專利名稱：一種三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及物理參數(shù)測試臺，特別是一種帶升降裝置及定心裝置的采用三線扭擺振動理論進(jìn)行剛體動力學(xué)參數(shù)測試的測試臺。
背景技術(shù)：
剛體動力學(xué)參數(shù)是進(jìn)行剛體或多體系統(tǒng)動力學(xué)性能理論設(shè)計、仿真分析、虛擬試驗等現(xiàn)代設(shè)計分析方法所需的基本、必要輸入?yún)?shù)。在工業(yè)制造中需要進(jìn)行剛體動力學(xué)參數(shù)測試的待測物通常是由多種零部件、多種材料組成，體積大，質(zhì)量大，形體不規(guī)則的復(fù)雜剛體。
在采用三維數(shù)字模型用數(shù)值方法計算剛體動力學(xué)參數(shù)時，因三維數(shù)字模型不完整或不準(zhǔn)確，難以得到動力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確結(jié)果，因此通常利用三線扭擺振動理論的三線扭擺法對其進(jìn)行測試。三線扭擺法是目前精度最高、工程上常用的方法。利用三線扭擺法進(jìn)行剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量時，需要頻繁將被測物體放置或卸載于通過三根擺線懸吊的托盤上，由于托盤不是完全固定的，移動被測物體時，托盤容易晃動，不利于操作，也有安全隱患；另外，在進(jìn)行三線擺清零處理和測試剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量前，為了防止托盤的混擺或圓錐擺導(dǎo)致的測量精度致下降，需要人為進(jìn)行托盤制動，直至托盤完全靜止，才能進(jìn)行相關(guān)操作，致使測試效率低下。

實用新型內(nèi)容本實用新型旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一提出三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺。所述測試臺包括測試臺底盤(2)、擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，所述測試臺底盤(2)上設(shè)置有升降裝置(12)和定心裝置(13);所述升降裝置(12)包括三個千斤頂，所述三個千斤頂以底盤(2)的中心為圓心呈圓周均勻分布；所述定心裝置(13)位于底盤(2)的中心，包括一千斤頂和一定心軸，所述定心軸安裝于所述定心裝置中的千斤頂活塞上端，可以隨所述活塞一起上升或下降。優(yōu)選地，所述托盤(4)與底盤(2)具有相同的中心軸，所述托盤(4)的中心設(shè)一通孔。優(yōu)選地，所述定心裝置中的千斤頂是手動或電動的液壓千斤頂。優(yōu)選地，所述升降裝置中的千斤頂是自鎖型同步千斤頂。優(yōu)選地，所述自鎖型同步千斤頂是液壓自鎖同步千斤頂。優(yōu)選地，所述液壓自鎖同步千斤頂是電動液壓自鎖同步千斤頂。在本實用新型中，測試臺中的升降裝置(12)可以方便托盤(4)的多次反復(fù)升降，便于被測物體的安放與裝卸，并可在非測試狀態(tài)時固定和安放托盤(4)，延長擺線(6)和傳感器(10)的使用壽命；定心裝置(13)可以保證托盤(4)僅做繞中心鉛垂軸線的純扭擺振動，而不發(fā)生混擺或圓錐擺運(yùn)動，提高測量精度和測量效率。

圖1為本實用新型實施例中的三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺。圖2為本實用新型實施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架。圖3為本實用新型實施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的振擺系統(tǒng)。圖4為本實用新型實施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的平衡系統(tǒng)。圖5a和圖5b為本實用新型實施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的托盤示意圖。圖6為本實用新型實施例中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的托盤升降及定心裝置。I立柱加強(qiáng)板；2底盤；3托盤加強(qiáng)筋；4托盤；5配重塊；6擺線；7起重梁加強(qiáng)板；8立柱；9起重梁；10傳感器；11頂盤；12升降裝置；13定心裝置；14托盤參考標(biāo)識；15托盤圓形通孔。
具體實施方式
