[实用新型]一种在线测量回转体转动惯量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及力学特性领域，具体涉及一种在线测试回转体转动惯量的装置，适用于测量不便从工作环境中拆卸或者已完成装配的回转体的转动惯量。

背景技术

在精密仪器、工程机械、武器系统、航空航天等领域，转动惯量是影响零部件和系统工作特性的重要参数。转动惯量是刚体在转动中惯性大小的量度，它与刚体的总质量、形状和转轴的位置有关。对于形状较复杂的刚体或者回转系统比如发动机曲轴、汽车离合器，用数学方法计算它的转动惯量非常困难，因而多用实验方法测定。现有的转动惯量测试方法有：复摆法、三线扭摆法、单摆法、扭振法，上述方法属于转动惯量离线测试方法，即测量时需将被测物从所在工作系统中拆卸并安装在相关实验装置上进行测试。但在实际应用当中，很多回转体不便从所处系统中拆卸，离线测试方法因而受到限制。

落体法测量转动惯量时由重物直接或间接拖动被测回转体旋转，根据重物的下落过程中的加速度值计算待测物的转动惯量，此方法适合在线测量已装配完成的回转体的转动惯量值。

为消除下落过程中阻力矩的影响，传统落体法采用两次不同加速度的落体方程做差进行消元，从而得到较为精确的转动惯量值，其计算步骤如下：

假设待测物转动惯量为I，重物质量为m₁，R为绕线半径，f₀为阻力矩，β₁为下落的角加速度，那么系统转动方程为：

Iβ₁＝m₁gR-m₁β₁R²-f₀    (1)

将上述质量为m₁的重物更换成质量为m₂的重物，其它条件保持不变，可以得到新的转动方程：

Iβ₂＝m₂gR-m₂β₂R²-f₀    (2)

其中：β₂为第二次下落的加速度。

将公式(1)和公式(2)做差消去摩擦阻力矩f₀可以得到待测回转体的转动惯量为：

I=(m1-m2)gR-(m2β2-m1β1)R2β2-β1---(3)]]>

以上为传统落体法测量转动惯量的基本方程。

但是，传统落体法存在诸多不足之处：

(1)传统落体法将阻力矩f₀视为常值，测量重复性和精度难以保证。落体过程中包含轴承摩擦阻力和空气阻力，这些阻力的影响因素众多，如速度、载荷等。随着下落过程中转速的升高，系统阻力矩是不断变化的。图1是申请人测量的落体法惯量测量装置加速度-速度曲线。显然，随着速度的变化，落体过程的加速度并不是常值，因而阻力矩f₀也并非常值。同时，传统落体法两次落体过程中采用不同质量的重物获得不同的加速度，不同质量重物对导轮轴承产生的载荷不同，因而轴承摩擦力矩也并不相同。可见，传统落体法直接将阻力矩视为常值有待于改进。