转动惯量测定装置及测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种转动惯量测定装置及测定方法，转动惯量测定装置包括试验台、绕线轮、转轴、底座、滑轮组件、拉线和初始加力组件；试验台和绕线轮均通过转轴转动连接于底座并且试验台、绕线轮和转轴三者同轴固定在一起，拉线的一端连接于绕线轮，另一端绕过滑轮组件并自由垂落，初始加力组件安装于底座用于为试验台的旋转提供初始角速度；在测量减速转动角加速度时通过砝码给转动系统拉力力矩，并通过初始加力组件给试验台和被测物提供一定的初始角速度使其在摩擦阻力及砝码的重力作用下完成减速转动，保证每次测量时试验台及被测物的初始角速度的一致性，降低实验时摩擦阻力矩随角速度变化对实验结果的影响，提高测量结果的准确性。

Rotating inertia measuring device and measuring method

The invention discloses an inertia measuring device and measuring method of moment of inertia measuring device comprises a test bed, a reel, a rotating shaft, a base, a pulley component, and the initial cable force module; test bench and winding wheels are rotated through a rotating shaft connected to the base and the test bench, the winding wheel and three coaxial shaft fixed together, pull one end connected to the other end of the reel, a pulley assembly and free fall, the initial force module is installed on the base for rotation of the test bench provides initial angular velocity; angular acceleration through weight to pull in torque reduction rotation system measurement, and through the initial afterburner component to the test bench the measured object and provide some initial angular velocity to complete the deceleration rotation friction and weight in the role of gravity, ensure each measurement test and measured at the beginning of The consistency of the initial angular velocity reduces the influence of the variation of the friction moment with the angular velocity on the experimental results and improves the accuracy of the measurement results.

【技术实现步骤摘要】
转动惯量测定装置及测定方法
本专利技术涉及一种转动惯量测定装置及测定方法。
技术介绍
