一种转动惯量测量工装机构的探讨*

李 敏,王晓峰

(1.郑州旅游职业学院,河南郑州 450001;2.郑州职业技术学院,河南郑州 450001)

一种转动惯量测量工装机构的探讨*

李 敏1,王晓峰2

(1.郑州旅游职业学院,河南郑州 450001;2.郑州职业技术学院,河南郑州 450001)

在转动惯量测量台的基础上,设计出一种新型的三维空间转换定位机构,实现对被测物体进行多方位转动惯量测量的需求。提出了一种能明显提高转动惯量测量效率的方法,并给出了工装机构的测量原理和具体测量方法。关键词:转动惯量;测量工装机构;测量方法

0 引 言

转动惯量的大小反映的是物体绕某一轴旋转时,其转动状态惯性大小的量度。同时转动惯量也是航空航天、武器系统、精密仪器、工程机械等领域许多零部件和产品的重要质量特性评价参数,所以进行物体的转动惯量参数测量有着至关重要的意义。转动惯量的测量方法目前应用最为广泛的是扭摆法。

转动惯量测量一般是测量出工件的三个独立的分量,通常是采用两套工装,一是直立工装用于测量轴向转动惯量Jx,二是水平工装测量横向转动惯量Jy和Jz,将这两套工装分别连接到转动惯量测量台上测量出工件转动惯量的三个分量。这两套工装都实用有效,但由于是两套工装,实际测量中需要更换工装夹具、重新吊装被测工件。这不仅会影响到工作效率的提高,同时也直接影响测量精度。

该工装测量机构的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种可对被测工件实现三维测量的三维空间转换定位机构,该工装测量机构对于长径比较大的工件难以实现,但对于三维尺寸比较接近的工件,比如空间飞行器的某些舱体,采用笔者提出的三维转换定位机构,则可以实现一套工装、一次装夹测量出物体(工件、产品)转动惯量的三个分量,即实现物体X向、Y向、Z向的转动惯量测量,该方法既保证了测量精度又提高了工作效率。

1 转动惯量测量台

转动惯量测量台根据被测工件的大小,测量台的样式也各种各样,目前应用较为普遍的转动惯量测量台如图1所示。

图1 转动惯量测量台

被测体通过三维转换定位机构安装在承物盘上,承物盘与主轴同轴心刚性连接,主轴固定在机架上,主轴下端与扭杆相连,可使承物盘和其上的三维定心机构及被测体一起作圆周复摆运动,其拨动机构是该复摆运动的驱动机构。通过传感器挡板和传感器支架可以测出其摆动周期,依据摆动周期与转动惯量的关系,即可求得被测体的转动惯量。目前该项技术已较为成熟,其测量精度可以达到0.1%～0.5%。

2 三维转换定位机构

三维转换定位机构设计原理见附图2和附图3,该三维空间转换的定位机构通过其外层工装支架与承物盘相结合,内层工装支架可以沿呈十字分布四根伸缩定位轴(Y-Y、Z-Z)的两个水平状态方向转动,带动被定位产品由X向直立状态转为水平状态,实现被测产品的X向直立,Y向水平,Z向水平三个工位的精确定位(见附图2、3)。

图2 三维定心机构俯视

图3 三维定心机构主观

具体操作方法如下:如将位于Y-Y轴线方向设置的左右两根伸缩定位轴通过手轮调节,使其脱离内层工装支架,此时内层工装支架可绕Z-Z同轴线安装的前后两根伸缩定位轴转动,当内层工装支架转至水平位置时(此时位于内层工装支架底部中心位置的水平定位轴孔的轴线恰好与位于Y-Y轴线方向设置的左右两根伸缩定位轴的轴线重合,处于同轴线位置),再将与水平定位轴孔所处位置同侧的伸缩定位轴通过手轮调节与水平定位轴孔相配合,并通过辅助定心杆和伸缩定位轴定位机构的作用,即实现被测产品的Y-Y方向水平定位工作状态。相同方法可调节实现Z-Z方向水平工作状态。

该三维定心测量机构可在不需要拆卸被测物体、更换工装夹具的前提下,实现对被测物体进行多方位的测量要求,即实现被测工件的X向直立,Y向水平, Z向水平的三个工位的定位,保证被测工件形位放置的准确性,提高被测产品定位可靠性和精度。

3 测量方法

依据上述测量原理,将被测体吊装在三维定心机构的内层工装支架上,并使三维定心机构的外层工装支架连接在转动惯量测量台的承物盘上,通过辅助定心杆和伸缩定位轴定位机构的作用使被测产品精确定位。由转动惯量测量台上的拨动机构驱动主轴带动产品旋转,在扭杆的作用下三维定心机构及被测体作圆周复摆运动,通过传感器挡板和传感器支架可测出其摆动周期,依据摆动周期与转动惯量的关系,即可求得被测体在该工位的转动惯量。其它两个工位的转动惯量在不需要更换工装的前提下,对三维定心机构进行相应的操作,即可测得对应工位的转动惯量。

4 结 论

(1)设计出了一种新的转动惯量三维空间转换定位测量机构。

(2)转动惯量测量设备的研制提供了新的技术手段,测量效率明显提高,三维转换定位机构结合已有的转动惯量测量技术,开发出系列工件转动惯量测量设备,其转动惯量测量精度已达0.1%～0.5%。

(3)为了提高转动惯量的测量精度,应尽量减少空载转动惯量,因此在设计工装时采用了内外层框架结构。这样使得转动惯量的测量精度得以提高。

[1] 贝 超.KKV质量、质心、转动惯量一体化测量方法研究[J].现代防御技术,2000(6):12-17.

[2] 鲁四平,卢志辉,孙志扬,等.导弹弹头质量特性参数测量方法的研究[J].机械强度,2002(4):623-625.

Discussion on a Kind of Measurement Tooling Mechanism for Moment of Inertia

LI Min1,WANG Xiao-feng2
(1.Zhengzhou Tourism College,Zhengzhou Henan 450001,China; 2.Zhengzhou Vocational and Technical College,Zhengzhou Henan 450001,China)

On the basis of the measuring station for the moment of inertia,a new type of three-dimensional space conversion positioning mechanism is designed in this paper,in order to achieve the multidimensional inertia measurement requirement to the object.A method which could significantly improve the measurement efficiency of the moment of inertia is proposed,and then the measurement principles and the specific measurement methods of tooling agencies are given.

moment of inertia;measuring tooling agency;measuring method

O313

A

1007-4414(2015)05-0146-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.051

2015-07-16

李 敏(1973-),女,河南郑州人,副教授,研究方向:机械设计。