本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，具體涉及一種快速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的量度，可以直接反映剛體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的具體數(shù)值與剛體的形狀、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸位置等因素有關(guān)。幾乎所有在工作時(shí)跟轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的精密儀器都必須考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響。比如在軍事領(lǐng)域，為了維持武器所發(fā)射彈丸的彈道穩(wěn)定性，必須使彈丸在飛行過(guò)程中繞軸線旋轉(zhuǎn)，而此時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以看成是彈丸保持旋轉(zhuǎn)的能力的量度，因此必須在設(shè)計(jì)彈丸時(shí)加以考慮。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為充分的利用或抑制齒輪、軸承、轉(zhuǎn)盤等部件旋轉(zhuǎn)所帶來(lái)的影響，也必須充分考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量因素。而制造的產(chǎn)品是否達(dá)到了設(shè)計(jì)和使用的要求，就需要對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行較為精確的快速測(cè)量。

目前常用的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方法主要有三線擺法、扭振法、擺動(dòng)法等，這些方法主要是通過(guò)測(cè)量剛體的扭轉(zhuǎn)或擺動(dòng)周期來(lái)間接的獲得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。但在實(shí)際測(cè)量時(shí)，這些測(cè)量方法往往都有較大的缺陷。以最常用的三線擺法為例，其測(cè)量結(jié)果不但和當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭有關(guān)，而且實(shí)驗(yàn)忽略了下圓盤的平動(dòng)的影響、采取了近似等方法，這都給測(cè)量帶來(lái)了不可避免的誤差。另外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)量多達(dá)七個(gè)物理量的數(shù)值，轉(zhuǎn)動(dòng)周期的計(jì)算要求至少50個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的平均值。所以采用上述方法測(cè)量樣品的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，不但精度不高，而且速度過(guò)慢。所以，發(fā)明一種測(cè)量精度較高，而且測(cè)量速度較快的儀器是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x器測(cè)量速度慢、計(jì)算過(guò)程復(fù)雜的缺點(diǎn)，本發(fā)明在保證必要測(cè)量精度的前提下，提供了一種測(cè)量速度快、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種快速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x，包括底座、金屬立柱、托盤、轉(zhuǎn)動(dòng)支架、測(cè)量盤、自轉(zhuǎn)盤、測(cè)量電機(jī)以及自轉(zhuǎn)電機(jī)；底座上表面中心豎直向上固定設(shè)有金屬立柱，金屬立柱中部固定套接有托盤，托盤上表面光滑；托盤上端活動(dòng)套接有向上彎曲的圓弧形轉(zhuǎn)動(dòng)支架，轉(zhuǎn)動(dòng)支架兩端分別設(shè)有測(cè)量電機(jī)和自轉(zhuǎn)電機(jī)；測(cè)量電機(jī)上端通過(guò)其轉(zhuǎn)軸接有測(cè)量盤，自轉(zhuǎn)電機(jī)上端通過(guò)其轉(zhuǎn)軸接有自轉(zhuǎn)盤；

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：所述的測(cè)量電機(jī)為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，自轉(zhuǎn)電機(jī)為定速電機(jī)，且測(cè)量電機(jī)和自轉(zhuǎn)電機(jī)互為反向旋轉(zhuǎn)，均為慢速電機(jī)；

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：所述的轉(zhuǎn)動(dòng)支架中心的圓孔直徑略大于金屬立柱的直徑，且適當(dāng)使用潤(rùn)滑劑，盡量減小托盤、轉(zhuǎn)動(dòng)支架以及金屬立柱之間的摩擦力；

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：所述的測(cè)量盤和自轉(zhuǎn)盤的形狀、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量以及材質(zhì)均完全相同，以保證二者的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同進(jìn)而保證計(jì)算簡(jiǎn)便；

作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案：所述的轉(zhuǎn)動(dòng)支架與金屬立柱之間的夾角為45⁰-60⁰。

一種快速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法，包括如下步驟

步驟一：手動(dòng)固定轉(zhuǎn)動(dòng)支架，將待測(cè)物放置于測(cè)量盤上，開(kāi)啟測(cè)量電機(jī)和自轉(zhuǎn)電機(jī)至測(cè)量盤和自轉(zhuǎn)盤相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)解除轉(zhuǎn)動(dòng)支架的固定；

步驟二：轉(zhuǎn)動(dòng)支架的固定解除后轉(zhuǎn)動(dòng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量守恒定律反復(fù)測(cè)試直至轉(zhuǎn)動(dòng)支架不再轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)停止；

步驟三：根據(jù)步驟二確定各物量以及角動(dòng)量守恒定理：

式1

則待測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可表示為：

式2

進(jìn)行計(jì)算求得了待測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

式1和式2中：n1為測(cè)量電機(jī)（7）單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)

n2為自轉(zhuǎn)電機(jī)（8）單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)

j為測(cè)量盤（5）與自轉(zhuǎn)盤（6）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

j’為待測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

本發(fā)明的有益效果是：（1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的速度較快，操作和計(jì)算都較為簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)者不需要復(fù)雜的培訓(xùn)即可完成實(shí)驗(yàn)；（2）在保證測(cè)量速度的同時(shí)，也能保證較好的測(cè)量精度。（3）檢測(cè)過(guò)程形象、直觀，不但可以作為測(cè)量?jī)x器，也可作為教學(xué)演示儀器使用。

