[發明專利]一種在線測量回轉體轉動慣量的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410484621.1
• 申請日: 2014-09-20
• 公開（公告）號: CN104236795B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 程光明;陳勝輝;陸品;馬繼杰;王京鴻;王學武;曾平
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01M1/10
• 分類號: G01M1/10
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種在線測量回轉體轉動慣量的裝置，其特征在于包括：

通用卡盤裝置，為一條帶有軸承的旋轉主軸，主軸上設置一繞線盤，與主軸同步旋轉，繞線盤一側安裝慣量盤，另一側同軸連接被測回轉體；

固定于一定高度的導輪，光電編碼器與該導輪同軸安裝；

一條柔性繩索，一端連接重物，另一端纏繞于該繞線盤上；

由氣缸和電磁閥組成的抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定；

計算機通過采集卡與電磁閥電連接，光電編碼器與數據采集卡、計算機順序電連接組成信號采集系統。

2.根據權利要求1所述的一種在線測量回轉體轉動慣量的裝置，其特征在于：所述慣量盤為兩個質量相同、轉動慣量不同的標準慣量盤。

3.一種在線測量回轉體轉動慣量的方法，其特征在于包括下列步驟：

一、系統慣量標定；

二、慣量測量

1)選取一條柔性繩索，將其一端與重物相連，另一端纏繞在繞線盤上，重物和繞線盤置于導輪兩側；

2)在繞線盤的一側安裝1號慣量盤，另一側同軸安裝被測物；

3)通過繞線盤纏繞柔性繩索，使重物升高至預定高度；

4)按下啟動按鈕，開始實驗，抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定，使其不能轉動；

5)延時一段時間，待重物穩定后松開抱閘裝置，由重物拖動被測物加速旋轉；

6)松開抱閘裝置指令發出的同時，計算機再次進行短暫延時補償抱閘裝置動作時間，然后開始記錄位移數據；

7)下落位移達到設定值時停止實驗，并將之前記錄的數據保存至計算機；

8)利用位移數據計算下落過程中的速度數據和加速度數據；

9)第一次落體過程中，系統安裝被測物和1號慣量盤，由質量為m的標準砝碼拖動系統旋轉，落體方程為：

(I1+I0)·dω1dt=mgR-mdω1dtR2-f(ω1,L1)---(4)]]>

其中I₁為1號慣量盤的轉動慣量值，I₀為被測物與測量系統轉動慣量的和，ω₁為第一次落體過程中的角速度，R為繞線輪的半徑，g為當地的重力加速度值，L₁安裝1號慣量盤時的軸承載荷，f(ω,L)為測量系統自身的阻力矩函數，其主要影響因素為速度和載荷；

10)將1號慣量盤更換為與之具有相同質量但不同慣量的2號慣量盤，重復上述步驟(2)到(8)，可以得到第二次落體方程：

(I2+I0)·dω2dt=mgR-mdω2dtR2-f(ω2,L2)---(5)]]>

其中I₂為2號慣量盤的轉動慣量值，ω₂為第二次落體過程中的角速度，L₂安裝2號慣量盤時的軸承載荷；

11)為消除阻力矩f(ω,L)，取兩次落體過程中的相同速度點ω₀進行計算，即ω₁＝ω₂＝ω₀；由于1號慣量盤和2號慣量盤質量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L₁＝L₂＝L₀，于是，根據公式(6)可計算出系統慣量與被測物轉動慣量之和I₀；

于是，兩次落體過程中所取計算點的阻力矩同為f(ω₀,L₀)，公式(4)與公式(5)做差可以得出如下慣量公式：

I0=mR2(dω1dt|ω1=ω0-dω2dt|ω2=ω0)-(I2dω2dt|ω1=ω0-I1dω2dt|ω2=ω0)dω1dt|ω1=ω0-dω2dt|ω2=ω0---(6)]]>

I₀為被測物與測量系統轉動慣量之和，即：

I₀＝I+I_S??????????(7)

其中：I為被測物的轉動慣量，I_S為系統轉動慣量，

12)系統慣量I_S已通過標定得出，

那么根據下列公式，

I＝I₀-I_S????????(8)

計算出被測物轉動慣量I。

4.根據權利要求3所述的一種在線測量回轉體轉動慣量的方法，其特征在于所述系統慣量標定的步驟如下：

(1)選取一條柔性繩索，將其一端與重物相連，另一端纏繞在繞線盤上，重物和繞線盤置于導輪兩側；

(2)在繞線盤的一側安裝3號慣量盤，其慣量值小于1號慣量盤，以估算的系統慣量大小為參照進行匹配，此時，由于系統空載，有效慣量值為系統慣量和3號慣量盤之和；

(3)通過繞線盤纏繞柔性繩索，使重物升高至預定高度；

(4)按下啟動按鈕，開始實驗，由氣缸和電磁閥組成的抱閘裝置將繞線盤所在主軸鎖定，使其不能轉動；

(5)延時一段時間，待重物穩定后松開抱閘裝置，由重物拖動被測物加速旋轉；

(6)松開抱閘裝置指令發出的同時，計算機再次進行短暫延時補償抱閘裝置動作時間，然后開始記錄位移數據；

(7)下落位移達到設定值時停止實驗，并將之前記錄的數據保存至計算機；

(8)利用位移數據計算下落過程中的速度數據和加速度數據；

(9)下落過程中的落體方程為：

(I3+IS)·dω3dt=mgR-mdω3dtR2-f(ω3,L3)---(9)]]>

其中I₃為3號慣量盤的轉動慣量；

(10)將3號慣量盤更換為與之具有相同質量但不同慣量的4號慣量盤，重復上述步驟(2)到(9)，可以得到4號慣量盤的落體方程為：

(I4+IS)·dω4dt=mgR-mdω4dtR2-f(ω4,L4)---(10)]]>

(11)取兩次落體過程中的相同速度點ω₃＝ω₄＝ω_0S；由于3號慣量盤和4號慣量盤質量相同，所以兩次軸承載荷相同，即L₃＝L₄＝L_0S。那么，在相同速度點和相同載荷點阻力矩也相等，聯立方程(9)和方程(10)并消去阻力函數可得：

IS=mR2(dω3dt|ω3=ω0S-dω4dt|ω4=ω0S)-(I4dω3dt|ω3=ω0S-I3dω4dt|ω4=ω0S)dω3dt|ω3=ω0S-dω4dt|ω4=ω0S---(11)]]>