下面詳細(xì)描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。本實用新型中的三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺主要包括四個部分:支架、振擺系統(tǒng)、主動平衡系統(tǒng)、托盤升降及定心裝置。一:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架包括底盤2、立柱8、起重梁9和頂盤11。本實用新型中三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的支架底盤2呈放射狀，底盤結(jié)構(gòu)以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側(cè)延長相同長度的延長邊。支架頂盤11與底盤2類似，同樣呈放射狀，頂盤結(jié)構(gòu)同樣以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側(cè)延長相同長度的延長邊，為了給托盤升降裝置12預(yù)留安裝空間，頂盤延長邊相對于底盤延長邊位于中心三角形的相反側(cè)。例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側(cè)延伸，則頂盤中心三角形各邊是沿各邊長的右側(cè)延伸，如圖2所示。為了加強(qiáng)支架的穩(wěn)定，底盤2中心正三角形邊長大于或等于頂盤11的中心正三角形邊長，且底盤外接圓半徑大于或等于頂盤外接圓半徑。底盤2和頂盤11是利用型材或槽鋼組成，連接方式可以采用焊接、鉚接、螺栓等。支架包括三根立柱8，立柱可以利用型材、鋼管或無縫鋼管經(jīng)過截斷加工而成。每根立柱8兩端分別連接底盤中心三角形一個延長邊頂端和頂盤中心三角形一個延長邊頂端，每根立柱下端連接于底盤2中心三角形一個延長邊頂端，上端連接于頂盤11中心三角形對應(yīng)延長邊頂端；立柱兩端可以通過焊接、鉚接或螺栓方式連接立柱加強(qiáng)板1，立柱兩端的加強(qiáng)板I與底盤2、頂盤11 的連接方式可以采用螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運(yùn)輸；底盤外接圓半徑大于或等于頂盤外接圓半徑，三根立柱均垂直向上擺放或均向支架中心線(即底盤或頂盤的中軸線)傾斜一定角度，以保證本實用新型所述測試臺支架作為起吊被測剛體的支架時的穩(wěn)定性，便于起吊被測剛體，也無需地腳螺栓固定。為了適應(yīng)于大體積，大質(zhì)量的復(fù)雜剛體的測量，立柱8長度范圍可以設(shè)置在1000^15000 mm之間；立柱向支架中心線的傾角范圍在0 30°之間。支架包括起重架，起重架是由三根相同長度的起重梁9兩端兩兩相連構(gòu)成的正三角形結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其中兩兩連接方式可以是焊接、鉚接或螺栓等；三根起重梁分別位于三根立柱的兩兩之間，可利用型材(如:方鋼、工字鋼等)切斷而成，正三角形起重架上的每一頂點焊有一起重梁加強(qiáng)板7，與焊接于立柱中部的起重梁加強(qiáng)板7通過螺栓連接，以方便安裝、拆卸和散件運(yùn)輸；起重架位于底盤2與頂盤11之間，且平行于頂盤和頂盤，用于懸掛起重設(shè)備如手拉葫蘆或電動葫蘆(可以采用橋式電動葫蘆)，以便將被測剛體吊上托盤4或吊離托盤4。借助于該支架，可以安裝三線擺振擺系統(tǒng)，可以安裝托盤4的升降裝置12，可以安裝被測剛體起吊裝置，同時該支架可以穩(wěn)定地放置于水平地面而無需地腳螺栓固定。二:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的振擺系統(tǒng)如圖3所示，三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的振擺系統(tǒng)包括三根擺線6、托盤4、托盤加強(qiáng)筋3。托盤4為圓盤，可以通過型材加工而成，例如用鋼板通過切割加工成的圓盤。托盤加強(qiáng)筋3固定于托盤下方，托盤加強(qiáng)筋3為等邊三角形結(jié)構(gòu)，或者是與本實用新型中底盤結(jié)構(gòu)或頂盤結(jié)構(gòu)類似，即以一個正三角形為中心，正三角形每條邊沿同一側(cè)延長相同長度的延長邊。若為后者，托盤加強(qiáng)筋中心正三角形的三條延長邊相對于底盤中心正三角形的延長邊位于相反側(cè)，例如，底盤中心三角形各邊是沿各邊長的左側(cè)延伸，則托盤加強(qiáng)筋中心三角形各邊是沿各邊長的右側(cè)`延伸。托盤加強(qiáng)筋3通過槽鋼等型材焊接而成。托盤加強(qiáng)筋3與其上的托盤4通過焊接或鉚接或螺栓剛性連接在一起，以增加托盤的翹曲剛度，提高測試精度。托盤加強(qiáng)筋3的懸點所在圓周的半徑等于或大于托盤4的外圓半徑，從而擴(kuò)展測試臺可測試剛體的形體尺寸上限，同時又不用增大托盤的質(zhì)量及其轉(zhuǎn)動慣量，進(jìn)而擴(kuò)展測試臺可測試剛體的質(zhì)量下限。