[發明專利]剛體全慣性參數的測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201010236381.5
• 申請日: 2010-07-26
• 公開（公告）號: CN101915638A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 褚志剛;蔣忠翰;吳優
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12;G01M1/10
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 郭吉安

技術領域：

本發明屬于剛體的測量裝置及方法，特別涉及一種測量剛體全慣性參數的測量裝置及方法。

背景技術：

現有技術中測量剛體慣性參數的裝置和方法通常有兩類：一種是給剛體施加一定扭矩，然后通過測量裝置測量其加速度，通過動量矩定理推算轉動慣量；另一種是采用懸線擺方法，通過測量裝置測量它的扭振周期來計算轉動慣量。這些方法都需要提前測出剛體質心位置，前期準備工作及操作過程復雜、誤差較大，并且只能測量出剛體繞某一特定軸的轉動慣量，不能測量慣性積。此外，由于質心位置與轉動慣量的分次測量，會導致質心位置的測量誤差會影響到轉動慣量的測量精度。

發明內容：

本發明的目的就是為解決現有技術中需提前測量質心位置、測量操作過程復雜、無法測量慣性積和多次安放及取下標定塊增加影響測量精度等問題，提出了一種測量剛體全慣性參數的測量裝置和方法。

本發明采用質量周期法，也就是通過測量擺動周期計算出被測物體的質心位置和轉動慣量，將被測物安放在一個可以繞固定軸擺動的托盤4上，構成倒立擺，通過調整被測體與轉軸的相對距離和相對角度測量出被測物體的全慣性參數，即質心位置、轉動慣量和慣性積。

本發明所涉及的剛體全慣性參數的測量裝置，包括滾針軸承1、軸銷2、連接板3、托盤4、回位彈簧5、彈簧座6、支撐架7，轉軸組件由滾針軸承1與軸銷2構成、回位彈簧5安放在彈簧座6上并支撐托盤4，托盤4可繞轉軸做來回擺動形成倒立擺，托盤4表面有轉角刻度，可使測量人員直觀地看出該次被測物體所處空間位置。

用本發明的測量裝置測量剛體全慣性參數的方法，其步驟如下：

第一步：需一次標定，共九次測量，用本發明的測量裝置測量托盤系統的振動周期T；

1)將被測物體安裝在托盤4上，調整被測物體位置，使物體x軸與轉軸在同一豎直平面上，使托盤4繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，做簡諧運動，測量托盤系統的振動周期T₁；

2)將標定塊安裝在托盤4上，標定塊的質心與轉軸在同一豎直平面上，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量出加標定塊后的振動周期T₂；

3)將被測物體繞y軸轉動一定角度θ(本發明θ的范圍：θ＝30°)，即x軸和z軸轉動θ，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量系統振動周期T₃；

4)將被測物體在第三次的基礎在轉動90°-θ，即使物體z軸與轉動軸線在同一豎直平而上，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量系統振動周期T₄；

5)將被測物體繞z軸轉動90°，物體z軸與轉軸在同一豎直平面上，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量系統振動周期T₅；

6)將被測物體繞x軸轉動θ，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量系統振動周期T₆；

7)將被測物體繞x軸轉動90°-θ，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量系統振動周期T₇；

8)將被測物體繞y軸轉動90°，物體的y軸與轉軸在同一豎直平面上，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量系統轉動周期T₈；

9)將被測物體繞z軸轉動θ，使系統繞轉軸轉動一個小角度，然后釋放，測量系統振動周期T₉。

第二步計算質心位置和轉動慣量

將第一步所測得的振動周期參數T，計算得到物體質心位置和轉動慣量的算法如下：

根據原理圖1，其中H_p為托盤4質心點到轉軸的距離，m₀為托盤4的質量，I_p為托盤4關于z軸的轉動慣量，H₀為托盤4上平面到轉軸的距離，R為彈簧作用點到轉軸的距離，K為彈簧的剛度，m₁為被測物體質量，h_y為B點到托盤4上平面距離；

1)將所測T₁和T₂建立二元二次方程組：