一种圆对称匀质物体转动惯量的测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种圆对称匀质物体转动惯量的测量装置，包括基座及安装在基座上的驱动机构、用于将待测样品传送至驱动机构的传送机构和摄像机构；驱动机构包括转盘、驱动电机和支柱，转盘中心位置与驱动电机输出轴固连，驱动电机通过支柱固定在基座上；传送机构包括旋转基座、传送组件和第一支架，传送组件连接于第一支架上，第一支架底部与转动连接于基座上的旋转基座固连；摄像机构包括摄影机和第二支架，摄影机经第二支架固定于基座上；摄影机位于转盘上方，其摄像范围覆盖转盘表面。本实用新型专利技术测量装置，其制造原理基于圆对称匀质物体在匀速旋转圆盘上螺旋运动的角速度收敛现象，其测量精度与效率皆高，为工程应用与质量检测提供了新方法。

A device for measuring the moment of inertia of a circular symmetrical homogeneous object

The utility model provides a measuring device for the rotational inertia of a circular symmetrical homogeneous object, which comprises a base and a driving mechanism installed on the base, a transmitting mechanism and a camera mechanism for transmitting the sample to be measured to the driving mechanism; the driving mechanism comprises a rotary table, a driving motor and a pillar, the central position of the rotary table is fixedly connected with the output shaft of the driving motor, and the driving motor is fixed on the base through the pillar The transmission mechanism includes a rotating base, a transmission component and a first support, the transmission component is connected to the first support, and the bottom of the first support is fixedly connected with the rotating base which is rotationally connected to the base; the imaging mechanism includes a camera and a second support, and the camera is fixed to the base through the second support; the camera is located above the turntable, and the imaging range covers the surface of the turntable. The manufacturing principle of the measuring device of the utility model is based on the angular velocity convergence phenomenon of the circular symmetrical homogeneous object spirally moving on the uniform rotating disk, which has high measuring accuracy and efficiency, and provides a new method for engineering application and quality detection.

【技术实现步骤摘要】
一种圆对称匀质物体转动惯量的测量装置
本技术属于物理量测量
，涉及圆对称匀质物体(球体、圆环、转盘等)转动惯量的测量，具体涉及一种快速、精确测量圆对称匀质物体转动惯量的装置。
技术介绍