附圖說(shuō)明

圖1為一種快速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1底座、2金屬立柱、3托盤、4轉(zhuǎn)動(dòng)支架、5測(cè)量盤、6自轉(zhuǎn)盤、7測(cè)量電機(jī)、8自轉(zhuǎn)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明；應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。

參考附圖1，一種快速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量?jī)x，包括底座1、金屬立柱2、托盤3、轉(zhuǎn)動(dòng)支架4、測(cè)量盤5、自轉(zhuǎn)盤6、測(cè)量電機(jī)7以及自轉(zhuǎn)電機(jī)8；底座1上表面中心豎直向上固定設(shè)有金屬立柱2，金屬立柱2中部固定套接有托盤3，托盤3上表面光滑；托盤3上端活動(dòng)套接有向上彎曲的圓弧形轉(zhuǎn)動(dòng)支架4，轉(zhuǎn)動(dòng)支架4兩端分別設(shè)有測(cè)量電機(jī)7和自轉(zhuǎn)電機(jī)8；測(cè)量電機(jī)7上端通過(guò)其轉(zhuǎn)軸接有測(cè)量盤5，自轉(zhuǎn)電機(jī)8上端通過(guò)其轉(zhuǎn)軸接有自轉(zhuǎn)盤6；

所述的測(cè)量電機(jī)7為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，自轉(zhuǎn)電機(jī)8為定速電機(jī)，且測(cè)量電機(jī)7和自轉(zhuǎn)電機(jī)8互為反向旋轉(zhuǎn)，且?guī)?dòng)測(cè)量盤5和自轉(zhuǎn)盤6互為反向旋轉(zhuǎn)；測(cè)量電機(jī)7和自轉(zhuǎn)電機(jī)8均為慢速電機(jī)，最好為同種型號(hào)電機(jī)，以保證質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、形狀以及材質(zhì)完全相同；

所述的轉(zhuǎn)動(dòng)支架4中心的圓孔直徑略大于金屬立柱2的直徑，且適當(dāng)使用潤(rùn)滑劑，盡量減小托盤3、轉(zhuǎn)動(dòng)支架4以及金屬立柱2之間的摩擦力，也就是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)所受的外力的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩很小，近似認(rèn)為整個(gè)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒即初始時(shí)刻為零；轉(zhuǎn)動(dòng)支架4位于托盤3之上并可以繞金屬立柱2做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述的測(cè)量盤5和自轉(zhuǎn)盤6的形狀、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量以及材質(zhì)均完全相同，以保證二者的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同進(jìn)而保證計(jì)算簡(jiǎn)便；

所述的轉(zhuǎn)動(dòng)支架4與金屬立柱2之間的夾角為45⁰-60⁰。

下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)描述，需要說(shuō)明的是一下具體實(shí)施內(nèi)容中自轉(zhuǎn)電機(jī)8和測(cè)量電機(jī)7采用同種型號(hào)電機(jī)，即東方5ik40gk-s型，該型號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速任意可調(diào)。

步驟一：手動(dòng)固定轉(zhuǎn)動(dòng)支架4，將待測(cè)物放置于測(cè)量盤5上，開(kāi)啟測(cè)量電機(jī)7和自轉(zhuǎn)電機(jī)8至測(cè)量盤5和自轉(zhuǎn)盤6相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)解除轉(zhuǎn)動(dòng)支架4的固定；

步驟二：解除轉(zhuǎn)動(dòng)支架4的固定后，若轉(zhuǎn)動(dòng)支架4開(kāi)始旋轉(zhuǎn)且和測(cè)量盤5轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，因?yàn)樽赞D(zhuǎn)電機(jī)8轉(zhuǎn)速固定，則重新手動(dòng)固定轉(zhuǎn)動(dòng)支架4并調(diào)低測(cè)量電機(jī)7的轉(zhuǎn)速并解除轉(zhuǎn)動(dòng)支架4的固定再試；反之，若解除轉(zhuǎn)動(dòng)支架4的固定后，轉(zhuǎn)動(dòng)支架4開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并與測(cè)量盤5轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，則重新固定轉(zhuǎn)動(dòng)支架4并升高測(cè)量電機(jī)7的轉(zhuǎn)速然后解除轉(zhuǎn)動(dòng)支架4再試；以此類推，不斷根據(jù)解除固定后轉(zhuǎn)動(dòng)支架4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向調(diào)節(jié)測(cè)量電機(jī)7的轉(zhuǎn)速，直到解除固定后轉(zhuǎn)動(dòng)支架4不再轉(zhuǎn)動(dòng)為止，則實(shí)驗(yàn)部分完成；

步驟三：根據(jù)步驟二確定各物量以及角動(dòng)量守恒定理：

式1

計(jì)算待測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

式2

進(jìn)行計(jì)算求得了待測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

式1和式2中：n1為測(cè)量電機(jī)（7）單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)

n2為自轉(zhuǎn)電機(jī)（8）單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)

j為測(cè)量盤（5）與自轉(zhuǎn)盤（6）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

j’為待測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以補(bǔ)充闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的廣大技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者同等替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。