a所示，托盤參考標(biāo)識可以是標(biāo)注在托盤表面的以托盤中心為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系141，以托盤中心為原點(diǎn)標(biāo)識出多個(gè)不同半徑的圓環(huán)，基于此，可以確定托盤上任一點(diǎn)的位置信息，從而確定配重塊5的放置位置。可替換地，托盤參考標(biāo)識也可以以托盤中心為圓心、不同半徑圓周上均勻分布的若干個(gè)標(biāo)記點(diǎn)142,如圖5b所示,標(biāo)記點(diǎn)為直徑1mm、深I(lǐng)mm的錐孔,標(biāo)記點(diǎn)在不同半徑的圓周上均勻分布，每個(gè)圓周上分布的標(biāo)記點(diǎn)個(gè)數(shù)點(diǎn)分別為四、八、十二等。托盤4上所放置的配重塊5的質(zhì)量及其繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量將從整個(gè)扭擺系統(tǒng)(即托盤加強(qiáng)筋3+托盤4+被測剛體+配重塊5)的質(zhì)量及其繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量中扣除。因?yàn)橥斜P加強(qiáng)筋3+托盤4的質(zhì)量及繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量可以預(yù)先獲得，此外，配重塊5的質(zhì)量Ma及繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量Ja已知,配重塊5繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量可由托盤參考標(biāo)示所確定的配重塊質(zhì)心投影點(diǎn)到托盤中心的距離r計(jì)算得到:Ja+Ma*r2，因而只需一次測試即可獲得被測剛體繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量Jb，(即將測得的整個(gè)扭擺系統(tǒng)繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量減去托盤加強(qiáng)筋、托盤、配重塊繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量)，無需卸載被測剛體后再次專門測量配重塊的轉(zhuǎn)動慣量，以提高測試效率，縮短測試時(shí)間，減少誤差環(huán)節(jié)，提聞測量精度。四:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺托盤升降及定心裝置 如圖6所示，升降及定心裝置包括升降裝置12、定心裝置13。升降裝置12，由三個(gè)千斤頂組成，三個(gè)千斤頂屬于同步千斤頂，分別安裝于三線擺測試臺的底盤2上，呈圓周均勻分布。千斤頂?shù)念愋涂梢愿鶕?jù)需要靈活選擇，如自鎖型同步千斤頂、液壓自鎖同步千斤頂、電動液壓自鎖同步千斤頂?shù)?。定心裝置13包括一個(gè)千斤頂，千斤頂活塞上端安裝一定心軸，可以隨活塞一起上升或下降。定心軸上端有5x5倒角，起擺前定心軸隨活塞上升穿過托盤4的中心孔使托盤定位，以便于托盤起擺；起擺后落下定心軸以消除其與托盤4中心孔壁間的摩擦，減小扭擺振動的阻尼，提高周期測量精度。其中，定心裝置可以是手動或電動的液壓千斤頂；
相應(yīng)地，在三線擺測試臺振擺系統(tǒng)中的托盤4的中心設(shè)一通孔，以便穿入上述的定心軸，保證托盤僅繞中心鉛垂軸線做純扭擺振動，而不會出現(xiàn)混擺或圓錐運(yùn)動，確保周期測量精度。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，所述測試臺包括測試臺頂盤(11)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，所述測試臺進(jìn)一步包括三只力傳感器(10)、配重塊(5)以及托盤參考標(biāo)識(14)； 所述三只力傳感器(10)分別位于三根擺線(6)的上端，并剛性固定于頂盤(11)的三個(gè)呈圓周均勻分布的上懸點(diǎn)上； 所述托盤參考標(biāo)識(14)是位于托盤上表面的位置標(biāo)識。
2.如權(quán)利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述配重塊(5)是已知質(zhì)量及繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量的質(zhì)量塊。
3.如權(quán)利要求2所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述配重塊(5)為圓盤形、圓臺形或立方體形。
4.如權(quán)利要求3所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述配重塊(5)中心可以開設(shè)一垂直通孔。
5.如權(quán)利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述托盤參考標(biāo)識以托盤中心為原點(diǎn)的極坐標(biāo)系(141)，所述極坐標(biāo)系(141)是以托盤中心為原點(diǎn)標(biāo)識出的多個(gè)不同半徑的圓環(huán)。
6.如權(quán)利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述托盤參考標(biāo)識是以托盤中心為圓心、不同半徑圓周上均勻分布的多個(gè)凹孔(142)。
7.如權(quán)利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述三個(gè)上懸點(diǎn)所在圓的直徑為200-5000mm。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，所述測試臺包括測試臺頂盤(11)、三根擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，所述測試臺進(jìn)一步包括三只力傳感器(10)、配重塊(5)以及托盤參考標(biāo)識(14)；所述三只力傳感器(10)分別位于三根擺線(6)的上端，并剛性固定于頂盤(11)的三個(gè)呈圓周均勻分布的上懸點(diǎn)上；所述托盤參考標(biāo)識(14)是位于托盤上表面的位置標(biāo)識。本發(fā)明的測試臺通過配重塊5和托盤參考標(biāo)識的配合，確保三線擺測量的對心要求，保證了測量精度；可以快速地獲得所加配重塊相對于扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量，只需一次測量便可獲知被測物體的定軸轉(zhuǎn)動慣量。
文檔編號G01M1/02GK103162903SQ20131005864
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者范讓林 申請人:北京科技大學(xué)