[发明专利]一种主动控制正弦扭摆法转动惯量测量装置及方法

说明书

一种主动控制正弦扭摆法转动惯量测量装置及方法，包括保护支承座、底座、工作台与主轴系，其中保护支承座位于地面上，通过缓冲器支撑工作台，而主轴系位于底座内，下部安装有地脚，主轴系通过上部的气浮轴承连接工作台的中心位置；主轴系由电机驱动回转轴，回转轴上部连接联轴器，且在电机与联轴器之间的位置，在回转轴上安装角接触球轴承；联轴器上部连接扭矩限制器，扭矩限制器上部连接扭矩传感器，扭矩传感器上部连接气浮轴承，气浮轴承连接工作台的中心位置。

技术领域

本发明属于测量装置领域，具体涉及一种主动控制正弦扭摆法转动惯量测量装置及方法。

背景技术

转动惯量是表征转动物体惯性大小的物理量，是研究、设计、控制转动物体运动规律的重要工程技术参数，因此测定物体的转动惯量具有重要的实际意义。

转动惯量的大小不仅与刚体的质量有关，还与转轴位置和质量分布有关。对于形状规则、材料密度均匀的标准件，它的转动惯量可以根据公式计算，但对于几何形状不规则、质量分布不均匀的物体(例如枪炮的弹丸、电动机的转子等)，计算它们的转动惯量非常困难，通常用实验的方法来确定。

传统的转动惯量测量方法主要分为两大类：扭杆(或蜗簧)扭摆法和吊线扭摆法。这两种方法都是都是通过测量扭摆的周期计算得到被测物体的转动惯量。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足之处，提供一种主动控制正弦扭摆法的转动惯量测量方法，该方法可将转动惯量量值溯源至扭矩和角加速度，转动惯量测量过程不需要标准样件的参考值作为中间计算参数，并将测量准确度提高到0.01％，从而克服了转动惯量量值无法溯源、难以实现高准确度测量的缺点。

本发明的技术方案如下：一种主动控制正弦扭摆法转动惯量测量装置，包括保护支承座、底座、工作台与主轴系，其中保护支承座位于地面上，通过缓冲器支撑工作台，而主轴系位于底座内，下部安装有地脚，主轴系通过上部的气浮轴承连接工作台的中心位置；

主轴系由电机驱动回转轴，回转轴上部连接联轴器，且在电机与联轴器之间的位置，在回转轴上安装角接触球轴承；联轴器上部连接扭矩限制器，扭矩限制器上部连接扭矩传感器，扭矩传感器上部连接气浮轴承，气浮轴承连接工作台的中心位置。

底座为圆台型结构。

底座法兰边设计尺寸确保负载产品及工装的中心落到地脚安装圆内。

电机选用无刷无齿槽力矩电机。

在工作台的安装位置上有光栅安装座，光栅安装座上有刻度，用于安装光栅。

在气浮轴承上还有光学编码器，光学编码器包括光栅与读数头，配合光栅安装座上的光栅可进行读数。

角接触球轴承与电机、联轴器不接触。

一种主动控制正弦扭摆法转动惯量测量装置得测量方法，包括以下步骤：

S1：空载测试，工作台不放置任何物体，电机驱动回转轴转动，电机与光学编码器构成反馈控制系统,将扭摆角度作为反馈控制结果；

S2：扭矩传感器采集时域输出信号M(t)，光栅传感器采集时域输出信号φ(t)，通过公式J＝M/a，求得空载转动惯量J空；

S3：将被测量物体置于工作台之上，按照S1、S2的方法可得载物后的转动惯量J'；

S4：通过J＝J'-J空,可得被测物体转动惯量J。

所述S1中，实时控制转台的扭摆角度。

所述S1中，使转台的转角按照标准的正弦扭摆运动。

本发明的显著效果在于：