本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置及測(cè)定方法。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小量度的物理量，目前理工科高校采用的測(cè)量方法主要有三線擺法、扭擺法和落體法，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，落體法測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定且誤差較大，為了解決落體法存在的問題，已有不少人進(jìn)行了研究。有研究者指出在測(cè)量時(shí)，盡量選擇小質(zhì)量砝碼和小半徑塔輪，可減小阻力矩的影響，也有研究者分析實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，指出在實(shí)驗(yàn)時(shí)可以通過反復(fù)進(jìn)行減速實(shí)驗(yàn)，篩選合適的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并且盡量采用較小質(zhì)量的砝碼來產(chǎn)生恒力矩，但是反復(fù)進(jìn)行減速實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)較多，計(jì)算時(shí)工作量極大，不適合實(shí)際教學(xué)，且人為因素太大。也有研究實(shí)驗(yàn)中拉繩與轉(zhuǎn)軸角度對(duì)剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量值偏離的影響，并測(cè)出了轉(zhuǎn)動(dòng)體系在阻力矩作用下的角加速度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。還有研究者分析拉線直徑和實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)整細(xì)節(jié)及其它因素對(duì)剛體所受恒力矩的影響及產(chǎn)生的誤差。還有研究對(duì)阻力矩進(jìn)行估測(cè)，并對(duì)阻力矩進(jìn)行修正，定量分析了阻力矩的影響和指出可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀器工作狀態(tài)的方法抵消阻力矩等的影響。也有研究通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程，改進(jìn)時(shí)間的測(cè)量方法，提高數(shù)據(jù)的精確度，但是，現(xiàn)有文獻(xiàn)研究結(jié)果均沒有提出較好的適合教學(xué)的實(shí)際操作方法，避免或減小摩擦阻力矩隨角速度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置，為了降低實(shí)驗(yàn)時(shí)摩擦阻力矩隨角速度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，在測(cè)量減速轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度時(shí)也通過砝碼給轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)拉力力矩，通過初始加力組件給試驗(yàn)臺(tái)和被測(cè)物提供一定的初始角速度使其在摩擦阻力及砝碼的重力作用下完成減速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證每次測(cè)量時(shí)試驗(yàn)臺(tái)及被測(cè)物的初始角速度的一致性，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置，包括試驗(yàn)臺(tái)、繞線輪、轉(zhuǎn)軸、底座、滑輪組件、拉線和初始加力組件；所述試驗(yàn)臺(tái)和繞線輪均通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于底座，并且試驗(yàn)臺(tái)、繞線輪和轉(zhuǎn)軸三者同軸固定在一起，所述滑輪組件安裝于底座，所述拉線的一端連接于繞線輪，拉線的另一端繞過滑輪組件并自由垂落，所述初始加力組件安裝于底座用于為試驗(yàn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)提供初始角速度；測(cè)量時(shí)把被測(cè)物放在試驗(yàn)臺(tái)上，然后在拉線垂落的一端裝上砝碼，使試驗(yàn)臺(tái)和被測(cè)物在初始加力組件的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)起來，并在摩擦阻力及砝碼的重力作用下做減速轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)出減速轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度，由于采用初始加力組件為試驗(yàn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)提供初始角速度，因此能夠保證每次測(cè)量時(shí)試驗(yàn)臺(tái)及被測(cè)物的初始角速度的一致性，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步，所述初始加力組件包括彈力裝置，所述彈力裝置布置于試驗(yàn)臺(tái)的徑向外側(cè)用于為試驗(yàn)臺(tái)提供切向的彈性推力，由于彈性推力的方向?yàn)樵囼?yàn)臺(tái)的切向，因此能充分利用彈力裝置產(chǎn)生的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)初始角速度的最大化。與此同時(shí)，作用于試驗(yàn)臺(tái)的推力為彈力，使試驗(yàn)臺(tái)能夠平穩(wěn)的加速并轉(zhuǎn)動(dòng)起來，避免因沖擊作用造成試驗(yàn)臺(tái)損壞。

