李 敏,王曉峰

(1.鄭州旅游職業(yè)學(xué)院,河南鄭州 450001;2.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450001)

一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量工裝機(jī)構(gòu)的探討*

李 敏1,王曉峰2

(1.鄭州旅游職業(yè)學(xué)院,河南鄭州 450001;2.鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450001)

在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出一種新型的三維空間轉(zhuǎn)換定位機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行多方位轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的需求。提出了一種能明顯提高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量效率的方法,并給出了工裝機(jī)構(gòu)的測(cè)量原理和具體測(cè)量方法。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;測(cè)量工裝機(jī)構(gòu);測(cè)量方法

0 引 言

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小反映的是物體繞某一軸旋轉(zhuǎn)時(shí),其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)慣性大小的量度。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是航空航天、武器系統(tǒng)、精密儀器、工程機(jī)械等領(lǐng)域許多零部件和產(chǎn)品的重要質(zhì)量特性評(píng)價(jià)參數(shù),所以進(jìn)行物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)測(cè)量有著至關(guān)重要的意義。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量方法目前應(yīng)用最為廣泛的是扭擺法。

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量一般是測(cè)量出工件的三個(gè)獨(dú)立的分量,通常是采用兩套工裝,一是直立工裝用于測(cè)量軸向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jx,二是水平工裝測(cè)量橫向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jy和Jz,將這兩套工裝分別連接到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)上測(cè)量出工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的三個(gè)分量。這兩套工裝都實(shí)用有效,但由于是兩套工裝,實(shí)際測(cè)量中需要更換工裝夾具、重新吊裝被測(cè)工件。這不僅會(huì)影響到工作效率的提高,同時(shí)也直接影響測(cè)量精度。

該工裝測(cè)量機(jī)構(gòu)的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種可對(duì)被測(cè)工件實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量的三維空間轉(zhuǎn)換定位機(jī)構(gòu),該工裝測(cè)量機(jī)構(gòu)對(duì)于長(zhǎng)徑比較大的工件難以實(shí)現(xiàn),但對(duì)于三維尺寸比較接近的工件,比如空間飛行器的某些艙體,采用筆者提出的三維轉(zhuǎn)換定位機(jī)構(gòu),則可以實(shí)現(xiàn)一套工裝、一次裝夾測(cè)量出物體(工件、產(chǎn)品)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的三個(gè)分量,即實(shí)現(xiàn)物體X向、Y向、Z向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量,該方法既保證了測(cè)量精度又提高了工作效率。

1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)根據(jù)被測(cè)工件的大小,測(cè)量臺(tái)的樣式也各種各樣,目前應(yīng)用較為普遍的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)

被測(cè)體通過三維轉(zhuǎn)換定位機(jī)構(gòu)安裝在承物盤上,承物盤與主軸同軸心剛性連接,主軸固定在機(jī)架上,主軸下端與扭桿相連,可使承物盤和其上的三維定心機(jī)構(gòu)及被測(cè)體一起作圓周復(fù)擺運(yùn)動(dòng),其撥動(dòng)機(jī)構(gòu)是該復(fù)擺運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。通過傳感器擋板和傳感器支架可以測(cè)出其擺動(dòng)周期,依據(jù)擺動(dòng)周期與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系,即可求得被測(cè)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。目前該項(xiàng)技術(shù)已較為成熟,其測(cè)量精度可以達(dá)到0.1%～0.5%。

2 三維轉(zhuǎn)換定位機(jī)構(gòu)

三維轉(zhuǎn)換定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理見附圖2和附圖3,該三維空間轉(zhuǎn)換的定位機(jī)構(gòu)通過其外層工裝支架與承物盤相結(jié)合,內(nèi)層工裝支架可以沿呈十字分布四根伸縮定位軸(Y-Y、Z-Z)的兩個(gè)水平狀態(tài)方向轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)被定位產(chǎn)品由X向直立狀態(tài)轉(zhuǎn)為水平狀態(tài),實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品的X向直立,Y向水平,Z向水平三個(gè)工位的精確定位(見附圖2、3)。

