CN103267609A - 三线摆实验台以及对物体进行质心对中的方法 - Google Patents
三线摆实验台以及对物体进行质心对中的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种柔性托盘三线摆试验台。包括试验台支架、钢丝绳、力传感器、托盘、导向管、紧固螺母、支撑螺杆、配重装置等。在托盘上加工若干个过孔，在过孔上可以安装导向管，并通过紧固螺母紧固在托盘上。在导向管中可以装入支撑螺杆，支撑螺杆可以在导向杆中旋转从而上升或下降。若干个支撑螺杆可以对被测物体形成一个有效的支撑。这种三线摆试验台可以适用于各种形状的被测物体，并且可以快速完成被测物体的质心对中过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种三线摆实验装置领域，特别涉及一种三线摆实验台架以及利用该台架对物体进行质心对中的方法。
背景技术
三线摆实验台常用于测量刚体的转动惯量。例如它可以用于测量汽车发动机或者动力总成的转动惯量参数。目前常见的三线摆实验台结构是在实验台支架上等间距悬挂三根钢丝绳，下面挂一个圆形钢板作为被测物体的托盘。
在实验过程中，首先需要把被测物体摆放到托盘上，而且要保证被测物体的质心位于托盘的中轴线上。如果质心不是位于中轴线上，则会引入实验误差。
传统的三线摆有两个缺点：第一，被测物体的质心对中过程非常麻烦。对于像汽车发动机这样的被测物体，其重量通常在几十到几百千克，通常需要在托盘上反复移动发动机的位置，并且读取拉力传感器的数值，直到三个拉力传感器的读数一致，才能完成质心对中过程。这个步骤耗时耗力，而且操作起来比较危险。第二，被测物体的摆放不方便。如果要得到一个发动机完整的惯量参数(即惯性张量)，通常需要测量过质心的9条到12条不同轴线的转动惯量，然后才能计算出比较精确的值。然而，要把一台发动机在托盘上摆出9到12种不同的姿态却不容易。在传统的三线摆实验台上，必须借助木块等支撑物才能摆出多种姿态以便测试。然而，加入了木块等支撑物，不但会引入实验误差，而且使发动机质心对中过程更加麻烦和危险。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种新型三线摆实验台，以及利用该实验台对物体进行质心对中的方法，以解决上述问题。
本发明的一方面提供一种三线摆实验台，包括支架以及托盘，所述支架包括一个水平的上平面，在所述上平面上分布有三个成等边三角形布置的悬挂点，每个所述悬挂点分别悬挂一根长度相等的绳索，所述绳索的下方连接所述托盘，每个所述绳索上均设置有拉力监测装置；在所述等边三角形的几何中心上设置中心悬挂点，所述中心悬挂点也悬挂有绳索；所述托盘上均匀地开设有多个过孔，在 所述过孔上能够设置导向管，导向管内设置有高度可调的支撑螺杆。
优选地，所述托盘为圆形，并且在其外缘均匀地设置三个调节螺杆，在所述螺杆上设置有平衡重，所述平衡重能够沿着所述调节螺杆的径向移动。
优选地，所述过孔成同心圆的形式均匀地分布在所述托盘上。
优选地，托盘上同一圆周上的每个所述过孔大小相同，并且同一圆周上的每个所述导向管的大小、质量以及尺寸也相同。
优选地，在相对于所述圆形托盘中心点位置对称的过孔上设置所述导向管以及所述支撑螺杆。
优选地，所述导向管为圆筒形，并且内外均加工有螺纹，所述导向管通过外螺纹和螺母固定在所述托盘上，所述支撑螺杆能够通过螺纹装入导向管中，并通过旋转调节支撑高度。
本发明的另一方面，提供一种采用所述的三线摆实验台对物体进行质心对中的方法，包括以下步骤：
a.在所述圆形托盘上选取位置相对于圆形托盘中心点中心对称的过孔安装所述导向管和支撑螺杆，调节所述圆形托盘使得托盘重心与几何中心重叠并位于所述中心悬挂点的正下方；
b.使用托盘支撑装置从下方把托盘支撑起来，并再次调整托盘的位置使得托盘重心与几何中心重叠并位于所述中心悬挂点的正下方；
c.把被测物用绳索捆绑，悬挂于中心悬挂点下方，并自由悬挂使其悬停，此时被测物体的重心正好位于所述托盘的正上方；
d.旋转所述支撑螺杆，使得多个所述支撑螺杆共同支撑所述被测物；
