[发明专利]一种物体质心测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物体质心测量装置与方法，尤其涉及一种汽车动力总成质心测量装置与方法。

背景技术

物体的质心位置是物体的一个基本属性。例如，汽车动力总成质心坐标直接关系到发动机悬置的设计与布局，因此，精确测量汽车动力总成质心坐标有重要的意义。汽车动力总成是指包括发动机、变速箱在内的及两者刚性连接的所有汽车部件。它是汽车最核心的部分，其性能直接地影响至汽车的各种性能，而且其悬置点的位置及安装方法也直接地关系到汽车的振动性能，汽车动力总成的质心坐标是CAE分析进行汽车悬置设置的基础。然而发动机是一个复杂的不规则物体，对于其质心测量，目前主要的方法有悬吊法。悬吊法原理是，用绳子吊起被测动力总成，则其质心线必然会在通过吊点的铅垂线上，找出铅垂线的另一个端子，即可确定这一条垂线；然后更换一个吊点，找出这个吊点的铅垂线，两条铅垂线的交点即为被测发动机的质心。但是，由于悬吊是柔性连接，容易受到各种不确定因素的干扰，操作时间长，误差不容易控制，还必须通过复杂的计算才能得出质心坐标。

中国专利CN 00115925.9公开了一种用于测量物体质心、形心和质心偏离量的测量装置，包括通过结合物相结合的承物盘和旋转立轴，旋转立轴通过固接在支承座上的十字支撑臂架放在机座上；十字支撑臂是由两根对称设置的摆动支撑臂和两根对称设置的传感支撑臂组成；所述摆动支撑臂通过刀口副架放在机座上，所述传感支撑臂通过传感元件与机座相连；机座上设置有带有传感器的升降臂；所述旋转立轴上连接有一角度测量元件。其不足之处是不适合用于汽车动力总成这样复杂的物体，缺乏与整车参照坐标系的关联，机械装置结构复杂，安装不方便，操作不方便。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种物体质心测量装置。它不仅误差容易控制，而且构造简单、操作快捷。

本发明的另一个目的是提供一种使用该装置的物体质心测量方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种物体质心测量装置，包括称重传感器、测量台面、三角基座、支撑脚及计算机组成。在三角基座的三个角下面有三个可调整高低的支撑脚，用于支撑测试台架与调水平；其三个角上面有三个称重传感器，三个称重传感器精确定位，位置点分别为A、B、C，呈正三角形分布；三个称重传感器上布置一块测量台面，此台面在测量时需要调节水平，台面上刻有标度尺，建立直角坐标。称重传感器与测量台面实现点接触以精确定位。在安装被测物体时，为了保护三个称重传感器不受到过大的冲击，在三角基座与测量台面之间布置三个保护支撑螺柱。此测量装置通过采用计算机监控三个力传感器所受到的力值，由程序自动进行对监控到的数据进行处理，自动得出质心坐标。所有的算法由计算机自动完成，快速、可靠，避免了出错的可能。

本发明的原理是，当被测物安放于测量台面上时，台面上A、B、C三个点会受到不同的力，通过力矩平衡计算，即可得到被测物体质心的二维坐标，要测量质心的三维坐标只要将被测物体旋转90度，再测量其质心二维坐标，由此可得质心的三维坐标。

1.质心二维坐标测量：要测量物体质心，必先确定一个坐标系(对于汽车动力总成，可利用其整车坐标系)。先做XY平面的质心坐标测量，在其数模上找到三个可以支撑起被测物的点，在数模上求取它们的坐标，利用这个坐标配置固定被测物的夹具高度及在台面上的摆放位置，支撑起被测物，使被测物的XY坐标与测量台面的XY坐标平行，根据三个支点的受力情况，即可用计算机计算出质心在XY平面的坐标。

三点测力法求质心，如图3所示：

由力矩平衡原理可得：

F_B*H＝G*Y_g    式1

Fc*H=G*GL‾]]>式2(GL指图3中点G与点L之间的距离)

由式1和式2可得：