進(jìn)一步，所述試驗(yàn)臺(tái)的邊部設(shè)有受力擋塊；所述彈力裝置包括滑槽、滑塊和拉伸彈簧；所述滑槽沿試驗(yàn)臺(tái)的切向布置，所述滑塊滑動(dòng)連接于滑槽，所述拉伸彈簧連接于滑槽和滑塊之間，滑塊上設(shè)有用于推動(dòng)受力擋塊的推塊；通過手動(dòng)推動(dòng)推塊和滑塊整體滑動(dòng)并且使推塊貼緊擋塊的后側(cè)，此時(shí)拉伸彈簧處于被拉伸的狀態(tài)，然后釋放推塊，使滑塊和推塊在拉伸彈簧的拉力作用下復(fù)位，同時(shí)通過擋塊帶動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，由于推塊做直線運(yùn)動(dòng)，而擋塊做弧線運(yùn)動(dòng)，因此推塊和擋塊在運(yùn)動(dòng)過程中自動(dòng)分離，并且推塊自動(dòng)脫離擋塊的旋轉(zhuǎn)軌道，不阻礙擋塊的運(yùn)動(dòng)，在試驗(yàn)臺(tái)邊部沿圓周方向均勻布置多個(gè)擋塊，不僅方便操作，同時(shí)能避免試驗(yàn)臺(tái)重心偏移。

進(jìn)一步，所述初始加力組件還包括安裝柱，所述彈力裝置通過安裝柱固定于底座，整體性好，而且保證彈力裝置的滑槽與底座之間相對(duì)靜止，保證試驗(yàn)臺(tái)初始轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的一致性。

進(jìn)一步，所述繞線輪為具有直徑互不相同的多個(gè)繞線槽的塔輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)測(cè)量的實(shí)際需要及合理性選擇相應(yīng)的繞線槽。

進(jìn)一步，所述繞線槽為5至8個(gè)，繞線槽的直徑從上到下逐漸減小。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置還包括用于檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)角加速度的檢測(cè)組件；所述檢測(cè)組件包括支架、遮光棒以及與數(shù)字毫秒計(jì)相連接的光電開關(guān)；所述遮光棒豎直固定于試驗(yàn)臺(tái)底面；所述光電開關(guān)通過支架固定于底座；所述光電開關(guān)和遮光棒分別設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)光電開關(guān)及兩個(gè)遮光棒均呈180°夾角分布，所述支架呈U形，遮光棒隨試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相繼通過與數(shù)字毫秒計(jì)相連接的光電開關(guān)，能測(cè)出試驗(yàn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)一定角度所需的時(shí)間以及在減速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算出試驗(yàn)臺(tái)的角加速度。

進(jìn)一步，所述滑輪組件包括滑輪支架和安裝于滑輪支架的定滑輪，所述滑輪支架以可升降的方式安裝于底座；滑輪支架上還固定有用于對(duì)拉線進(jìn)行導(dǎo)向的線架，底座上設(shè)有用于安裝滑輪支架的凸臺(tái)，滑輪支架通過立柱豎直插入凸臺(tái)內(nèi)，所述凸臺(tái)上設(shè)有用于鎖緊立柱的鎖緊螺釘，因此扭動(dòng)鎖緊螺釘能對(duì)立柱進(jìn)行不同高度的定位，實(shí)現(xiàn)滑輪支架的升降，以適應(yīng)不同的繞線槽的高度，拉線穿過線架上的導(dǎo)向孔后繞在定滑輪上，設(shè)置線架能避免拉線因抖動(dòng)而脫離定滑輪，保證測(cè)量過程穩(wěn)定進(jìn)行。

本發(fā)明還公開了一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定方法，使用前述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置進(jìn)行測(cè)量，在拉線的垂落端裝上砝碼，讓轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置先做勻加速運(yùn)動(dòng)后做勻減速運(yùn)動(dòng).調(diào)整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始角速度的大小，記錄砝碼上升到最接近砝碼勻加速下落運(yùn)動(dòng)開始位置處的測(cè)試結(jié)果；該轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定方法，盡管在測(cè)量中摩擦阻力矩發(fā)生較大變化，但是對(duì)結(jié)果影響較小，所測(cè)得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量結(jié)果較為穩(wěn)定且準(zhǔn)確性較好，解決了實(shí)驗(yàn)時(shí)摩擦阻力矩變化導(dǎo)致結(jié)果數(shù)據(jù)不穩(wěn)定性問題。