转动惯量是刚体转动惯性大小量度的物理量，目前理工科高校采用的测量方法主要有三线摆法、扭摆法和落体法，从实验结果看，落体法测量结果不稳定且误差较大，为了解决落体法存在的问题，已有不少人进行了研究。有研究者指出在测量时，尽量选择小质量砝码和小半径塔轮，可减小阻力矩的影响，也有研究者分析实验所得数据的稳定性，指出在实验时可以通过反复进行减速实验，筛选合适的数据进行计算，并且尽量采用较小质量的砝码来产生恒力矩，但是反复进行减速实验所得数据较多，计算时工作量极大，不适合实际教学，且人为因素太大。也有研究实验中拉绳与转轴角度对刚体转动惯量测量值偏离的影响，并测出了转动体系在阻力矩作用下的角加速度与转速的关系。还有研究者分析拉线直径和实验仪器调整细节及其它因素对刚体所受恒力矩的影响及产生的误差。还有研究对阻力矩进行估测，并对阻力矩进行修正，定量分析了阻力矩的影响和指出可以调整实验仪器工作状态的方法抵消阻力矩等的影响。也有研究通过改进实验数据处理过程，改进时间的测量方法，提高数据的精确度，但是，现有文献研究结果均没有提出较好的适合教学的实际操作方法，避免或减小摩擦阻力矩随角速度变化对实验结果的影响。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种转动惯量测定装置，为了降低实验时摩擦阻力矩随角速度变化对实验结果的影响，在测量减速转动角加速度时也通过砝码给转动系统拉力力矩，通过初始加力组件给试验台和被测物提供一定的初始角速度使其在摩擦阻力及砝码的重力作用下完成减速转动，保证每次测量时试验台及被测物的初始角速度的一致性，提高测量结果的准确性。本专利技术的转动惯量测定装置，包括试验台、绕线轮、转轴、底座、滑轮组件、拉线和初始加力组件；所述试验台和绕线轮均通过转轴转动连接于底座，并且试验台、绕线轮和转轴三者同轴固定在一起，所述滑轮组件安装于底座，所述拉线的一端连接于绕线轮，拉线的另一端绕过滑轮组件并自由垂落，所述初始加力组件安装于底座用于为试验台的旋转提供初始角速度；测量时把被测物放在试验台上，然后在拉线垂落的一端装上砝码，使试验台和被测物在初始加力组件的推动下旋转起来，并在摩擦阻力及砝码的重力作用下做减速转动，测出减速转动的角加速度，由于采用初始加力组件为试验台的旋转提供初始角速度，因此能够保证每次测量时试验台及被测物的初始角速度的一致性，提高测量结果的准确性。进一步，所述初始加力组件包括弹力装置，所述弹力装置布置于试验台的径向外侧用于为试验台提供切向的弹性推力，由于弹性推力的方向为试验台的切向，因此能充分利用弹力装置产生的动能，实现初始角速度的最大化。与此同时，作用于试验台的推力为弹力，使试验台能够平稳的加速并转动起来，避免因冲击作用造成试验台损坏。进一步，所述试验台的边部设有受力挡块；所述弹力装置包括滑槽、滑块和拉伸弹簧；所述滑槽沿试验台的切向布置，所述滑块滑动连接于滑槽，所述拉伸弹簧连接于滑槽和滑块之间，滑块上设有用于推动受力挡块的推块；通过手动推动推块和滑块整体滑动并且使推块贴紧挡块的后侧，此时拉伸弹簧处于被拉伸的状态，然后释放推块，使滑块和推块在拉伸弹簧的拉力作用下复位，同时通过挡块带动试验台旋转，由于推块做直线运动，而挡块做弧线运动，因此推块和挡块在运动过程中自动分离，并且推块自动脱离挡块的旋转轨道，不阻碍挡块的运动，在试验台边部沿圆周方向均匀布置多个挡块，不仅方便操作，同时能避免试验台重心偏移。进一步，所述初始加力组件还包括安装柱，所述弹力装置通过安装柱固定于底座，整体性好，而且保证弹力装置的滑槽与底座之间相对静止，保证试验台初始转动状态的一致性。进一步，所述绕线轮为具有直径互不相同的多个绕线槽的塔轮结构，根据测量的实际需要及合理性选择相应的绕线槽。进一步，所述绕线槽为5至8个，绕线槽的直径从上到下逐渐减小。进一步，所述转动惯量测定装置还包括用于检测试验台角加速度的检测组件；所述检测组件包括支架、遮光棒以及与数字毫秒计相连接的光电开关；所述遮光棒竖直固定于试验台底面；所述光电开关通过支架固定于底座；所述光电开关和遮光棒分别设有两个，两个光电开关及两个遮光棒均呈180°夹角分布，所述支架呈U形，遮光棒随试验台转动时，相继通过与数字毫秒计相连接的光电开关，能测出试验台旋转一定角度所需的时间以及在减速转动过程中的时间差，进而计算出试验台的角加速度。进一步，所述滑轮组件包括滑轮支架和安装于滑轮支架的定滑轮，所述滑轮支架以可升降的方式安装于底座；滑轮支架上还固定有用于对拉线进行导向的线架，底座上设有用于安装滑轮支架的凸台，滑轮支架通过立柱竖直插入凸台内，所述凸台上设有用于锁紧立柱的锁紧螺钉，因此扭动锁紧螺钉能对立柱进行不同高度的定位，实现滑轮支架的升降，以适应不同的绕线槽的高度，拉线穿过线架上的导向孔后绕在定滑轮上，设置线架能避免拉线因抖动而脱离定滑轮，保证测量过程稳定进行。