e.断开所述中心悬挂点的绳索，并撤掉托盘下方的托盘支撑装置。
优选地，其中，步骤a中安装所述导向管和支撑螺杆的过程之前，还包括使用托盘支撑装置从下方把托盘支撑起来，使钢丝绳不受力，托盘不晃动的步骤。
优选地，步骤a中调节所述托盘使得托盘重心与几何中心重叠并位于所述中心悬挂点的正下方的过程为：使托盘只受三根钢丝绳的拉力，调节所述配重，使得每个所述拉力监测装置读数一致，即托盘重心与几何中心重叠。
优选地，步骤b中再次调整托盘的位置使得托盘重心与几何中心重叠并位于 所述中心悬挂点的正下方的过程为：使用托盘支撑装置从下方把托盘支撑起来，并调整托盘使其水平，在所述中心悬挂点上悬挂一重锤，使其自由悬停，水平移动托盘支撑装置和托盘，使托盘的几何中心位于重锤的正下方。
采用本发明的实验台以及质心对中方法，不但可以很容易地支撑被测物体的不同姿态，同时被测物体的质心对中过程可以一次完成，无需反复移动，从而提升了实验效率。
附图说明
图1显示了本发明柔性托盘三线摆实验台的示意图；
图2显示了本发明中柔性托盘的俯视图；
图3显示了本发明中柔性托盘的示意图；
图4显示了本发明中柔性托盘的前视图；
具体实施方式
下面结合实施例详细描述本发明的实现方案。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文将结合图示对本发明做出进一步说明。
图1显示了柔性三线摆实验台的总体布局，包括实验台支架210；中心悬挂点214以及悬挂的钢丝绳224；三个悬挂点211、212、213以及悬挂的三根长度相等的钢丝绳221、222、223。实验台支架210包括一个水平的上平面，在上平面三个悬挂点211、212、213成等边三角形布置，并且中心悬挂点214位于等边三角形的几何中心上。三根钢丝绳221、222、223上分别安装了拉力传感器225、226、227；三根钢丝绳221、222、223下面悬挂圆形托盘230；在托盘的中心以及三个同心圆上加工了一系列相对于圆形托盘中心点中心对称的过孔231；在托盘的外端均匀地设置三个安装平衡重的螺杆232、234、236；在每个螺杆上安装一个平衡重233、235、237，平衡重能够沿着螺杆的径向进行移动，如图2所示。
如图3所示，在托盘230上选择若干个位置相对于圆形托盘中心点中心对称的过孔231安装导向管242，导向管从过孔231中穿过，并通过上下两个紧固螺栓243固定到托盘230上，导向管的高度根据具体需要而定，如图4所示。在导向管中安装支撑螺杆241，并通过旋转调整支撑螺杆的高度。在对称的位置上必 须使用相同的导向管、支撑螺杆以及紧固螺母，使托盘的质量分布对称。
在安装导向杆以及支撑螺杆之前，采用一托盘支撑装置将托盘撑起，使得托盘固定，便于安装零件。托盘上的零件安装好以后，撤掉托盘支撑装置，把托盘230挂在三根钢丝绳上，自由悬垂至稳定，读取三个拉力传感器225、226、227的数值，通过调整3个平衡重233、235、237的位置使三个拉力传感器的度数一致。这样托盘质心与几何中心重叠，并且位于中心悬挂点的正下方。
再次采用托盘支撑装置托起，由于托起过程中托盘位置会发生变化，因而需要再次调整托盘将其质心与几何中心重叠，并且位于中心悬挂点的正下方，此时采取以下步骤进行调整：采用托盘支撑装置托起，调整托盘使其处于水平状态，然后在中心悬挂点214的钢丝绳224上悬挂一个重锤，移动托盘支撑装置和托盘，使托盘的几何中心位于重锤的正下方，即完成托盘中心对正过程。此时托盘的质心与几何中心重叠，并与重锤的中点对齐，这样托盘的中心位于钢丝绳224的延长线上。由于托盘被托盘支撑装置固定，位置不会发生变化，因而其质心一直与中心悬挂点重合，并且在后续调整支撑螺杆时也不会发生位置变化。
取下钢丝绳224上的重锤。然后用钢丝绳把被测物体捆绑，并悬挂于钢丝绳224上，使其自然悬垂至静止。这样被测物体被悬挂在托盘的上方，并且其质心也与托盘中心对齐。
此时通过调整支撑螺杆的高度，使多个支撑螺杆共同支撑被测物体。断开钢丝绳224与被测物体，然后去掉托盘230下方的托盘固定装置，此时被测物就被准确地摆放在托盘上了。