進(jìn)一步，使用半徑r分別為15、20、25、30、35毫米的繞線輪，拉線的垂落端所裝的砝碼質(zhì)量約為50克，可進(jìn)行多組試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，選取最佳實(shí)現(xiàn)方案。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置及測(cè)定方法，可在測(cè)量減速轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度時(shí)也通過砝碼給轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)拉力力矩，并通過初始加力組件給試驗(yàn)臺(tái)和被測(cè)物提供一定的初始角速度使其在摩擦阻力及砝碼的重力作用下完成減速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證每次測(cè)量時(shí)試驗(yàn)臺(tái)及被測(cè)物的初始角速度的一致性，降低實(shí)驗(yàn)時(shí)摩擦阻力矩隨角速度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。附圖中，各元件或部分并不一定按照實(shí)際的比例繪制。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的左視圖；

圖3為試驗(yàn)臺(tái)勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)曲線圖；

圖4(a)-(e)為試驗(yàn)臺(tái)勻減速轉(zhuǎn)動(dòng)曲線；

圖5為試驗(yàn)臺(tái)和圓盤勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)曲線；

圖6(a)-(e)為試驗(yàn)臺(tái)和圓盤勻減速轉(zhuǎn)動(dòng)曲線。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例一：

如圖1和圖2所示：本實(shí)施例的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置，包括試驗(yàn)臺(tái)8、繞線輪7、轉(zhuǎn)軸6、底座12、滑輪組件、拉線18和初始加力組件；所述試驗(yàn)臺(tái)8和繞線輪7均通過轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)連接于底座12并且試驗(yàn)臺(tái)8、繞線輪7和轉(zhuǎn)軸6三者同軸固定在一起，所述滑輪組件安裝于底座12，所述拉線18的一端連接于繞線輪7，拉線18的另一端繞過滑輪組件并自由垂落，所述初始加力組件安裝于底座12用于為試驗(yàn)臺(tái)8的旋轉(zhuǎn)提供初始角速度；測(cè)量時(shí)把被測(cè)物放在試驗(yàn)臺(tái)8上，然后在拉線18垂落的一端裝上砝碼20，使試驗(yàn)臺(tái)8和被測(cè)物在初始加力組件的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)起來，并在摩擦阻力及砝碼20的重力作用下做減速轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)出減速轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度，由于采用初始加力組件為試驗(yàn)臺(tái)8的旋轉(zhuǎn)提供初始角速度，因此能夠保證每次測(cè)量時(shí)試驗(yàn)臺(tái)8及被測(cè)物的初始角速度的一致性，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；所述初始加力組件包括彈力裝置和安裝柱17，所述彈力裝置布置于試驗(yàn)臺(tái)8的徑向外側(cè)用于為試驗(yàn)臺(tái)8提供切向的彈性推力，由于彈性推力的方向?yàn)樵囼?yàn)臺(tái)8的切向，因此能充分利用彈力裝置產(chǎn)生的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)初始角速度的最大化，與此同時(shí)，作用于試驗(yàn)臺(tái)8的推力為彈力，使試驗(yàn)臺(tái)8能夠平穩(wěn)的加速并轉(zhuǎn)動(dòng)起來，避免因沖擊作用造成試驗(yàn)臺(tái)8損壞；所述彈力裝置通過安裝柱17固定于底座12，整體性好，而且保證彈力裝置的滑槽1與底座12之間相對(duì)靜止，保證試驗(yàn)臺(tái)8初始轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的一致性；所述試驗(yàn)臺(tái)8的邊部設(shè)有受力擋塊4；所述彈力裝置包括滑槽1、滑塊3和拉伸彈簧2；所述滑槽1沿試驗(yàn)臺(tái)8的切向布置，所述滑塊3滑動(dòng)連接于滑槽1，所述拉伸彈簧2連接于滑槽1和滑塊3之間，滑塊3上設(shè)有用于推動(dòng)受力擋塊4的推塊5；通過手動(dòng)推動(dòng)推塊5和滑塊3整體滑動(dòng)并且使推塊5貼緊擋塊4的后側(cè)，此時(shí)拉伸彈簧2處于被拉伸的狀態(tài)，然后釋放推塊5，使滑塊3和推塊5在拉伸彈簧2的拉力作用下復(fù)位，同時(shí)通過擋塊4帶動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)8旋轉(zhuǎn)，由于推塊5做直線運(yùn)動(dòng)，而擋塊4做弧線運(yùn)動(dòng)，因此推塊5和擋塊4在運(yùn)動(dòng)過程中自動(dòng)分離，并且推塊5自動(dòng)脫離擋塊4的旋轉(zhuǎn)軌道，不阻礙擋塊4的運(yùn)動(dòng)，在試驗(yàn)臺(tái)8邊部沿圓周方向均勻布置多個(gè)擋塊4，不僅方便操作，同時(shí)能避免試驗(yàn)臺(tái)8重心偏移。

