[发明专利]零部件质量特性一体化测试设备及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量设备，特别是一种用于汽车零部件及整车、卫星与飞船等航天器零部件与整机特性测试、航空武器类产品的质量特性测试的测试设备及其测试方法。

背景技术

质量特性是航天、航空及汽车零部件、整机等生产制造、测试及在轨运行过程中的重要参数，随着航空航天及汽车工业的迅速发展，质量特性的测试过程要求既要提高测试精度又能够减少装卡过程，以提高测试效率和安全性。

质量特性包括质量、质心和转动惯量，目前国、内外质量特性测试设备从功能上分为四类：(1)质量测试设备；(2)质量、质心测试设备，如湖北孝感测试仪器厂生产的三点称重法的质量、质心测量台，美国空间电子(spaceelectronics)生产的质量、质心测量台等；(3)转动惯量测试设备，如西北工业大学、南京理工大学利用机械轴承生产的测量转动惯量的扭摆台，航空一集团304所研制的使用气浮轴承的转动惯量测量扭摆台，德国申克公司、美国空间电子生产的气浮轴承转动惯量测量扭摆台等；(4)质心、转动惯量测试设备，如美国空间电子生产的气浮球轴承质心、转动惯量测试设备。

目前测试质量特性的三个参数，最少需要上述4种设备中的两种。以(2)、(3)两类设备组合测量来说，首先以设备(2)测试质量和Y、Z轴坐标平面质心，然后通过吊装将被测件置于设备(3)上，测量X轴转动惯量，在此过程中需要将被测件在两种设备间进行转移；测量X轴坐标质心及Y轴和Z轴转动惯量时，需要多次将被测件在两台设备之间转移，并更换被测件与设备之间的安装工装。因此测量过程中，需要对被测件进行多次装拆和转换设备，测试过程复杂，周期长，效率低，测试过程中精度一致性容易受到多次装拆的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、测量精度高的集测试质量、质心、转动惯量于一身的质量特性一体化测试设备及相应的测试方法。

本发明的技术解决方案是：零部件质量特性一体化测试设备，包括底座、扭摆台、质心台及测量仪；扭摆台包括扭摆下盘、扭摆上盘、扭簧组件及扭摆驱动机构，质心台包括支撑框、质心盘、球头支撑、称重传感器组件及转换机构，测量仪包括质量、质心测量仪和转动惯量测量仪；扭摆下盘通过螺栓固定于底座上，扭摆上盘通过扭簧组件与扭摆下盘连接，扭簧组件位于扭摆下盘和扭摆上盘的中心位置，扭摆下盘和扭摆上盘的边缘通过螺栓固定连接，当松开扭摆下盘和扭摆上盘之间的螺栓时，在扭摆下盘的进气孔注入压缩空气，使扭摆下盘和扭摆上盘之间形成气垫，扭摆上盘处于气浮状态，在扭摆驱动机构和扭簧组件的共同作用下，扭摆上盘往复扭摆，转动惯量测量仪根据扭摆上盘的扭摆周期测量被测物的转动惯量；支撑框固定于扭摆上盘的外圆周上，质心盘通过转换机构固定于支撑框上，质心盘用于安装被测物，称重传感器组件布置于扭摆上盘的表面，通过转换机构改变质心盘与支撑框的相对位置，当质心盘与转换机构分离时，质心盘及被测物的重量将由称重传感器组件承担，质量、质心测量仪根据称重传感器组件的值测量被测物的质量和质心。

所述的扭簧组件包括弧形板、簧片和扇形板，弧形板与扭摆上盘固定连接，扇形板与扭摆下盘固定连接，两个簧片以十字交叉形分别与扇形板和弧形板固定连接。

所述的转换机构包括法兰座、顶升螺栓、止推轴承、顶升块和压紧螺栓；法兰座固定于支承框，顶升螺栓与法兰座通过螺纹旋合，止推轴承置于顶升螺栓的止口与法兰座的内孔之间，顶升块置于止推轴承上圈表面，并在四周有导向凸台与法兰座内孔导向凹槽配合，压紧螺栓通过顶升螺栓与质心盘螺纹旋合。

所述的扭摆驱动机构包括驱动气缸、上盘推动块和霍尔传感器，上盘推动块与扭摆上盘固定连接，驱动气缸驱动上盘推动块，由上盘推动块带动扭摆上盘往复摆动，霍尔传感器用于测量扭摆上盘往复摆动的周期。

所述的称重传感器组件有三个，且均匀分布在与质心盘同心的扭摆上盘的圆周上，三个称重传感器组件相互之间夹角为120度。

所述的扭摆下盘的侧面留有注入压缩空气的进气口，扭转下盘与扭摆上盘接触的表面上安装有节流器，压缩空气通过进气口进入气路密封盘的气道中，并均匀通过节流器进入扭摆上盘与扭摆下盘之间形成气垫。

零部件质量特性一体化测试设备的测试方法，步骤如下：

(1)将被测件及其工装与质心盘安装面固定连接，安装过程中应使得被测件工装与质心盘安装面中心孔同轴；

(2)松开压紧螺栓，降下顶升螺栓，质心盘承载的被测件重量通过三个球头支撑全部落在三个称重传感器组件上，质量、质心测量仪读出三组传感器读数，计算出被测件的质量和质心；