一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置制造方法及图纸

一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置，其属于重心位置测量技术领域。原理简单便于操作，可适用于各种尺寸及重量的不规则物体重心的测定，此装置与船舶倾斜试验虽然都采用浮力测定重心，但其区别在于，船舶倾斜试验初始状态必须为正浮状态，此教学装置无需处于正浮状态。此教学装置可对当前理论力学实验教学内容进行补充，适用于理论力学实验教学。

【技术实现步骤摘要】
一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置
本技术涉及一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置，其属于重心位置测量
，特别涉及不规则物体重心测定试验。
技术介绍
物体的重心位置对于物体的吊装、运输及使用都有着非常重要的影响。船舶的重心对船舶的稳性具有非常重要的影响。例如船体重心位置偏差可使船舶出现较大的纵倾，影响船舶的浮态、快速性及耐波性；同时船舶的重心过高又会使船舶产生横向摇摆，影响船舶的使用性能。流动式起重机的重心对起重机起吊物体的重量，起重机的配重及起重机的工作环境都具有非常重要的影响。例如起重机重心位置水平偏差会导致起重机起吊过程中发生纵向倾翻危险，起重机重心过高又会使起重机在横向风载荷及吊物水平移动时发生横向倾翻的危险。机床等机械构件及集装箱等大型物体的重心位置对于物体运输过程中的吊装具有非常重要的意义。目前，用来测定物体重心的方法主要有称重法、悬挂法。称重法的实施方案为：对物体取四个支点进行称重，依据力矩平衡原理测定物体的水平方向的重心位置，然后将物体倾斜或翻转90°，重复上述操作，依据力矩平衡原理测定物体重心空间三维坐标的位置；悬挂法的实施方案为：用一根绳索对物体悬挂，依据力的平衡原理，重心应在悬线的延长线上，更换吊点位置对物体悬挂，两条线的交点即为重心位置。故称重法及悬挂法对于质量不大且可以任意倾斜、放倒的物体具有明显的优势，对于体积及重量较大的物体具有一定的局限性。本专利技术提供一种简易的测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置及方法，原理简单便于操作，可适用于各种尺寸及重量的不规则物体重心的测定，此装置与船舶倾斜试验虽然都采用浮力测定重心，但其区别在于，船舶倾斜试验初始状态必须为正浮状态，此教学装置无需处于正浮状态。此教学装置可对当前理论力学实验教学内容进行补充，适用于理论力学实验教学。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置及测试方法，装置结构简单，方法通俗易懂，对当前理论力学实验教学进行补充。本申请采用的技术方案为：一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置，它包括水槽、测试箱和起吊架，所述起吊架采用底座上设置两根立柱，立柱的顶端连接水平杆，水平杆的端部通过横杆连接，所述水平杆与立柱连接处设有螺纹杆；螺纹杆伸出的一端设有旋转手轮，螺纹杆中间设置旋转滑轮，钢丝绳的一端设置在旋转滑轮上，通过设置在横杆的导向滑块的另一端连接力传感器和吊钩；被测物体作用于吊钩上；吊钩下方设置测试箱，测试箱的外侧设置水槽；水槽的上端设置上导流口，水槽的下端设置带有球阀开关的出水口；所述力传感器通过数据传输线与力显示器连接。一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置的测定方法，包括以下步骤：a、关闭水槽中的球阀开关向水槽加入液体，将测试箱放入水槽中；测试箱为规则的长方箱体，长为a，宽为b，高为h，故依据理论计算，得测试箱的重心位置；此时，测试箱应正浮于水面，测试箱纵向刻度均为h1，则测试箱的质量m1＝ρabh1；b、用吊钩将不规则被测物体放入测试箱中，力显示器测得被测物体的质量M3，并向下移动被测物体，使测试箱近似正浮于水面，此时测试箱重心、被测物体重心及浮心在一条直线上，记录被测物体的相对放置位置，被测物体水平方向的重心位置与箱体重心位置重合；将测试箱下沉，记录测试箱纵向刻度h2；则被测物体的质量m3＝ρab，计算得到液体的密度ρ；进而确定测试箱与被测物体整体的浮心位置B，x21＝a/2y21＝b/2z21＝h2/2；则被测物体质量M的重心G中x3＝a/2y3＝b/2，重心的垂向坐标z3未知；d、沿x方向水平移动被测物体，移动距离为e，测试箱发生等体积倾斜，测试箱纵向刻度分别为h3、h4、h5、h6；若h3<h4<h6<h5，则