根據(jù)剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律：只要測(cè)定剛體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的總合外力矩M及該力矩作用下剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度β，則可計(jì)算出該剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，目前普遍采用的恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)量原理如下：

設(shè)以一定初始角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的空試驗(yàn)臺(tái)8轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J₁，未加砝碼20時(shí)，摩擦阻力矩大小為M_μ1，試驗(yàn)臺(tái)8以角加速度β₁作勻減速運(yùn)動(dòng)，即：

M_μ1＝J₁β₁ (1)

將質(zhì)量為m的砝碼20用拉線18繞在半徑為r的試驗(yàn)臺(tái)8塔輪上，并讓砝碼20下落，系統(tǒng)在恒外力作用下將作勻加速運(yùn)動(dòng).考慮摩擦阻力矩M_μ2＝M_μ1的作用下，若砝碼20的加速度為a₁，試驗(yàn)臺(tái)8的角加速度為β₂，此時(shí)有：

mg-F_T1＝ma₁＝mrβ₂ (2)

rF_T1-M_μ1＝J₁β₂ (3)

則有：

m(g-rβ₂)r-M_μ1＝J₁β₂ (4)

將(1)、(4)兩式聯(lián)立消去M_μ1后，可得：

同理，若在試驗(yàn)臺(tái)8上加上被測(cè)物體后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J₂，加砝碼20前后的角加速度分別為β₃與β₄，則有：

在普通物理實(shí)驗(yàn)中，砝碼20質(zhì)量m常用幾克到幾十克，試驗(yàn)臺(tái)8塔輪半徑r為幾十毫米，被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為10^-3kg·m²數(shù)量級(jí)，因此a₁＝rβ₂＜＜g，rβ₄＜＜g，所以式(5)和(6)可簡(jiǎn)化為

由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的疊加原理可知，被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J₃為：

J₃＝J₂-J₁ (7)

各式中阻力矩和角加速度計(jì)算時(shí)取絕對(duì)值.測(cè)得r、m及β₁、β₂、β₃、β₄，由(5’)，(6’)，(7)式即可計(jì)算被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

現(xiàn)有文獻(xiàn)結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)時(shí)摩擦阻力矩隨角速度變化，且變化范圍較大，若式(1)和式(4)中摩擦阻力矩在實(shí)驗(yàn)時(shí)差異較大，而計(jì)算時(shí)卻認(rèn)為相等，這樣勢(shì)必給結(jié)果帶來較大誤差，所以被測(cè)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量誤差大小由摩擦阻力矩決定，因而，很多文獻(xiàn)都提到盡量選擇小質(zhì)量砝碼20和小半徑塔輪，得到角加速度變化不大，摩擦阻力矩變化不大，但是，這樣做仍然不能解決根本問題。

為了降低實(shí)驗(yàn)時(shí)摩擦阻力矩隨角速度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使用本實(shí)施例的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置，在測(cè)量減速轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度時(shí)也通過砝碼20給轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)拉力力矩，減小摩擦阻力矩在測(cè)量時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)所受合力矩的比例。

