[實用新型]一種質心測量系統

有效

• 申請號: 201821888746.0
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN209214836U
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 崔凱;李治國;司敬芝;劉鵬;謝友金
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M1/12
• 分類號: G01M1/12
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本實用新型涉及一種質心測量系統。該系統不僅結構緊湊可靠且能夠測試任意狀態下被測試件質心。該方法計算過程簡單，計算精度高。系統主要包括三軸氣浮力矩測試臺、二維轉動機構、第一質心調節機構以及第二質心調節機構；三軸氣浮力矩測試臺包括支座、氣浮軸承、氣浮平臺臺面、重力平衡調節機構以及力傳感器組件；氣浮平臺臺面下表面安裝有用于調節X、Y、Z三個方向的重力平衡調節機構以及用于測量X、Y、Z三個方向受力情況的力傳感器組件；二維轉動機構安裝在氣浮平臺臺面的上表面，二維轉動機構中俯仰部分的載物平板下表面安裝第一質心調節機構，上表面放置被測試件；二維轉動機構的方位部分安裝第二質心調節機構。

技術領域

本實用新型屬于精密機械工程技術領域，具體涉及一種質心測量系統。

背景技術

空間高速運動機構對轉子的質心配平精度要求較高，而高精度的質心測量是基礎。常見的衛星上姿控飛輪的輸出力矩0.15Nm，允許的外界力矩干擾一般不超過1/5，即0.03Nm，對于200kg轉動負載，在100°/s旋轉時，對應的質心偏差要求優于24μm，否則在空間微重力環境下，高速轉子質量偏心造成的不平衡力矩可能導致航天器姿態角產生周期性進動失穩。

大負載高速轉子在地面重力環境下會經歷長達數月的調試測試階段，同樣存在問題，其質心偏心在重力作用下會造成偏心力矩，常規地面上基于稱重的質心測量儀的質心測試精度在毫米量級，200kg 負載偏心1mm，對應的偏心重力矩達到19.6Nm。

一方面地面長時間測試調試階段對支撐軸系的高精度運轉極易造成損害，影響軸系壽命；

另一方面，地面調試階段存在的額外19.6Nm干擾力矩，在衛星發射入軌后微重力環境下將大幅減小，地面調試階段設計優化的控制參數有可能不再適用空間運行環境，帶來隱患。

更高精度的質心測量與配平可基于動平衡機完成，通過布置在動平衡機轉軸上的壓力傳感器進行高精度動平衡測量。動平衡機達到的轉速越高，理論上測試精度越高，60rmp轉速下的殘余靜不平衡量可達3kgmm，測試精度可以滿足，但對被測產品的要求較高。該方法適用與規則形狀的小部件測試。而對于較大部件：一方面對動平衡機的承載能力、運動空間包絡要求高；另一方面高速旋轉情況下的部件產生的大氣風阻產生的粘滯阻力對測試結果影響嚴重。

針對該問題現有技術還提出了低氣壓艙高精度質心測量的解決方案，但產品測試流程復雜，高速旋轉對產品自身可能造成安全隱患。

經檢索，中國專利，專利申請號為201510655822.8，公開了一種名稱為三軸氣浮臺質心調平衡方法及裝置，在該實用新型采用的技術方案是：以氣浮狀態下的臺面激光跟蹤儀測試的角度反饋和激光陀螺測試的角速度反饋，以安裝在三個方向的飛輪為控制單元進行系統質心調平。該技術方案存在以下缺陷：

1、浮空狀態下氣浮臺六個自由度均無約束，常見飛輪的最大輸出力矩不超過0.15Nm，距離回轉中心1m處15g的質量偏心即可使飛輪轉速飽和，在粗調平過程臺面極易傾覆，調試過程需要多次反復，操作繁瑣；

2、該方法通過測試飛輪的轉速進行微分，再乘以慣量間接進行力矩測試，飛輪轉速的反饋又依賴于激光跟蹤儀的測試精度和控制反饋，計算過程繁瑣、復雜；

3、該測試方法只能進行被測試件一種固定狀態下的質心測試。

實用新型內容

為了解決背景技術中的問題，本實用新型一種結構緊湊可靠且能夠測試任意狀態下被測試件質心的質心測量系統。

本實用新型的基本設計原理是：