双扭杆转动惯量测量装置制造方法及图纸

双扭杆转动惯量测量装置属于机械测量技术领域，目的在于解决现有技术中单扭杆测量方法存在的测量范围有一定限制的问题。本发明专利技术的双扭杆转动惯量测量装置包括水平的扭盘、摆针、凹槽形光电传感器、扭杆轴、支撑套和装置外壳；摆针固定在扭盘下端，在固定在装置外壳上的凹槽形光电传感器的凹槽内摆动；扭杆轴通过轴承固定在扭盘底面，扭杆轴与扭盘同轴，扭杆轴下端通过固定插销与支撑套固定连接，支撑套设置在装置外壳内部与装置外壳固定连接；扭杆轴包括第一扭杆和第二扭杆两端，第一扭杆和第二扭杆连接处设置有水平方向的插销孔，通过可动插销的插入和拔出实现第一扭杆和第二扭杆连接处与支撑套的固定和松开。

【技术实现步骤摘要】
双扭杆转动惯量测量装置
本专利技术属于机械测量
，具体涉及一种双扭杆转动惯量测量装置。
技术介绍
一般测量物体转动惯量的测量方法有多种，最常见的有复摆法，线摆法和扭摆法等。它们的共同点是对被测物体施加外力，破坏系统的静平衡，撤销外力后被测物体自由摆动，通过测量其摆动周期可计算出被测物体绕回转轴的转动惯量。复摆法的误差主要来自小摆角假设、摩擦阻力和空气阻力，复摆法不适用于质量较大的被测物体。使用线摆法对质量和尺寸较大的物体进行转动惯量测量，存在许多困难：被测件在转动过程中常会伴随扭动，故很难准确测量摆动周期；如何进行悬挂，旋线如何固定，摆线拉长带来的误差如何修正等问题暂时也没有得到有效的解决。扭摆法的测试精度最高，装夹方便，误差可小于1％，其误差主要来自摩擦阻力和空气阻力，并且可以通过改进结构提高测试精度，现有技术中一般采用单扭杆来实现对转动惯量的测量，单扭杆测量由于机构本身具有一定的局限性，使装置整体测量的范围有一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种双扭杆转动惯量测量装置，解决现有技术中单扭杆测量方法存在的测量范围有一定限制的问题。为实现上述目的，本专利技术的双扭杆转动惯量测量装置包括水平的扭盘、摆针、凹槽形光电传感器、扭杆轴、支撑套和装置外壳；所述摆针固定在所述扭盘下端，在固定在装置外壳上的凹槽形光电传感器的凹槽内摆动；所述扭杆轴通过轴承固定在所述扭盘底面，所述扭杆轴与所述扭盘同轴，所述扭杆轴下端通过固定插销与所述支撑套固定连接，所述支撑套设置在所述装置外壳内部与所述装置外壳固定连接；所述扭杆轴包括第一扭杆和第二扭杆，第一扭杆和第二扭杆连接处设置有水平方向的插销孔，通过可动插销的插入和拔出实现第一扭杆和第二扭杆连接处与支撑套的固定和松开。所述第一扭杆的长度为L1，直径为D1，第二扭杆的长度为L2，直径为D2，其中L1≠L2、D1≠D2。所述扭盘上端设置有固定试件用的固定装置。所述固定装置为V形架或固定夹具。本专利技术的有益效果为：本专利技术的双扭杆转动惯量测量装置由于通过可动插销进行单双扭杆的切换，可动插销插上时，将下面的第二扭杆和支撑套固定连接，上下端同时固定，导致第二扭杆不可运动，从而第一扭杆扭转，第二扭杆不动；可动插销拔拔下时，第二扭杆上端与支撑套分离，从而可以运动，第一扭杆和第二扭杆同时扭转；一台设备实现两台设备的功能，极大地降低了成本，有效地提高了转动惯量的测量范围，方便地解决了单扭杆存在的问题。附图说明图1为本专利技术的双扭杆转动惯量测量装置整体结构示意图；其中，1、试件，2、扭盘，3、摆针，4、光电传感器，5、轴承，6、扭杆轴，7、第一扭杆，8、支撑套，9、可动插销，10、第二扭杆，11、固定插销，12、装置外壳。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明。参见附图1，本专利技术的双扭杆转动惯量测量装置包括水平的扭盘2、摆针3、凹槽形光电传感器4、扭杆轴6、支撑套8和装置外壳12；所述摆针3固定在所述水平扭盘2下端，在固定在装置外壳12上的凹槽形光电传感器4的凹槽内摆动；所述扭杆轴6通过轴承5固定在所述扭盘2底面，所述扭杆轴6与所述扭盘2同轴，所述扭杆轴6下端通过固定插销11与所述支撑套8固定连接，所述支撑套8设置在所述装置外壳12内部与所述装置外壳12固定连接；所述扭杆轴6包括第一扭杆7和第二扭杆10，第一扭杆7和第二扭杆10连接处设置有水平方向的插销孔，通过可动插销9的插入和拔出实现第一扭杆7和第二扭杆10连接处与支撑套8的固定和松开。所述第一扭杆7的长度为L1，直径为D1，第二扭杆10的长度为L2，直径为D2，其中L1≠L2、D1≠D2。所述扭盘2上端设置有固定试件1用的固定装置。所述固定装置为V形架或固定夹具。本专利技术的双扭杆转动惯量测量装置工作原理为：将扭盘在水平面内转过一个角度θ，当可动插销插9上时，第一扭杆7扭转θ，当可动插销9拔下时第一扭杆7扭转θ1角度，第二扭杆10同时扭转θ2角度(θ＝θ1+θ2)；当突然释放扭盘2时，扭盘连同试件1在扭杆轴6恢复力矩作用下开始绕垂直轴作往复扭摆运动，由弹性(虎克)定律，扭杆轴6受扭转而产生的恢复力矩M与所转过的角度θ成正比。M＝Kθ(1)其中：M—恢复力矩K—扭杆轴6的弹性系数，当材料及结构确定时为常数θ—扭杆轴6转过的角度；根据刚体定轴转动定律有：Mz＝Jβ(2)其中：Mz—扭盘2连同试件1对于扭杆轴6的合外力矩J—扭盘2连同试件1以扭杆轴6轴心的转动惯量β—扭盘2连同试件1的角加速度；由于扭摆运动是逐渐变慢的，做减速运动，令ω2＝K/J得：Mz＝Jβ＝-Kθ(3)β＝d2θ/dt2＝-(K/J)θ＝-ω2θ(4)得：d2θ/dt2＝-ω2θ(5)求解二阶常系数齐次线性微分方程得：θ＝C1cosωt+C2sinωt(6)其中：A—谐振角振幅ω—角速度—初相位角；上式表示扭摆运动具有谐振动的特性，角加速度角位移成正比，且方向相反。此谐振动周期为：T＝2π/ω＝2π(K/J)-1/2(8)由公式(7)得：J＝KT2/(4π2)(9)本专利技术的测量装置的参数计算为：在双扭杆转动惯量测量装置设计时，受结构及运动的限制，谐振周期T在T1和T2(T1＜T2)之间，则在扭杆轴6的弹性系数为固定结构的情况下弹性系数K为常数，则公式(9)可解得：J1＝KT12/(4π2)(10)J2＝KT22/(4π2)(11)此转动惯量测量装置的测量范围为：J1～J2(J1＜J2)之间：1、单扭杆测量当可动插销插9上时第一扭杆7扭转，即为单扭杆测量，此时第一扭杆7的弹性系数为K1，根据材料力学扭转定律：θ＝ML/GIP(12)其中：θ—扭杆的相对扭转角L—扭杆的作用长度G—扭杆的弹性模量IP—横截面极惯性矩；由上式知K1＝M/θ＝GIP1/L1，对于实心圆截面，IP＝πD4/32，推出：K1＝(πD14G)/(32L1)(13)其中：D1—第一扭杆7作用直径L1—第一扭杆7作用长度；扭杆轴6可选用65Mn钢制作，扭转弹性模量G＝80～84GN/m2；代入，由(10)、(11)式可得：J11＝K1T12/(4π2)(14)J12＝K1T22/(4π2)(15)此单扭杆转动惯量测量装置的测量范围为：J11～J12(J11＜J12)之间；2、双扭杆测量当可动插销拔9下时第一扭杆7和第二扭杆10同时扭转，即为双扭杆测量，此时第一扭杆7的弹性系数为K1，第二扭杆10的弹性系数为K2，由于第一扭杆7和第二扭杆10为串列布置，两杆在预加一个扭矩时应承受同样的相等的扭矩，即：K1＝M/θ1；K2＝M/θ2K0＝M/θ；θ＝θ1+θ2从而推出1/K0＝1/K1+1/K2(16)其中：K0—两个扭杆共同作用后扭杆的弹性系数(K0＜K2＜K1)；参照上面弹性系数计算方法得：K2＝(πD24G)/(32L2)(17)D2—第二扭杆10作用直径L2—第二扭杆10作用长度将(13)、(17)代入(16)解得：K0＝πG〔D1D2〕4/[32(L1D24+L2D14)]代入(10)、(11)式得：J21＝K0T12/(4π2)J22＝K0T22/(4π2)此双扭杆转动惯量测量装置的测量范围为：J21～J22(J21＜J22)之间；J21＜J22＜J11＜J12通过以上计算得到J本文档来自技高网...