設(shè)砝碼20質(zhì)量為m，實(shí)驗(yàn)時(shí)使用半徑為r的塔輪，忽略滑輪摩擦力矩及質(zhì)量。空試驗(yàn)臺(tái)8轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J₄。

將質(zhì)量為m的砝碼20用拉線18繞在半徑為r的試驗(yàn)臺(tái)8塔輪上，并讓砝碼20下落，系統(tǒng)在恒外力作用下作勻加速運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)臺(tái)8加速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受阻力矩M_μ3和拉力矩rF_T2的作用，角加速度大小為β₅.砝碼20下降的加速度大小為a₂.根據(jù)牛頓第二定律和轉(zhuǎn)動(dòng)定律，有

mg-F_T2＝ma₂＝mrβ₅ (8)

rF_T2-M_μ3＝J₄β₅ (9)

則有

mr(g-rβ₅)-M_μ3＝J₄β₅ (10)

當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)作減速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將質(zhì)量為m的砝碼20用拉線18繞在半徑為r的試驗(yàn)臺(tái)8塔輪上，通過初始加力組件給試驗(yàn)臺(tái)8一定的初始角速度，讓塔輪通過拉線18帶動(dòng)砝碼20上升，系統(tǒng)在恒外力作用下將作勻減速運(yùn)動(dòng)，則有

F_T3-mg＝ma₃＝mrβ₆ (11)

rF_T3+M_μ4＝J₄β₆ (12)

可得

mr(g+rβ₆)+M_μ4＝J₅β₆ (13)

雖然阻力矩大小隨角速度變化，但在實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果試驗(yàn)臺(tái)8系統(tǒng)勻減速轉(zhuǎn)動(dòng)和勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)過程角速度變化范圍不大且大致相同，運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力矩大小M_μ3≈M_μ4，則有

F_T2＝mg-mrβ₅ (15)

F_T3＝mg+mrβ₆ (16)

M_μ3＝mr(g-rβ₅)-J₄β₅ (17)

M_μ4＝J₄β₆-mr(g+rβ₆) (18)

同理，若在試驗(yàn)臺(tái)8上加上被測(cè)物體后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J₅，加相同砝碼20繞在相同半徑的試驗(yàn)臺(tái)8塔輪上，作勻加速和勻減速運(yùn)動(dòng)的角加速度大小分別為β₇與β₈，可得

F_T4＝mg-mrβ₇ (20)

F_T5＝mg+mrβ₈ (21)

M_μ5＝mr(g-rβ₇)-J₅β₇ (22)

M_μ6＝J₅β₈-mr(g+rβ₈) (23)

式中，阻力矩和角加速度計(jì)算時(shí)均取絕對(duì)值，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量疊加原理，被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為

J₆＝J₅-J₄ (24)

