[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

技術領域

本發明涉及力學特性領域，具體涉及一種在線測試回轉體轉動慣量的方法及裝置，適用于測量不便從工作環境中拆卸或者已完成裝配的回轉體的轉動慣量。

背景技術

在精密儀器、工程機械、武器系統、航空航天等領域，轉動慣量是影響零部件和系統工作特性的重要參數。轉動慣量是剛體在轉動中慣性大小的量度，它與剛體的總質量、形狀和轉軸的位置有關。對于形狀較復雜的剛體或者回轉系統比如發動機曲軸、汽車離合器，用數學方法計算它的轉動慣量非常困難，因而多用實驗方法測定。現有的轉動慣量測試方法有：復擺法、三線扭擺法、單擺法、扭振法，上述方法屬于轉動慣量離線測試方法，即測量時需將被測物從所在工作系統中拆卸并安裝在相關實驗裝置上進行測試。但在實際應用當中，很多回轉體不便從所處系統中拆卸，離線測試方法因而受到限制。

落體法測量轉動慣量時由重物直接或間接拖動被測回轉體旋轉，根據重物的下落過程中的加速度值計算待測物的轉動慣量，此方法適合在線測量已裝配完成的回轉體的轉動慣量值。

為消除下落過程中阻力矩的影響，傳統落體法采用兩次不同加速度的落體方程做差進行消元，從而得到較為精確的轉動慣量值，其計算步驟如下：

假設待測物轉動慣量為I，重物質量為m₁，R為繞線半徑，f₀為阻力矩，β₁為下落的角加速度，那么系統轉動方程為：

Iβ₁＝m₁gR-m₁β₁R²-f₀??????(1)

將上述質量為m₁的重物更換成質量為m₂的重物，其它條件保持不變，可以得到新的轉動方程：

Iβ₂＝m₂gR-m₂β₂R²-f₀?????(2)

其中：β₂為第二次下落的加速度。

將公式(1)和公式(2)做差消去摩擦阻力矩f₀可以得到待測回轉體的轉動慣量為：

I=(m1-m2)gR-(m2β2-m1β1)R2β2-β1---(3)]]>

以上為傳統落體法測量轉動慣量的基本方程。

但是，傳統落體法存在諸多不足之處：

(1)傳統落體法將阻力矩f₀視為常值，測量重復性和精度難以保證。落體過程中包含軸承摩擦阻力和空氣阻力，這些阻力的影響因素眾多，如速度、載荷等。隨著下落過程中轉速的升高，系統阻力矩是不斷變化的。圖1是申請人測量的落體法慣量測量裝置加速度-速度曲線。顯然，隨著速度的變化，落體過程的加速度并不是常值，因而阻力矩f₀也并非常值。同時，傳統落體法兩次落體過程中采用不同質量的重物獲得不同的加速度，不同質量重物對導輪軸承產生的載荷不同，因而軸承摩擦力矩也并不相同。可見，傳統落體法直接將阻力矩視為常值有待于改進。