中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构制造技术

一种中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构，其特征在于：它包括通过轴系机座（7）竖直安装在测试台上的兼具扭杆功能的旋转轴系（1），依次安装在旋转轴系顶部的上端齿轮（2）、旋转托盘（12），以均布方式设置在测试台上的三个用于测量质量、质心的称重传感器（9），在轴系机座（7）上以均布的方式设置有三个由中心形周边延伸、并分别与相应位置处设置的称重传感器（9）相配合的翼板；用于驱动旋转轴系（1）转动的动力机构设置在测试台下方的机座（13）腔体内；与上端齿轮（2）相啮合的用于驱动旋转托盘（12）做圆周摆动的单齿齿轮（4）通过联轴器（3）、电机减速机（5）、电机机座Ⅱ（6）安装在测试台上。

Center Torsion Bar Body Mass, Center of Mass and Moment of Inertia Measuring Mechanism

A mechanism for measuring mass, mass center and moment of inertia of a central torsion bar type object is characterized in that it consists of a rotating shafting (1) vertically mounted on the test bench through the shafting base (7), an upper gear (2) and a rotating tray (12) on the top of the rotating shafting system, which are arranged on the test bench in a uniform manner for measuring mass and quality. The center weighing sensor (9) is equipped on the shafting seat (7) in a uniformly distributed manner with three wing panels extending from the center-shaped periphery and matching with the corresponding weighing sensor (9), the power mechanism for driving the rotation of the rotating shafting (1) is set in the seat (13) cavity under the test bench, and the upper gear (2) is meshed to drive the rotation. The single tooth gear (4) of the rotary pallet (12) which swings circularly is installed on the test bench through the coupling (3), the motor reducer (5) and the motor base II (6).

