[其他]剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101986000006881
• 申請(qǐng)日: 1986-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN1003807B
• 公開（公告）日: 1989-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張繼元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)學(xué)院
• 代理公司: 兵器工業(yè)部專利代理事務(wù)所
• 代理人: 章**君;朱嘉民

剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量裝置及方法。本發(fā)明為一種剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定裝置和方法，特別適用于質(zhì)量分布不均勻和斷面形狀不規(guī)則物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定。當(dāng)載有被測(cè)物的承物臺(tái)在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，承物臺(tái)下部的遮光細(xì)棒相繼通過光電開關(guān)，此時(shí)有信號(hào)發(fā)出，可直接測(cè)出被測(cè)物在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角位移、角速度、角加速度等，再經(jīng)換算便可求得其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。此外，還能用來驗(yàn)證剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)定律及平行軸定理。本裝置操作簡(jiǎn)便、摩擦力矩小、測(cè)量誤差小（＜２％），可用于大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)以及科學(xué)研究等。

本發(fā)明為一種剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定裝置和方法，特別適用于測(cè)定質(zhì)量分布不均勻和形狀不規(guī)則的剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

眾所周知，質(zhì)量分布均勻和斷面形狀規(guī)則的物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是可用數(shù)學(xué)公式計(jì)算求得的，但對(duì)質(zhì)量分布不均勻和斷面形狀不規(guī)則的物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則必須用專門的測(cè)定裝置才能測(cè)定。＊本特許公開昭53-148487所介紹的一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量確定裝置，是將被測(cè)物體安放在具有水平轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，由于被測(cè)物體與旋轉(zhuǎn)臺(tái)是在垂直面上圍繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)必然會(huì)受到自身重力的影響，如果被測(cè)物體質(zhì)量分布不均勻或斷面形狀不規(guī)則，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度就會(huì)時(shí)快時(shí)慢，甚至根本轉(zhuǎn)動(dòng)不起來。而且從該測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)看來，測(cè)定誤差必然很大。此外，該裝置是直接測(cè)出砝碼下降某一高度所需時(shí)間，即先測(cè)定砝碼下降的線速度，換算成角速度后再經(jīng)多次換算，才能求出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

本發(fā)明的目的是提供一種新型的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置和方法，它具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且特別適用于測(cè)量質(zhì)量分布不均勻和斷面不規(guī)則的物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

本發(fā)明的裝置，主要包括：承物臺(tái)、塔輪、轉(zhuǎn)軸、底座、滑輪、系有砝碼的細(xì)線以及與數(shù)字毫秒計(jì)相連接的光電開關(guān)。被測(cè)物體放在水平安裝的承物臺(tái)上，承物臺(tái)下面與塔輪相連，被測(cè)物、承物臺(tái)以及塔輪形成一個(gè)剛體系。塔輪由5至8個(gè)半徑不同的繞線輪組成，塔輪內(nèi)的轉(zhuǎn)軸是垂直的，其上下端采用軸承以減少摩擦。細(xì)線一端繞在塔輪中的繞線輪上，跨過滑輪的另一端系有砝碼。剛體系在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，承物臺(tái)下的遮光細(xì)棒也隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，相繼通過光電開關(guān)時(shí)，將信號(hào)送到數(shù)字毫秒計(jì)，測(cè)出被測(cè)物體旋轉(zhuǎn)某一角度所需之時(shí)間，可以直接測(cè)得角位移，并算出角速度、角加速度、作用力矩，摩擦力矩，從而求出了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

利用本發(fā)明測(cè)定剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法如下：

將被測(cè)物放置于承物臺(tái)上，選擇一繞線輪半徑r，砝碼質(zhì)量為m，將雙通道毫秒計(jì)預(yù)置在測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ₁和θ₂上，當(dāng)砝碼自由下落時(shí)，用雙通道毫秒計(jì)同時(shí)測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ₁和θ₂后所用時(shí)間t₁和t₂。當(dāng)細(xì)線脫離塔輪后，剛體系只在摩擦力矩作用下作減速轉(zhuǎn)動(dòng)，毫秒計(jì)可測(cè)出減速運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)θ₁、θ₂所用時(shí)間t₁′、t₂′，轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程式如下：

θ₁＝ω₁t₁+1/2βt12 ]]> ①

θ₂＝ω₂t₂+1/2βt22 ]]> ②

上式中ω₁、ω₂分別為兩個(gè)遮光細(xì)棒的初始角速度。由于兩個(gè)遮光細(xì)棒第一次是同時(shí)遮光，因此

ω₁＝ω₂ ③

由①和②式可導(dǎo)出角加速度β的公式：