物体的质量特性主要包括物体的质量、质心、转动惯量、惯性积等，是航空航天、车辆、精密机械等领域进行设计、控制的关键参数，对其进行精确测量与质量监控具有重要意义。其中，许多器件都属于圆对称匀质物体(球体、圆环、转盘等)的范畴，比如：轴承、钢珠、螺帽。针对圆对称匀质物体转动惯量的测量，目前常用的测量方法有落体法、三线摆法、扭摆法、质量线法等。落体法需要手动将绳索环绕样品多圈，绳索另一端连接重物做自由落体运动，拉动样品旋转，这种测量方法不仅操作过程繁琐，而且试验重复性差，不利于连续多次测量。三线摆法和扭摆法均利用摆系统在重力作用下微幅振动进行转动惯量的测量与计算，这两种测量方法振动过程缓慢，测量效率低。质量线法理论基础复杂，试验重复性较差，对试验人员要求较高。综上所述，目前关于圆对称匀质物体转动惯量的测量方法虽然已有很多，但都存在相应的技术缺陷，测量效率较低，且测量误差普遍不低于1％，无法实现工程应用与质量检测中大批量、高精度的测试需求(参见：张教超，郝方楠，转动惯量测试方法概述，汽车零部件，2015(10):83～85)。
技术实现思路
针对目前圆对称匀质物体转动惯量测量方法普遍存在误差大、效率低的技术缺陷，本技术的目的在于提供一种圆对称匀质物体转动惯量的测量装置，其基于圆对称匀质物体(球体、圆环、转盘等)在匀速旋转转盘上螺旋运动的角速度收敛现象，以提高转动惯量的测量精度与测量效率，实现工程应用与质量检测中大批量、高精度的测试需求。穆翔栩等公开了一篇关于轻质旋转体在水平匀速转动圆盘上的多种运动模式的论文(轻质旋转体在水平匀速转动圆盘上的多种运动模式，穆翔栩,关国业,张博文等力学与实践,201739(5):523～529)，文中将一个圆对称匀质物体(如球体、圆环、转盘等)释放于水平匀速转动的粗糙转盘上，圆对称匀质物体将发生环绕并远离转盘中心的螺旋运动，其相位角速度收敛于以下公式(1)：其中，ωD为转盘角速度，m为圆对称匀质物体质量，R为圆对称匀质物体外侧半径，I为圆对称匀质物体的转动惯量。整理式(1)可得到该物体转动惯量的计算公式(2)：因此，通过测量待测圆对称匀质物体的质量m与外半径R、转盘角速度ωD以及其角速度收敛值ω'，代入上述公式(2)即可计算得到该待测器件的转动惯量I。圆对称匀质物体环绕圆盘中心的角速度收敛值ω'可以通过圆对称匀质物体绕转盘中心的螺旋运动轨迹计算得到，由摄影机拍摄的影像或图片得到圆对称匀质物体绕转盘中心的螺旋运动轨迹，从角速度定义出发，得到运动轨迹上任意一点的角速度，找出运动轨迹上角速度标准偏差最小的一圈(以转盘中心为原点建立直角坐标系，y轴正半轴为起始角度，物体每环绕圆盘中心运动360°记为一圈)，并以角速度变化最小一圈的角速度平均值作为物体环绕圆盘中心的角速度收敛值ω'。为了实现以上目的，本技术采用的技术方案为：一种圆对称匀质物体转动惯量的测量装置，包括基座及安装在基座上的驱动机构、用于将待测样品传送至驱动机构的传送机构和摄像机构；驱动机构包括转盘、驱动电机和支柱，转盘中心位置与驱动电机输出轴固连，驱动电机通过支柱固定在基座上；传送机构包括旋转基座、传送组件和第一支架，传送组件连接于第一支架上，第一支架底部与转动连接于基座上的旋转基座固连；摄像机构包括摄影机和第二支架，摄影机经第二支架固定于基座上；摄影机位于转盘圆心正上方，其摄像范围覆盖转盘表面。所述驱动电机扭矩足够大，功率足够稳定，可以控制、推动转盘在0～16rad/s的角速度范围内稳定匀速转动；驱动电机还需具备一定的抗干扰能力，满足待测样品落在转盘时不会引起转速扰动；具体的电机与附带配件无特殊型号要求，市面上的航模电机、电子调速器等满足要求即可。所述转盘采用圆盘，其质地需坚硬、盘面的表面粗糙度需均匀，滑动摩擦系数必须足够大以保证待测样品在其上可以做纯滚动运动，优选经磨砂处理的圆盘，材料可选用铝质、橡胶等，另外，所述的转盘与待测样品应具有不同的颜色，以保证能够从影像中识别样品在转盘上的运动并识别样品何时离开传送带到达转盘，这方面可以采用本领域已经披露的样品识别常规手段来实现，例如张慧君公开的“基于FPGA目标颜色识别与跟踪系统的设计与实现”中提供的目标识别方法(基于FPGA目标颜色识别与跟踪系统的设计与实现张慧君硕士学位论文哈尔滨工业大学2015.12)。所述支柱可采用圆形支柱，将其无缝安装在装置基座上表面的中部，另一端与驱动电机相连，两处连接需牢固稳定，以支撑转盘与驱动电机的机械运动。所述传送组件与第一支架之间滑动配合；所述第一支架上安装有沿竖直方向的滑轨以及与滑轨配合的滑块；两根所述支撑杆相对于水平面倾斜固定于滑块上，所述滑块由驱动机构带动沿第一支架上的滑轨上下移动。