h6-h3＝h5-h4；则排水体积V＝abh3+(ab(h4-h3))/2+(lb(h5-h4))/2浮心坐标即为排开水体积的重心坐标；由重心合成公式G＝(M1G1+M2G2+M3G3)/(M1+M2+M3)计算可得浮心位置B1e、以测试箱底边为x轴，测试箱中线为z轴，建立空间坐标系；仅沿x方向平移被测物体，则由重心合成公式G＝(M2G2+M3G3)/(M2+M3)可知，仅沿x方向平移被测物体，则测试箱与被测物体的重心仅在x方向发生变化，y、z坐标保持不变；f、由于平移被测物体测试箱与被测重物的质量未发生变化，故测试箱会沿x方向发生等体积倾斜，倾斜前与倾斜后，两条浮力作用线必相交于一点M；以测试箱底边为x轴，中线为z轴，建立直角坐标系，坐标系随测试箱的旋转而发生转动；依据力矩平衡原理可知：W×e＝ρV×GM×sinθ式中：W为被测物体的重量，e为被测物体平移距离，V为浮力即排开水的重量，θ为测试箱倾斜角度，由测试箱浸入水中刻度可知；计算得GM距离；由于被测物体仅发生x方向平移，故测试箱与被测物体整体重心位置仅x方向发生变化；仍以底边为x轴，中线对称轴为z轴，建立坐标系，则存在GG1垂直于BM，且垂足为G，BB1垂直于BM，且垂足为B；则：xG1＝xB1-B1G1×sinθ式中：xG1为测试箱与被测物体重心的x坐标，xB1为测试箱与被测物体浮心的x坐标，θ为测试箱倾斜角度，由测试箱浸入水中刻度可知；故计算得B1G1距离：则进一步计算可得BG的距离：BG＝B1G1×cosθ再进一步计算可得zG1的距离：zG1＝zG＝zB+BGzG1即为测试箱与被测物体整体的垂向坐标；根据公式：zG1＝(M2z2+M3z3)/(M2+M3)式中：M2为测试箱的重量，z2为测试箱的重心垂向坐标，M3为被测物体的重量，z3为被测物体的重心垂向坐标；则可求得被测物体的垂向坐标z3，故经计算求得被测物体M3的重心坐标；g、若步骤b中，测试箱与被测物体未正浮于液体表面，其重心为G1，浮心为B1；假设当前非正浮状态为正浮状态偏移重物距离e1得到G1；同理，在G1基础上偏移重物距离e2得到G2状态；假设为正浮状态偏移重物距离e1+e2得到G2状态；由于测试箱发生等体积偏移，故由以上推论可知在横向截面上，BG、B1G1、B2G2必相交于一点；以测试箱底边为x轴，中线为z轴，建立直角坐标系，坐标系随测试箱的旋转而发生转动；依据力矩平衡原理可知：W×e＝ρV×G1M×sinθ2式中：W为被测物体的重量，e为被测物体平移距离，V为浮力即排开水的重量，θ2为测试箱倾斜角度，由测试箱浸入水中刻度可知；故计算得G1M距离；由于被测物体仅发生x方向平移，故测试箱与被测物体整体重心位置仅x方向发生变化；仍以底边为x轴，中线对称轴为z轴，建立坐标系，则存在GG1G2垂直于BM，且垂足为G，BB1B2垂直于BM，且垂足为B；则：GM＝G1M×cosθ1xG2＝GM×sin(θ1+θ2)<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置，它包括水槽（1）、测试箱（2）和起吊架（4），其特征在于：所述起吊架（4）采用底座（4a）上设置两根立柱（4b），立柱（4b）的顶端连接水平杆（9），水平杆（9）的端部通过横杆（6）连接，所述水平杆（9）与立柱（4b）连接处设有螺纹杆（8）；螺纹杆（8）伸出的一端设有旋转手轮（5），螺纹杆（8）中间设置旋转滑轮（7）；钢丝绳（10）的一端设置在旋转滑轮（7）上，通过设置在横杆（6）的导向滑轮（11）的另一端连接力传感器（12）和吊钩（13）；被测物体（3）作用于吊钩（13）上；/n吊钩（13）下方设置测试箱（2），测试箱（2）的外侧设置水槽（1）；水槽（1）的上端设置上导流口（16），水槽（1）的下端设置带有球阀开关（18）的出水口（17）；/n所述力传感器（12）通过数据传输线（15）与力显示器（14）连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种测定物体重心三维空间坐标的实验教学装置，它包括水槽（1）、测试箱（2）和起吊架（4），其特征在于：所述起吊架（4）采用底座（4a）上设置两根立柱（4b），立柱（4b）的顶端连接水平杆（9），水平杆（9）的端部通过横杆（6）连接，所述水平杆（9）与立柱（4b）连接处设有螺纹杆（8）；螺纹杆（8）伸出的一端设有旋转手轮（5），螺纹杆（8）中间设置旋转滑轮（7）；钢丝绳（10）的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，李书卉，孙凯，陈晓东，刘增利，邢怀念，金立强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21