【技术实现步骤摘要】
中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构
本专利技术涉及一种基于传感器支撑的中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量高效率测量机构。
技术介绍
物体的质量、质心、转动惯量的测量多用在空间飞行器上，比如各类弹头、卫星、飞船、空间站的质量特性参数测量等，这些参数的准确测量对于提高产品飞行稳定性和命中率是必不可少的。而质心位置和转动惯量高精度的一体化联合测量是目前尚未解决的问题。国内在该领域近年来取得了长足的进步，也有若干项专利技术。目前测量质心多数采用三个（或多个）称重传感器直接称量计算或采用天平刀口原理。转动惯量采用单独测量测量装置有中心扭杆型、扭簧型、单摆或复摆型、板簧型等结构，而联合测量由于结构布置相互干涉，目前仅见到沿圆周布置的拉伸弹簧型、复摆型和板簧型。质心测量最简单的方法就是采用传感器直接测量计算，简便快捷，但此时传感器的绝对误差将不可避免的直接影响质心位置的测量准确性。质心位置一般偏离形心不远，质心偏移引起传感器数值的变化量与总质量的比值决定质心偏移量的大小，而这个变化量相对于物体总体质量而言是一个小值，传感器对于全部质量的测量误差都将叠加到这个小值上，所以传感器直接测量质心位置，精度将受到很大制约。为提高质心位置测量灵敏度和精度，采用刀口结构，直接将整体质量由刀口承载，在刀口连线的垂直方向布置小量程传感器用来测量由质心偏离引起的偏心力。这样就提高了测量灵敏度与精度。这就是常用的一维天平式质心秤。在此结构上作进一步的改进，上下布置两组相互垂直的刀口结构，就可以形成二维天平式质心秤。但由于计算质心位置需要总质量，所以还需要辅助电子秤进行质量测量。将上述刀口型质心秤进行创新，采用在一维刀口上放置旋转轴系进行二维质心测量（专利技术专利ZL00115925.9），便于动态测量和测量过程自动化。该方法具有结构紧凑、自动化程度高、精度高等优点，缺点是同样由于计算质心位置需要总质量，所以还需要辅助电子秤进行质量测量。专利技术专利（ZL200810049622.8）将上述结构的优点集于一身，将旋转轴系放置在传感器上，可以实行总体质量的称量；转轴由动力机构驱动缓慢转动，通过承物盘带动被测体同步旋转，可以实现偏离量的精确测量。若质心位置不在旋转轴系线上，质心将绕旋转轴系线作园周运动，此时传感器读数将产生周期性变化，测量一周后将得到最大值与最小值及对应的角度，据此可以计算出其质心位置。最大值与对小值之差是偏离量的两倍，二者之差是对同一传感器而言的，又正好把全量程的系统误差抵消，相当于是同一个传感器的比对测量，其精度明显提高。而转动惯量测量最好的机构就是中心扭杆，刚性系数线性好使得测量范围大精度高，刚性系数调节量大使得测量适应性好，提供纯扭矩避免引起附加误差，扭动一个初始角度后杆件储能大使得有利于克服摩擦力、摆动周期稳定、测量精度高。技术专利“一种用于转动惯量测量的双重合扭杆机构”（专利号201120066592.9）就是在这种思维下完成的，采用空心轴作为质心测量转轴的结构，将中心扭杆置于转轴心部。在实际使用上非常麻烦，在质心测量与转动惯量测量转换时，要将扭杆下端固定在轴系的机座上，下端轴系驱动部分要与轴系脱开，使得轴系本身没有附加阻尼，转轴中心端部锁紧难以操作，而且效率很低，该技术本身不具备与质心测量的集成特性。而外围布置的拉伸弹簧型、复摆型和板簧型容易实现和质心测量的集成化，但是外围布置的摆动单元精度明显低于中心扭杆型。如何将上述具有明显有点的方法集成起来，成为高精度、高效率的新型测量手段一直以来成为业内专业技术人员关注的焦点。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述现有技术的不足之处，解决高精度质心测量与中心扭杆转动惯量测量集成化难题。本专利技术直接采用中心轴一轴赋予双功能的方法解决了这个难题，该轴即是测量质心旋转的基准轴系，又是转动惯量测量的摆动扭杆。本专利技术在三方面突破了传统的设计理念，第一，扭杆不易刚性过大，否则难以扭转一个具有一定量值的初始角度，认为摆动角度大一些，其摆动稳定、有利于周期测量；第二，刚度过大，摆动频率快不易测量摆动周期；第三，测量质心的转轴刚度要大，驱动摩擦力矩不会引起轴系转角，否则停转时不能马上停止，会往复摆动。本专利技术的具体技术措施如下：本专利技术的基于传感器支撑的中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量高效率测量机构包括通过轴系机座竖直安装在测试台上的兼具扭杆功能的旋转轴系，依次安装在旋转轴系顶部的上端齿轮、旋转托盘，以均布方式设置在测试台上的三个用于测量质量、质心的称重传感器，在轴系机座上以均布的方式设置有三个由中心形周边延伸、并分别与相应位置处设置的称重传感器相配合的翼板；用于驱动旋转轴系转动的动力机构设置在测试台下方的机座腔体内；与上端齿轮相啮合的用于驱动旋转托盘做圆周摆动（即扭转一个具有一定量值的初始角度）的单齿齿轮通过联轴器、电机减速机、电机机座Ⅱ安装在测试台上。本专利技术中用于驱动兼具扭杆功能的旋转轴系转动的动力机构包括电机减速机、联轴器、被动齿轮、主动齿轮组成的齿轮副、电机机座Ⅰ。（在兼具扭杆功能的旋转轴系的上端齿轮与单齿齿轮处于脱开状态时，在下端由被动齿轮、主动齿轮组成的齿轮副的驱动下转动，从而带动旋转托盘同步转动；当所述兼具扭杆功能的旋转轴系在下端由被动齿轮、主动齿轮组成的齿轮副作用下处于不转动的静止状态时，兼具扭杆功能的旋转轴系在上端在单齿齿轮驱动下产生扭转运动，从而带动旋转托盘产生预设初始角度。）本专利技术在轴系机座三个翼板中的至少一个翼板的两侧通过支架安装有滚轮组，所述滚轮组与轴系机座翼板之间留置有约束间隙。具体说，所述滚轮组的设置根据被测产品质量大小可以设置1-3组滚轮组，分别与轴系机座的1-3个翼板相配合。本专利技术中所述称重传感器通过连接块固定在机座上，防护垫块位于称重传感器承力端下方；所述称重传感器与轴系机座位置关系采用锥销副定位；顶起螺栓、垫块与压紧螺钉、连接快配合使用，使得轴系机座位置上下变化，承力销用于接触或脱离设置在轴系机座翼板上的垫块。本专利技术在轴系机座三个翼板中的一个翼板下方设置有用于测量轴系机座因称重传感器受力而产生的位移变化的位移测量传感器，所述位移测量传感器安装在支座上。本专利技术中用于驱动旋转托盘做圆周摆动的机构也可采用由凸轮状拨杆和驱动挡块组成的拨动机构来实现，所述驱动挡块安装在旋转托盘底面上。本专利技术的工作原理如下及有益效果如下：本专利技术中的称重传感器通过称重柱销支撑在测试台上，兼具扭杆功能的旋转轴系通过轴承装配于轴系基座中，和旋转轴系固结在一起的旋转托盘承载被测物体同步转动；当旋转轴系的电机减速机通过齿轮副驱动旋转轴系转动时，此时拨动兼具扭杆功能的旋转轴系做圆周摆动的单齿齿轮处于脱开状态；当用于驱动单齿齿轮的电机减速机通过单齿齿轮拨动旋转轴系转动一个预定的初始角度时，此时旋转轴系的电机减速机通过无间隙齿轮副固定旋转轴系下端不能转动，这个初始角度一般取0.5度到3度，初始角的大小对于圆周摆动周期并没有影响，给定一个范围主要是便于与齿轮模数及齿数进行协调。本专利技术通过在一台设备上完成物体质量、质心和转动惯量测量的这一技术方案的实施，从根本上解决了转动惯量高精度集成测量的难题，并使得测量周期明显缩短。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术在这三方面进行了反常规创新设计，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构，其特征在于：它包括通过轴系机座（7）竖直安装在测试台上的兼具扭杆功能的旋转轴系（1），依次安装在旋转轴系顶部的上端齿轮（2）、旋转托盘（12），以均布方式设置在测试台上的三个用于测量质量、质心的称重传感器（9），在轴系机座（7）上以均布的方式设置有三个由中心形周边延伸、并分别与相应位置处设置的称重传感器（9）相配合的翼板；用于驱动旋转轴系（1）转动的动力机构设置在测试台下方的机座（13）腔体内；与上端齿轮（2）相啮合的用于驱动旋转托盘（12）做圆周摆动的单齿齿轮（4）通过联轴器（3）、电机减速机（5）、电机机座Ⅱ（6）安装在测试台上。