三根擺線6長度相等；擺線上端通過力傳感器10懸掛于三線擺測試臺的頂盤11的三個呈圓周均勻分布的上懸點上，擺線下端懸掛于托盤4或托盤加強(qiáng)筋3的三個呈圓周均勻分布的下懸點上；三根擺線的上懸點所在圓周半徑與下懸點所在圓周半徑相等。三根擺線上懸點所在圓半徑與下懸點所在圓半徑相等時，相較于上、下懸點半徑不等的情形，轉(zhuǎn)動慣量計算公式簡單，測量參數(shù)少，因而測量精度高。本實用新型中，可以在托盤上開鑿若干圓形通孔15(如圖3所示)，通孔是在以托盤中心點為圓心的圓周上均勻分布，以便在托盤剛度滿足要求的情況下，減輕托盤自身重量，從而擴(kuò)展測試臺可測試剛體的質(zhì)量下限。三:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺的主動平衡系統(tǒng)主動平衡系統(tǒng)包括力傳感器10、配重塊5以及托盤參考標(biāo)識14。如圖4所示，主動平衡系統(tǒng)中的力傳感器10共三只，分別位于三根擺線的上端，擺線6通過力傳感器10剛性固定于頂盤11的三個呈圓周均勻分布的上懸點上。可利用力傳感器測量被測物體的質(zhì)量。另外，由于在進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量的測量時，需要滿足對心的要求，進(jìn)而保證托盤在扭擺過程中質(zhì)心僅做上下運(yùn)動，而力傳感器則可在用于被測物體質(zhì)量測量的同時，還用來判斷三根擺線拉力是否相等，當(dāng)三只力傳感器測量數(shù)值一致時，表明三根擺線拉力相同，滿足了對心的要求，而當(dāng)三只力傳感器測量數(shù)值不一致時，表明三根擺線拉力不同，托盤受力不均衡，不滿足對心要求，此時，可以進(jìn)行被測物體的位置、配重塊的位置或大小的調(diào)整。其中，三個上懸點或下懸點所在圓的直徑為200-5000mm。主動平衡系統(tǒng)包括若干配重塊5，用于被測剛體在托盤4上因偏置，導(dǎo)致被測剛體不對心(三根擺線6拉力不相等)時，將合適的配重塊5放置于托盤4上，調(diào)整其位置，直至三根擺線6拉力相等，從而使被測剛體+配重塊5的質(zhì)心與托盤中心共鉛垂線，滿足三線擺測試臺的對心要求。其中，托盤4上所放置的配重塊5的質(zhì)心位置將通過托盤4上表面的參考標(biāo)識點來確定。所述配重塊5是已知質(zhì)量及繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量的任意形狀的質(zhì)量塊，例如圓盤形質(zhì)量塊，因其形體規(guī)則，其質(zhì)心即其中心。繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量可直接基于理論公式計算，準(zhǔn)確，精度高，從而確保三線擺的測試精度。圓盤形配重塊5中心可以開設(shè)一通孔(比如直徑20 mm),以便觀察并用記號筆標(biāo)記其質(zhì)心在托盤上的投 影點；圓盤形質(zhì)量塊的外圓直徑和厚度因而質(zhì)量可以任意設(shè)定，例如，外圓直徑250 mm、厚度約60 mm的20 kg質(zhì)量塊,外圓直徑250 mm、厚度約30 mm的10kg質(zhì)量塊,外圓直徑145 mm、厚度約40 mm的5 kg質(zhì)量塊,外圓直徑95 mm、厚度約40 mm的2 kg質(zhì)量塊；質(zhì)量塊的形狀不僅僅限于圓盤形質(zhì)量塊，還可以是圓臺形、立方體形等。托盤參考標(biāo)識14是位于托盤表面的位置標(biāo)識。如圖5a所示，托盤參考標(biāo)識可以是標(biāo)注在托盤表面的以托盤中心為原點的極坐標(biāo)系141，以托盤中心為原點標(biāo)識出多個不同半徑的圓環(huán)，基于此，可以確定托盤上任一點的位置信息，從而確定配重塊5的放置位置。可替換地，托盤參考標(biāo)識也可以以托盤中心為圓心、不同半徑圓周上均勻分布的若干個標(biāo)記點142,如圖5b所示,標(biāo)記點為直徑1mm、深I(lǐng)mm的錐孔,標(biāo)記點在不同半徑的圓周上均勻分布，每個圓周上分布的標(biāo)記點個數(shù)點分別為四、八、十二等。托盤4上所放置的配重塊5的質(zhì)量及其繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量將從整個扭擺系統(tǒng)(即托盤加強(qiáng)筋3+托盤4+被測剛體+配重塊5)的質(zhì)量及其繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量中扣除。