下面就可以进行扭摆实验。把托盘230绕中心轴旋转一个小角度，使其自由扭摆，通过测量扭摆周期，可以计算出转动惯量值。
基于本发明的实验台进行转动惯量测试，可以很容易地变换被测物体的姿态，测得不同轴线的转动惯量，同时可以快速完成质心对中过程，加快实验效率。
以上所述仅为本发明较佳实施例，但在没有背离本发明的范围的情况下可以进行各种变更和修改。本发明的范围在所附权利要求书中指明，等效方案意义和范围之内的所有变更均应包含在其中。
图中符号的简单说明如下：
11、210：实验台支架；
211、212、213：悬挂点；
214：中心悬挂点；
12、221、222、223、224：钢丝绳；
225、226、227：拉力传感器；
230：托盘；
231：托盘上的过孔；
232、234、236：平衡重螺杆；
233、235、237：平衡重；
241：支撑螺杆；
242：导向管；
243：紧固螺母。
Claims (10)
1.一种三线摆实验台，包括支架以及托盘，其特征在于：
所述支架包括一个水平的上平面，在所述上平面上分布有三个成等边三角形布置的悬挂点，每个所述悬挂点分别悬挂一根长度相等的绳索，所述绳索的下方连接所述托盘，每个所述绳索上均设置有拉力监测装置；
在所述等边三角形的几何中心上设置中心悬挂点，所述中心悬挂点也悬挂有绳索；
所述托盘上均匀地开设有多个过孔，在所述过孔上能够设置导向管，导向管内设置有高度可调的支撑螺杆。
2.根据权利要求1所述的实验台，其特征在于，所述托盘为圆形，并且在其外缘均匀地设置三个调节螺杆，在所述螺杆上设置有平衡重，所述平衡重能够沿着所述调节螺杆的径向移动。
3.根据权利要求2所述的实验台，其特征在于，所述过孔成同心圆的形式均匀地分布在所述托盘上。
4.根据权利要求2或3所述的实验台，其特征在于，托盘上同一圆周上的每个所述过孔大小相同，并且同一圆周上的每个所述导向管的大小、质量以及尺寸也相同。
5.根据权利要求2-4任一项所述的实验台，其特征在于，在相对于所述圆形托盘中心点位置对称的过孔上设置所述导向管以及所述支撑螺杆。
6.根据权利要求1-5任一项所述的实验台，其特征在于，所述导向管为圆筒形，并且内外均加工有螺纹，所述导向管通过外螺纹和螺母固定在所述托盘上，所述支撑螺杆能够通过螺纹装入导向管中，并通过旋转调节支撑高度。
7.一种采用权利要求2-5任一项所述的三线摆实验台对物体进行质心对中的方法，包括以下步骤：
a.在所述圆形托盘上选取位置相对于圆形托盘中心点中心对称的过孔安装所述导向管和支撑螺杆，调节所述圆形托盘使得托盘重心与几何中心重叠并位于所述中心悬挂点的正下方；
b.使用托盘支撑装置从下方把托盘支撑起来，并再次调整托盘的位置使得托盘重心与几何中心重叠并位于所述中心悬挂点的正下方；
c.把被测物用绳索捆绑，悬挂于中心悬挂点下方，并自由悬挂使其悬停，此时被测物体的重心正好位于所述托盘的正上方；
d.旋转所述支撑螺杆，使得多个所述支撑螺杆共同支撑所述被测物；
e.断开所述中心悬挂点的绳索，并撤掉托盘下方的托盘支撑装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：其中，步骤a中安装所述导向管和支撑螺杆的过程之前，还包括使用托盘支撑装置从下方把托盘支撑起来，使钢丝绳不受力，托盘不晃动的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤a中调节所述托盘使得托盘重心与几何中心重叠并位于所述中心悬挂点的正下方的过程为：使托盘只受三根钢丝绳的拉力，调节所述配重，使得每个所述拉力监测装置读数一致，即托盘重心与几何中心重叠。
10.根据权利要求7-9任一项权利要求所述的方法，其特征在于：步骤b中再次调整托盘的位置使得托盘重心与几何中心重叠并位于所述中心悬挂点的正下方的过程为：使用托盘支撑装置从下方把托盘支撑起来，并调整托盘使其水平，在所述中心悬挂点上悬挂一重锤，使其自由悬停，水平移动托盘支撑装置和托盘，使托盘的几何中心位于重锤的正下方。
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