圖2 三維定心機(jī)構(gòu)俯視

圖3 三維定心機(jī)構(gòu)主觀

具體操作方法如下:如將位于Y-Y軸線方向設(shè)置的左右兩根伸縮定位軸通過手輪調(diào)節(jié),使其脫離內(nèi)層工裝支架,此時(shí)內(nèi)層工裝支架可繞Z-Z同軸線安裝的前后兩根伸縮定位軸轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)內(nèi)層工裝支架轉(zhuǎn)至水平位置時(shí)(此時(shí)位于內(nèi)層工裝支架底部中心位置的水平定位軸孔的軸線恰好與位于Y-Y軸線方向設(shè)置的左右兩根伸縮定位軸的軸線重合,處于同軸線位置),再將與水平定位軸孔所處位置同側(cè)的伸縮定位軸通過手輪調(diào)節(jié)與水平定位軸孔相配合,并通過輔助定心桿和伸縮定位軸定位機(jī)構(gòu)的作用,即實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品的Y-Y方向水平定位工作狀態(tài)。相同方法可調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)Z-Z方向水平工作狀態(tài)。

該三維定心測(cè)量機(jī)構(gòu)可在不需要拆卸被測(cè)物體、更換工裝夾具的前提下,實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行多方位的測(cè)量要求,即實(shí)現(xiàn)被測(cè)工件的X向直立,Y向水平, Z向水平的三個(gè)工位的定位,保證被測(cè)工件形位放置的準(zhǔn)確性,提高被測(cè)產(chǎn)品定位可靠性和精度。

3 測(cè)量方法

依據(jù)上述測(cè)量原理,將被測(cè)體吊裝在三維定心機(jī)構(gòu)的內(nèi)層工裝支架上,并使三維定心機(jī)構(gòu)的外層工裝支架連接在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)的承物盤上,通過輔助定心桿和伸縮定位軸定位機(jī)構(gòu)的作用使被測(cè)產(chǎn)品精確定位。由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量臺(tái)上的撥動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主軸帶動(dòng)產(chǎn)品旋轉(zhuǎn),在扭桿的作用下三維定心機(jī)構(gòu)及被測(cè)體作圓周復(fù)擺運(yùn)動(dòng),通過傳感器擋板和傳感器支架可測(cè)出其擺動(dòng)周期,依據(jù)擺動(dòng)周期與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系,即可求得被測(cè)體在該工位的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。其它兩個(gè)工位的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在不需要更換工裝的前提下,對(duì)三維定心機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作,即可測(cè)得對(duì)應(yīng)工位的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

4 結(jié) 論

(1)設(shè)計(jì)出了一種新的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量三維空間轉(zhuǎn)換定位測(cè)量機(jī)構(gòu)。

(2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量設(shè)備的研制提供了新的技術(shù)手段,測(cè)量效率明顯提高,三維轉(zhuǎn)換定位機(jī)構(gòu)結(jié)合已有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量技術(shù),開發(fā)出系列工件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量設(shè)備,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量精度已達(dá)0.1%～0.5%。

(3)為了提高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量精度,應(yīng)盡量減少空載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,因此在設(shè)計(jì)工裝時(shí)采用了內(nèi)外層框架結(jié)構(gòu)。這樣使得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量精度得以提高。

[1] 貝 超.KKV質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一體化測(cè)量方法研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2000(6):12-17.

[2] 魯四平,盧志輝,孫志揚(yáng),等.導(dǎo)彈彈頭質(zhì)量特性參數(shù)測(cè)量方法的研究[J].機(jī)械強(qiáng)度,2002(4):623-625.

Discussion on a Kind of Measurement Tooling Mechanism for Moment of Inertia

LI Min1,WANG Xiao-feng2
(1.Zhengzhou Tourism College,Zhengzhou Henan 450001,China; 2.Zhengzhou Vocational and Technical College,Zhengzhou Henan 450001,China)

On the basis of the measuring station for the moment of inertia,a new type of three-dimensional space conversion positioning mechanism is designed in this paper,in order to achieve the multidimensional inertia measurement requirement to the object.A method which could significantly improve the measurement efficiency of the moment of inertia is proposed,and then the measurement principles and the specific measurement methods of tooling agencies are given.

moment of inertia;measuring tooling agency;measuring method

O313

A

1007-4414(2015)05-0146-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.051

2015-07-16

李 敏(1973-),女,河南鄭州人,副教授,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)。