本专利技术还公开了一种转动惯量测定方法，使用前述转动惯量测定装置进行测量，在拉线的垂落端装上砝码，让转动惯量测定装置先做匀加速运动后做匀减速运动.调整实验系统初始角速度的大小，记录砝码上升到最接近砝码匀加速下落运动开始位置处的测试结果；该转动惯量测定方法，尽管在测量中摩擦阻力矩发生较大变化，但是对结果影响较小，所测得转动惯量结果较为稳定且准确性较好，解决了实验时摩擦阻力矩变化导致结果数据不稳定性问题。进一步，使用半径r分别为15、20、25、30、35毫米的绕线轮，拉线的垂落端所装的砝码质量约为50克，可进行多组试验进行对比，选取最佳实现方案。本专利技术的有益效果是：本专利技术的转动惯量测定装置及测定方法，可在测量减速转动角加速度时也通过砝码给转动系统拉力力矩，并通过初始加力组件给试验台和被测物提供一定的初始角速度使其在摩擦阻力及砝码的重力作用下完成减速转动，保证每次测量时试验台及被测物的初始角速度的一致性，降低实验时摩擦阻力矩随角速度变化对实验结果的影响，提高测量结果的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为本专利技术的结构示意图；图2为图1的左视图；图3为试验台匀加速转动曲线图；图4(a)-(e)为试验台匀减速转动曲线；图5为试验台和圆盘匀加速转动曲线；图6(a)-(e)为试验台和圆盘匀减速转动曲线。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例一：如图1和图2所示：本实施例的转动惯量测定装置，包括试验台8、绕线轮7、转轴6、底座12、滑轮组件、拉线18和初始加力组件；所述试验台8和绕线轮7均通过转轴6转动连接于底座12并且试验台8、绕线轮7和转轴6三者同轴固定在一起，所述滑轮组件安装于底座12，所述拉线18的一端连接于绕线轮7，拉线18的另一端绕过滑轮组件并自由垂落，所述初始加力组件安装于底座12用于为试验台8的旋转提供初始角速度；测量时把被测物放在试验台8上，然后在拉线18垂落的一端装上砝码20，使试验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转动惯量测定装置，其特征在于：包括试验台、绕线轮、转轴、底座、滑轮组件、拉线和初始加力组件；所述试验台和绕线轮均通过转轴转动连接于底座，并且试验台、绕线轮和转轴三者同轴固定在一起，所述滑轮组件安装于底座，所述拉线的一端连接于绕线轮，拉线的另一端绕过滑轮组件并自由垂落，所述初始加力组件安装于底座用于为试验台的旋转提供初始角速度。

【技术特征摘要】
1.一种转动惯量测定装置，其特征在于：包括试验台、绕线轮、转轴、底座、滑轮组件、拉线和初始加力组件；所述试验台和绕线轮均通过转轴转动连接于底座，并且试验台、绕线轮和转轴三者同轴固定在一起，所述滑轮组件安装于底座，所述拉线的一端连接于绕线轮，拉线的另一端绕过滑轮组件并自由垂落，所述初始加力组件安装于底座用于为试验台的旋转提供初始角速度。2.根据权利要求1所述的转动惯量测定装置，其特征在于：所述初始加力组件包括弹力装置，所述弹力装置布置于试验台的径向外侧用于为试验台提供切向的弹性推力。3.根据权利要求2所述的转动惯量测定装置，其特征在于：所述试验台的边部设有受力挡块；所述弹力装置包括滑槽、滑块和拉伸弹簧；所述滑槽沿试验台的切向布置，所述滑块滑动连接于滑槽，所述拉伸弹簧连接于滑槽和滑块之间，滑块上设有用于推动受力挡块的推块。4.根据权利要求3所述的转动惯量测定装置，其特征在于：所述初始加力组件还包括安装柱，所述弹力装置通过安装柱固定于底座。5.根据权利要求1所述的转动惯量测定装置，其特征在于：所述绕线轮为具有直径互不相同的多个绕线槽的塔轮结...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨达晓，张启义，张家伟，方旺，杨耀辉，程文德，杨文艳，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50