【技术保护点】
双扭杆转动惯量测量装置，其特征在于，包括水平的扭盘(2)、摆针(3)、凹槽形光电传感器(4)、扭杆轴(6)、支撑套(8)和装置外壳(12)；所述摆针(3)固定在所述扭盘(2)下端，在固定在装置外壳(12)上的凹槽形光电传感器(4)的凹槽内摆动；所述扭杆轴(6)通过轴承(5)固定在所述扭盘(2)底面，所述扭杆轴(6)与所述扭盘(2)同轴，所述扭杆轴(6)下端通过固定插销(11)与所述支撑套(8)固定连接，所述支撑套(8)设置在所述装置外壳(12)内部与所述装置外壳(12)固定连接；所述扭杆轴(6)包括第一扭杆(7)和第二扭杆(10)两端，第一扭杆(7)和第二扭杆(10)连接处设置有水平方向的插销孔，通过可动插销(9)的插入和拔出实现第一扭杆(7)和第二扭杆(10)连接处与支撑套(8)的固定和松开。

【技术特征摘要】
1.双扭杆转动惯量测量装置，其特征在于，包括水平的扭盘(2)、摆针(3)、凹槽形光电传感器(4)、扭杆轴(6)、支撑套(8)和装置外壳(12)；所述摆针(3)固定在所述扭盘(2)下端，在固定在装置外壳(12)上的凹槽形光电传感器(4)的凹槽内摆动；所述扭杆轴(6)通过轴承(5)固定在所述扭盘(2)底面，所述扭杆轴(6)与所述扭盘(2)同轴，所述扭杆轴(6)下端通过固定插销(11)与所述支撑套(8)固定连接，所述支撑套(8)设置在所述装置外壳(12)内部与所述装置外壳(12)固定连接；所述扭杆轴(6)包括第一扭杆(7)和第二扭杆(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德民，李俊烨，张心明，刘蒹，马义平，孙营营，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22