本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)動慣量測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量的測量裝置。
背景技術(shù)：
物體的轉(zhuǎn)動慣量是運動系統(tǒng)設(shè)計中的重要技術(shù)參數(shù)，轉(zhuǎn)動慣量的測量在諸如飛機、汽車、機械零部件、電機轉(zhuǎn)子等機械領(lǐng)域都要用到。轉(zhuǎn)動慣量的測試方法有兩種：計算法和實驗法。傳統(tǒng)測試轉(zhuǎn)動慣量的方法有四種：落體法；扭振法；三線擺法和復(fù)擺法。都以時間為測定量，并應(yīng)用理論公式求出轉(zhuǎn)動慣量。
在本發(fā)明之前，目前有諸如nb系列轉(zhuǎn)動慣量測試儀可以測量微型彈丸、汽車零部件、電機轉(zhuǎn)子、導(dǎo)彈翼片(風(fēng)扇葉片)、人體、大型導(dǎo)彈、衛(wèi)星、艦艇航模、航天飛行器，其測量范圍從幾克至幾十噸，儀器精度達0.5％；又如質(zhì)量特性參數(shù)測量設(shè)備可測最大質(zhì)量1500kg，轉(zhuǎn)動慣量測量不確定度小于0.3％；再如箭彈動態(tài)質(zhì)量形位綜合測量儀，是在雙面立式動平衡機的基礎(chǔ)上配置扭擺式轉(zhuǎn)動慣量測試臺，可測最大質(zhì)量為1000kg，轉(zhuǎn)動慣量測量不確定度小于0.5％；還有質(zhì)量、質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量測試臺其質(zhì)量測量精度達0.5％，轉(zhuǎn)動慣量測量精度優(yōu)于2％，上述這些設(shè)備往往造價高，并且操作較復(fù)雜，并不適用于普通公司所需。還有一些廠家研制出了轉(zhuǎn)動慣量測量儀器，多采用接觸磨擦和多次裝卡方式，不同程度存在著測量精度較低，穩(wěn)定性能差，測試過程復(fù)雜繁瑣，使用不安全、不方便等。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，研制一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量的測量裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量的測量裝置，其主要技術(shù)特征在于，包括芯軸、軸承架、軸承、兩個光電傳感器、掛重組件、支撐架、光電傳感器支架組成，其中掛重組件中包括配重塊，拉線，和浮標，其特征在于：所述的一種回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量測量裝置中，浮標與拉線相連，拉線的下方與配重塊相連，配重塊自由下落時，浮標也隨著拉線向下運動，并經(jīng)過兩個光電傳感器的位置。測量時，將配重塊置于光電傳感器上方，通過配重上方的浮標來觸發(fā)光電傳感器，所述光電傳感器通過螺釘固定在光電傳感器支架上，光電傳感器支架由兩部分組成，中間由螺釘進行連接，支撐架由四根l型管和主支撐架組成，通過螺釘連接固定。
所述的光電傳感器對回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量測量裝置，通過螺釘來調(diào)節(jié)支撐架和光電傳感器支架的高度。
所述測量時，通過拉線上的浮標來觸發(fā)光電傳感器，以此測量出配重塊下落時經(jīng)過兩點的時間，由光電傳感器所測試的時間，以及芯軸的轉(zhuǎn)動慣量計算出回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量：
由芯軸的動量矩定理可得：
式中，j為回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量，jo為芯軸的轉(zhuǎn)動慣量，mf為系統(tǒng)所受的摩擦力矩；由式(1)可見，回轉(zhuǎn)體的角加速度α為一常數(shù)，配重塊的加速度a＝r·α亦為常數(shù)，配重塊的運動方程可表為：
測得配重塊通過兩光電傳感去所需時間，可由式(2)解得配重塊的加速度a，帶入式(1)，可求得回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量j。為去除摩擦力矩mf的影響，取重量不同的兩個配重塊，通過公式(1)建立二元一次方程。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于與現(xiàn)有轉(zhuǎn)動慣量測試裝置相比裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，并且易于操作，解決了目前轉(zhuǎn)動慣量測試裝置專業(yè)要求高，價格昂貴等缺點，以及專業(yè)要求不高，計算不復(fù)雜，測量精度高。
附圖說明
圖1——本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖中各標記表示對應(yīng)的部件名稱如下：
軸承1、軸承架2、回轉(zhuǎn)體3(可以是任何形式的回轉(zhuǎn)體，圖形在此以齒輪形狀畫出)、芯軸4、第一光電傳感器5、浮標6、拉線7、第二光電傳感器8、光電傳感器支架9、配重塊10、支撐架11。
具體實施方式
本發(fā)明的技術(shù)思路是：
在平衡狀態(tài)時，使配重塊自由落下，回轉(zhuǎn)體隨著芯軸轉(zhuǎn)動。通過測量配重塊經(jīng)過兩光電傳感器之間所需的時間，可計算回轉(zhuǎn)體繞芯軸的轉(zhuǎn)動慣量(即極轉(zhuǎn)動慣量)的大小。
下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明作進一步說明：
軸承架2安裝在支撐架11的上部，軸承1在軸承架2上，而且芯軸4與軸承1形成轉(zhuǎn)動連接，芯軸4上連接有回轉(zhuǎn)體3，且可隨著芯軸4轉(zhuǎn)動，拉線7的上端與芯軸4相連，且拉線7可繞在芯軸4上，拉線7的下端與配重塊10相連，浮標6固定于于拉線7上，在拉線7的整個垂直線路上，光電傳感器支架9從上向下依次連接第一光電傳感器5和第二光電傳感器8，浮標6起始位置位于第一光電傳感器5上部，第一光電傳感器5和第二光電傳感器8固定于光電傳感器支架9上；光電傳感器支架9與支撐架11相連接，支撐架11與光電傳感器支架9都可通過自身螺釘調(diào)節(jié)各自的高度。
本發(fā)明的測量方法及過程說明：
當將配重塊10放下時，配重塊10將進入自由落體運動，拉線7被配重塊10向下拉，則連接在拉線7上的浮標6也跟著落下，浮標6依次經(jīng)過第一光電傳感器5、第二光電傳感器8，并在經(jīng)過光電傳感器時觸發(fā)光電傳感器開關(guān)，由此可測得浮標6經(jīng)過第一傳感器5和第二傳感器8所需時間，即可測得配重塊10下落的時間。
再由動量矩定理可得：
式中，j為回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量，jo為芯軸的轉(zhuǎn)動慣量，通過公式
配重塊5的運動方程可表為：
測得浮標6通過第一光電傳感器5和第二光電傳感器8所需時間，測試開始時，浮標緊靠第一光電傳感器5，故v0＝0，可由式(2)解得配重塊的加速度a，帶入式(1)，為去除摩擦力矩mf的影響，取重量分別為w1、w2的配重塊。通過公式(1)建立二元一次方程，可求得回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量j。