[發(fā)明專(zhuān)利]一種回轉(zhuǎn)體臥式赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試精度的分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710699830.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107389264A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李俊燁;張心明;胡敬磊;曹?chē)?guó)華;王德民;劉建河
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M1/10
• 分類(lèi)號(hào): G01M1/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及回轉(zhuǎn)體臥式赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種回轉(zhuǎn)體臥式赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試精度的分析方法。

背景技術(shù)

在一個(gè)物體的兩端假設(shè)兩個(gè)點(diǎn)，而兩點(diǎn)連成一線(xiàn)穿過(guò)物體，物體以此線(xiàn)為旋轉(zhuǎn)中心，在旋轉(zhuǎn)時(shí)它的每個(gè)部分旋轉(zhuǎn)到固定一個(gè)位置時(shí)都是一樣的形狀，此為回轉(zhuǎn)體。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的量值取決于物體的形狀、質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸的位置。剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有著重要的物理意義，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程技術(shù)、航天、電力、機(jī)械、儀表等工業(yè)領(lǐng)域也是一個(gè)重要參量。電磁系儀表的指示系統(tǒng)，因線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同，可分別用于測(cè)量微小電流(檢流計(jì))或電量(沖擊電流計(jì))。在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、飛輪、陀螺以及人造衛(wèi)星的外形設(shè)計(jì)上，精確地測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，都是十分必要的。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量只決定于剛體的形狀、質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置，而同剛體繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)(如角速度的大小)無(wú)關(guān)。形狀規(guī)則的勻質(zhì)剛體，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可直接用公式計(jì)算得到。而對(duì)于不規(guī)則剛體或非均質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)定，因而實(shí)驗(yàn)方法就顯得十分重要。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)用于剛體各種運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種回轉(zhuǎn)體臥式赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試精度的分析方法，以便更好地針對(duì)回轉(zhuǎn)體進(jìn)行赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試、標(biāo)定與檢驗(yàn)，改善測(cè)試、標(biāo)定及檢驗(yàn)效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下。

一種回轉(zhuǎn)體臥式赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試精度的分析方法，其具體方法為：

(1)回轉(zhuǎn)體臥式赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量是利用扭擺法測(cè)量獲得的：扭擺法赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試時(shí)，先將測(cè)試工裝固定在測(cè)量架上，在平衡狀態(tài)時(shí)，對(duì)測(cè)量架施加一瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩，測(cè)量架及待測(cè)回轉(zhuǎn)體產(chǎn)品的測(cè)試工裝圍繞扭桿轉(zhuǎn)軸自由扭振，測(cè)量并記錄此狀態(tài)的扭振周期，此扭振周期稱(chēng)為空盤(pán)周期；將待測(cè)回轉(zhuǎn)體產(chǎn)品裝夾在測(cè)試工裝上，同樣在平衡狀態(tài)時(shí)對(duì)測(cè)量架施加一瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩，測(cè)量架、待測(cè)回轉(zhuǎn)體產(chǎn)品的測(cè)試工裝及待測(cè)回轉(zhuǎn)體產(chǎn)品一起便會(huì)圍繞扭桿轉(zhuǎn)軸自由扭振，測(cè)量并記錄此狀態(tài)的扭振周期，此扭振周期稱(chēng)為測(cè)量周期；通過(guò)空盤(pán)周期和測(cè)量周期的周期測(cè)量值，能計(jì)算得出待測(cè)產(chǎn)品圍繞臥式赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試設(shè)備扭桿轉(zhuǎn)軸的赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小；

回轉(zhuǎn)體的赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試設(shè)備能測(cè)量質(zhì)量為0-0.12kg范圍內(nèi)的小型回轉(zhuǎn)體的赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，待測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試工裝采用輕質(zhì)材料如塑料及鋁合金；回轉(zhuǎn)體赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量設(shè)備由設(shè)備基體、測(cè)量架、測(cè)試工裝、扭桿、鎖緊機(jī)構(gòu)、解脫釋放機(jī)構(gòu)、導(dǎo)軌和設(shè)備基座組成；

根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定律，測(cè)試工裝、扭桿和待測(cè)回轉(zhuǎn)體所成的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程為：

Jφ′+Kφ+M＝0(1)

式中，J為赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；K為彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)；φ為角位移；M為阻尼力矩；若忽略阻尼的影響，獲得待測(cè)回轉(zhuǎn)體產(chǎn)品的赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試公式為：

J_d＝AT²-J₀(2)

J₀為扭擺系統(tǒng)本身的赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J_d為待測(cè)回轉(zhuǎn)體的赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；T為托盤(pán)和待測(cè)回轉(zhuǎn)體的擺動(dòng)周期；

式中，它是一個(gè)常數(shù)，A值由扭桿決定；

在赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式(2)中，A與J₀可事先精確測(cè)出；這樣赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試誤差的主要來(lái)源是振動(dòng)周期T的測(cè)量誤差，而周期T誤差來(lái)源又有三個(gè)方面：一是測(cè)時(shí)誤差，二是忽略阻尼力矩引起的誤差，三是摩擦力矩引起的誤差；

(2)測(cè)時(shí)誤差對(duì)赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試精度影響分析：

測(cè)時(shí)誤差對(duì)赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試的影響可以通過(guò)以下的誤差分析獲得，赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式為，J＝AT²，那么根據(jù)誤差傳遞公式，δJ＝2ATδT，

回轉(zhuǎn)體赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試設(shè)備的周期采集卡的測(cè)量誤差只有0.001ms，由于測(cè)時(shí)精度做得很高是不難達(dá)到的，所以測(cè)時(shí)誤差可忽略；

(3)阻尼力矩對(duì)赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試精度影響分析：

回轉(zhuǎn)體赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式是在忽略阻尼作用的情況下推出的，根據(jù)振動(dòng)理論，對(duì)上述裝置考慮阻尼影響，只是周期延長(zhǎng)了；設(shè)T′為有阻尼的周期，

若則

實(shí)際振幅衰減比0.7小得多，那么對(duì)測(cè)試周期的影響小于0.08％，對(duì)最后的測(cè)量精度沒(méi)有太大影響；

(4)摩擦力矩對(duì)赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試精度影響分析：