【技术特征摘要】
1.一种中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构，其特征在于：它包括通过轴系机座（7）竖直安装在测试台上的兼具扭杆功能的旋转轴系（1），依次安装在旋转轴系顶部的上端齿轮（2）、旋转托盘（12），以均布方式设置在测试台上的三个用于测量质量、质心的称重传感器（9），在轴系机座（7）上以均布的方式设置有三个由中心形周边延伸、并分别与相应位置处设置的称重传感器（9）相配合的翼板；用于驱动旋转轴系（1）转动的动力机构设置在测试台下方的机座（13）腔体内；与上端齿轮（2）相啮合的用于驱动旋转托盘（12）做圆周摆动的单齿齿轮（4）通过联轴器（3）、电机减速机（5）、电机机座Ⅱ（6）安装在测试台上。2.根据权利要求1所述的中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构，其特征在于：用于驱动兼具扭杆功能的旋转轴系（1）转动的动力机构包括电机减速机（17）、联轴器（18）、被动齿轮、主动齿轮（15、16）组成的齿轮副、电机机座Ⅰ（14）。3.根据权利要求1所述的中心扭杆式物体质量、质心与转动惯量测量机构，其特征在于：在轴系机座（7）三个翼板中的至少一个翼板的两侧通过支架（20）...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢志辉，张磊乐，武艺泳，孙志扬，游广飞，杨洪涛，刘珉，
申请(专利权)人：郑州机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41