为了不影响待测物体在转盘上的运动，待测物体脱离传送带之后，需要将传送带尽快离开转盘区域，首先是将传送带升高，使传送带与转盘分开，随后控制旋转基座顺时针转动以使传送带离开转盘区域。为了将传送带升高，可以使传送组件与第一支架相对移动实现，或者使旋转基座带动第一支架和传送组件整体上下移动。对于第一种实现方式，传送组件与第一支架之间滑动配合；传送组件包括传送带和两根支撑杆，传送带两端套接在安装于两支撑杆对称设置的滚轮或滚轴上，传送带与滚轮或滚轴之间应得到充分的润滑，以保证其受转盘的摩擦推动能容易地稳定于接触点的线速度；第一支架上安装有沿竖直方向的滑轨以及与滑轨配合的滑块；两根支撑杆相对于水平面倾斜固定于滑块上，传送带与水平面之间的夹角为0＜α≤5°；滑块由步进电机或电动气缸等驱动机构带动沿第一支架上的滑轨上下移动。对于第二种实现方式，旋转基座及与之连接的旋转电机一起安装于升降平台上，升降平台置于基座内部，升降平台可与控制器连接，由控制器控制升降平台的升降；此时传送组件包括传送带和两根支撑杆，所述传送带两端套接在安装于两支撑杆上对称设置的滚轮或滚轴上，所述两根支撑杆相对于水平面倾斜固定于第一支架上，传送带与水平面之间的夹角为0＜α≤5°。所述第二支架包括与基座连接的竖向臂和与竖向臂连接的横向臂，优选采用“L”字型，其所在竖直平面经过转盘的中心，摄影机安装于横向臂上且其镜头正对转盘的盘面中心，摄影机焦面与转盘重合，工作时实时拍摄待测样品运动状态并传输至控制器内部，控制器实时标记、读取、记录待测样品围绕转盘的角速度；第二支架上还安装有风扇，风扇固定安装在第二支架的竖向臂上且其出风口水平朝向转盘中央，其出风广角应大于90°，能够将在运动的样品推离转盘。所述圆对称匀质物体转动惯量的测量装置还包括用于测量待测样品质量的电子天平；所述的电子天平呈圆环状，安装在装置底座的上表面且围绕圆形支柱的底部；电子天平的精度应达到0.1g，并能够将其内与载物台连接的压力传感器测量到的质量数据实时反馈到控制器中并且任意设置归零。所述圆对称匀质物体转动惯量的测量装置还包括设置于基座侧面的操作面板和设置于基座内部的控制器；控制器分别与操作面板、驱动电机、电子天平、用于带动旋转基座旋转的旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆对称匀质物体转动惯量的测量装置，其特征在于包括基座(1)及安装在基座上的驱动机构、用于将待测样品传送至驱动机构的传送机构和摄像机构；所述驱动机构包括转盘(3)、驱动电机(5)和支柱(6)，所述转盘(3)中心位置与驱动电机输出轴固连，所述驱动电机(5)通过支柱(6)固定在基座(1)上；所述传送机构包括旋转基座(8)、传送组件和第一支架(9)，所述传送组件连接于第一支架(9)上，第一支架(9)底部与转动连接于基座(1)上的旋转基座(8)固连；所述摄像机构包括摄影机(15)和第二支架(13)，所述摄影机(15)经第二支架(13)固定于基座(1)上；摄影机(15)位于转盘上方，其摄像范围覆盖转盘表面。

【技术特征摘要】
2018.07.24 CN 20182117129251.一种圆对称匀质物体转动惯量的测量装置，其特征在于包括基座(1)及安装在基座上的驱动机构、用于将待测样品传送至驱动机构的传送机构和摄像机构；所述驱动机构包括转盘(3)、驱动电机(5)和支柱(6)，所述转盘(3)中心位置与驱动电机输出轴固连，所述驱动电机(5)通过支柱(6)固定在基座(1)上；所述传送机构包括旋转基座(8)、传送组件和第一支架(9)，所述传送组件连接于第一支架(9)上，第一支架(9)底部与转动连接于基座(1)上的旋转基座(8)固连；所述摄像机构包括摄影机(15)和第二支架(13)，所述摄影机(15)经第二支架(13)固定于基座(1)上；摄影机(15)位于转盘上方，其摄像范围覆盖转盘表面。2.根据权利要求1所述圆对称匀质物体转动惯量的测量装置，其特征在于所述传送组件包括传送带(12)和两根支撑杆(11)，所述传送带(12)两端套接在安装于两支撑杆(11)上对称设置的滚轮或滚轴上，所述两根支撑杆(11)相对于水平面倾斜固定于第一支架(9)上。3.根据权利要求2所述圆对称匀质物体转动惯量的测量装置，其特征在于所述传送组件与第一支架(9)之间滑动配合；所述第一支架(9)上安装有沿竖直方向的滑轨(10)以及与滑轨(10)配合的滑块；两根所述支撑杆(11)相对于水平面倾斜固定于滑块上，所述滑块由驱动机构带动沿第一支架(9)上的滑轨(10)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：关国业，谭东杰，姚欣，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川,51