因為托盤加強(qiáng)筋3+托盤4的質(zhì)量及繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量可以預(yù)先獲得，此外，配重塊5的質(zhì)量Ma及繞其質(zhì)心鉛垂軸的轉(zhuǎn)動慣量Ja已知，配重塊5繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量可由托盤參考標(biāo)示所確定的配重塊質(zhì)心投影點到托盤中心的距離r計算得到:Ja+Ma*r2，因而只需一次測試即可獲得被測剛體繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量Jb，(即將測得的整個扭擺系統(tǒng)繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量減去托盤加強(qiáng)筋、托盤、配重塊繞扭擺軸線的轉(zhuǎn)動慣量)，無需卸載被測剛體后再次專門測量配重塊的轉(zhuǎn)動慣量，以提高測試效率，縮短測試時間，減少誤差環(huán)節(jié)，提聞測量精度。四:三線扭擺法復(fù)雜剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺托盤升降及定心裝置如圖6所示，升降及定心裝置包括升降裝置12、定心裝置13。[0056]升降裝置12，由三個千斤頂組成，三個千斤頂屬于同步千斤頂，分別安裝于三線擺測試臺的底盤2上，呈圓周均勻分布。千斤頂?shù)念愋涂梢愿鶕?jù)需要靈活選擇，如自鎖型同步千斤頂、液壓自鎖同步千斤頂、電動液壓自鎖同步千斤頂?shù)?。定心裝置13包括一個千斤頂，千斤頂活塞上端安裝一定心軸，可以隨活塞一起上升或下降。定心軸上端有5x5倒角，起擺前定心軸隨活塞上升穿過托盤4的中心孔使托盤定位，以便于托盤起擺；起擺后落下定心軸以消除其與托盤4中心孔壁間的摩擦，減小扭擺振動的阻尼，提高周期測量精度。其中，定心裝置可以是手動或電動的液壓千斤頂；相應(yīng)地，在三線擺測試臺振擺系統(tǒng)中的托盤4的中心設(shè)一通孔，以便穿入上述的定心軸，保證托盤僅繞中心鉛垂軸線做純扭擺振動，而不會出現(xiàn)混擺或圓錐運(yùn)動，確保周期測量精度。盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實用·新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求1.一種三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，所述測試臺包括測試臺底盤(2)、擺線(6)和托盤(4)，其特征在于，所述測試臺底盤(2)上設(shè)置有升降裝置(12)和定心裝置(13); 所述升降裝置(12)包括三個千斤頂，所述三個千斤頂以底盤(2)的中心為圓心呈圓周均勻分布； 所述定心裝置(13)位于底盤(2)的中心，包括一千斤頂和一定心軸，所述定心軸安裝于所述定心裝置中的千斤頂活塞上端，可以隨所述活塞一起上升或下降。
2.如權(quán)利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述托盤(4)與底盤(2)具有相同的中心軸，所述托盤(4)的中心設(shè)一通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述定心裝置中的千斤頂是手動或電動的液壓千斤頂。
4.如權(quán)利要求1所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述升降裝置中的千斤頂是自鎖型同步千斤頂。
5.如權(quán)利要求4所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述自鎖型同步千斤頂是液壓自鎖同步千斤頂。
6.如權(quán)利要求5所述的三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，其特征在于，所述液壓自鎖同步千斤頂是 電動液壓自鎖同步千斤頂。
專利摘要本實用新型提出一種三線扭擺法剛體動力學(xué)參數(shù)測試臺，所述測試臺包括測試臺底盤、擺線和托盤，其特征在于，所述測試臺底盤上設(shè)置有升降裝置和定心裝置；所述升降裝置包括三個千斤頂，所述三個千斤頂以底盤的中心為圓心呈圓周均勻分布；所述定心裝置位于底盤的中心，包括一千斤頂和一定心軸，所述定心軸安裝于所述定心裝置中的千斤頂活塞上端，可以隨所述活塞一起上升或下降。本實用新型中測試臺的升降裝置可以方便托盤的多次反復(fù)升降，便于被測物體的安放與裝卸，并可在非測試狀態(tài)時固定和安放托盤，延長擺線和傳感器的使用壽命；定心裝置可以保證托盤僅做繞中心鉛垂軸線的純扭擺振動，而不發(fā)生混擺或圓錐擺運(yùn)動，提高測量精度和測量效率。
文檔編號G01M1/10GK203116911SQ20132008501
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者范讓林 申請人:北京科技大學(xué)