[实用新型]一种高精度转动惯量测量仪

说明书

技术领域

本实用新型属于转动惯量测量装置技术领域，具体涉及一种测量精度较高的转动惯量测量仪。

背景技术

转动惯量是刚体绕轴线转动时转动惯性大小的量度，可以直接反映刚体转动状态改变的难易程度。转动惯量的具体数值与刚体的形状、质量分布和转轴位置等因素有关。几乎所有在工作时跟转动有关的精密仪器都必须考虑转动惯量的影响。比如在军事领域，为了维持武器所发射弹丸的弹道稳定性，必须使弹丸在飞行过程中绕轴线旋转，而此时的转动惯量可以看成是弹丸保持旋转的能力的量度，因此必须在设计弹丸时加以考虑。在机械设计领域，为充分的利用或抑制齿轮、轴承、转盘等部件旋转所带来的影响，也必须充分考虑转动惯量因素。而制造的产品是否达到了设计和使用的要求，就需要对其转动惯量进行精确的测量。

目前常用的转动惯量测量方法主要有三线摆法、扭振法、摆动法等，这些方法主要是通过测量刚体的扭转或摆动周期来间接的获得转动惯量。但在实际测量时，采用这些测量方法的测量结果误差往往较大。以最常用的三线摆法为例，实验过程中需要测量多达七个物理量的数值，并且上下圆盘距离，转动周期平均值等都不容易测得非常正确。更重要的是，测量结果和当地重力加速度g有关、实验忽略了下圆盘的平动的影响、采取了近似等方法，都给计算带来了不可避免的误差。所以，发明一种能从根本上提高转动惯量测量精度的仪器就显得尤为必要了。

实用新型内容

为了减小现有转动惯量测量方法所具有的系统误差，进一步提高测量精度。本实用新型提供了一种高精度的转动惯量测量装置。该装置的设计原理为刚体定轴转动的角动量守恒定理。装置能够有效克服传统测量方法的系统误差，并采用空气浮轨减少摩擦力的方法进一步提高了转动惯量测量的精度。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：高精度转动惯量测量仪，其结构自下而上包括圆形空气导轨、空气浮轨、第一支架、测量盘、第二支架、定位激光灯、定速电机和自转盘，所述圆形空气导轨上设置有空气浮轨，第一支架下端与空气浮轨相连接，第一支架上端与测量盘相连接；所述第二支架下端与与测量盘相连接，第二支架上端与定速电机相固定连接；所述定速电机底部安装有一个向下照射的定位激光灯，定速电机上方安装有一个自转盘；所述空气浮轨通过第一支架带动测量盘、第二支架、定位激光灯、定速电机和自转盘浮于空气导轨之上，且测量盘通过第二支架托起定速电机和定位激光灯，定速电机带动自转盘旋转。

整个装置在竖直方向呈轴对称分布，所述空气导轨、空气浮轨、测量盘、定位激光灯、定速电机、自转盘的几何中心都在一条竖直轴线上。

所述第一支架和第二支架等间距焊接于测量盘边缘，保证测量盘转动的稳定性。

所述定位激光灯位于定速电机底部并向下发出定位光束，用定位光束在待测物体上形成的光斑帮助确定待测物体的转动轴。

除待测物外，本装置各部件的转动惯量都是已知的。测量时，空气导轨向上排出气体，空气浮轨带动其上各部件悬浮来减小摩擦力对测量的影响。利用定位激光灯在待测物上形成的定位光斑校定待测物的位置。由于此时装置受到的总转动力矩为零，整个装置角动量守恒。根据刚体转动的角动量守恒定理，自转盘的转动,必然使测量盘带动与之连接的空气浮轨、支架、电机、定位激光灯和待测物向相反方向转动。这时只需要计算测量盘的转动角速度就可求得待测物的转动惯量。而由于测量盘在工作中是匀速转动的，所以测量盘的转动角速度可以简单地通过计算单位时间内测量盘的转动圈数等多种方式来实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置的转动惯量测量精确度较高，本装置的设计原理为刚体定轴转动的角动量守恒定理，装置能够有效克服传统测量方法的系统误差，并采用空气浮轨减少摩擦力的方法进一步提高了转动惯量测量的精度。另外由于装置操作较为简单，实验现象直观明确，所以本装置不但可以用作转动惯量测量仪器，也可作为课堂演示仪器使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

其中：1为空气导轨，2为空气浮轨，3a为第一支架，3b为第二支架，4为测量盘，5为定位激光灯，6为定速电机，7为自转盘。

具体实施方式