以上式(14)—(23)中，考慮到實(shí)驗(yàn)條件有砝碼20加速度a＝rβ＜＜g，可以把各式簡(jiǎn)化。

本實(shí)施例中，所述繞線輪7為具有直徑互不相同的多個(gè)繞線槽的塔輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)測(cè)量的實(shí)際需要及合理性選擇相應(yīng)的繞線槽；所述繞線槽為5至8個(gè)，繞線槽的直徑從上到下逐漸減小，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置還包括用于檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)8角加速度的檢測(cè)組件；所述檢測(cè)組件包括支架11、遮光棒9以及與數(shù)字毫秒計(jì)相連接的光電開關(guān)10；所述遮光棒9豎直固定于試驗(yàn)臺(tái)8底面；所述光電開關(guān)10通過支架11固定于底座12；所述光電開關(guān)10和遮光棒9分別設(shè)有兩個(gè)，兩個(gè)光電開關(guān)10及兩個(gè)遮光棒9均呈180°夾角分布，所述支架11呈U形，遮光棒9隨試驗(yàn)臺(tái)8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相繼通過與數(shù)字毫秒計(jì)相連接的光電開關(guān)10，能測(cè)出試驗(yàn)臺(tái)8旋轉(zhuǎn)一定角度所需的時(shí)間以及在減速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算出試驗(yàn)臺(tái)8的角加速度，所述滑輪組件包括滑輪支架16和安裝于滑輪支架16的定滑輪15，所述滑輪支架16以可升降的方式安裝于底座12；滑輪支架16上還固定有用于對(duì)拉線18進(jìn)行導(dǎo)向的線架19，底座12上設(shè)有用于安裝滑輪支架16的凸臺(tái)13，滑輪支架16通過立柱豎直插入凸臺(tái)13內(nèi)，所述凸臺(tái)13上設(shè)有用于鎖緊立柱的鎖緊螺釘14，因此扭動(dòng)鎖緊螺釘14能對(duì)立柱進(jìn)行不同高度的定位，實(shí)現(xiàn)滑輪支架16的升降，以適應(yīng)不同的繞線槽的高度，拉線18穿過線架19上的導(dǎo)向孔后繞在定滑輪15上，設(shè)置線架19能避免拉線18因抖動(dòng)而脫離定滑輪15，保證測(cè)量過程穩(wěn)定進(jìn)行。

實(shí)施例二：

如圖1—6所示，本實(shí)施例的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定方法，使用前述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置進(jìn)行測(cè)量，在拉線18的垂落端裝上砝碼20，讓轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定裝置先做勻加速運(yùn)動(dòng)后做勻減速運(yùn)動(dòng).調(diào)整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始角速度的大小，記錄砝碼20上升到最接近砝碼20勻加速下落運(yùn)動(dòng)開始位置處的測(cè)試結(jié)果；使用半徑r分別為15、20、25、30、35毫米的繞線輪7，拉線18的垂落端所裝的砝碼20質(zhì)量為50克，可進(jìn)行多組試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，選取最佳實(shí)現(xiàn)方案；該轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定方法，盡管在測(cè)量中摩擦阻力矩發(fā)生較大變化，但是對(duì)結(jié)果影響較小，所測(cè)得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量結(jié)果較為穩(wěn)定且準(zhǔn)確性較好，解決了實(shí)驗(yàn)時(shí)摩擦阻力矩變化導(dǎo)致結(jié)果數(shù)據(jù)不穩(wěn)定性問題，實(shí)際測(cè)量中，需對(duì)空試驗(yàn)臺(tái)8和放有被測(cè)物試驗(yàn)臺(tái)8分開測(cè)量，以質(zhì)量為491.64克，直徑為240毫米的圓盤作為被測(cè)物進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果如下：

圖3—6中實(shí)線為利用多項(xiàng)式θ＝At+Bt²擬合曲線.根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)方程：則ω₀＝A,β＝2πB.結(jié)果顯示，每組數(shù)據(jù)擬合效果均良好，所得數(shù)據(jù)如表1、表2、表3所示。

表1：實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦阻力矩和拉力矩比較：

表2：實(shí)驗(yàn)臺(tái)勻變速運(yùn)動(dòng)測(cè)試結(jié)果：

表3：實(shí)驗(yàn)臺(tái)和圓盤勻變速運(yùn)動(dòng)測(cè)試結(jié)果：

從圖3至圖6可以看出，利用本實(shí)施例的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)定方法測(cè)量所得數(shù)據(jù)擬合曲線效果都很好.雖然在實(shí)驗(yàn)時(shí)控制了角速度大小變化范圍，但是，利用相同半徑塔輪測(cè)量時(shí)角速度變化范圍不可能完全一致，另外由于勻加速和勻減速運(yùn)動(dòng)過程摩擦阻力矩大小有所差別，造成使用不同半徑的塔輪測(cè)量結(jié)果相對(duì)誤差有區(qū)別。

由表1可知，使用不同半徑的塔輪測(cè)量時(shí)，拉力矩增大使摩擦阻力矩隨塔輪半徑增大而增大，且摩擦阻力矩發(fā)生較大變化。但是，摩擦阻力矩與拉力矩之比逐漸變小。另外，在勻加速和勻減速運(yùn)動(dòng)過程中細(xì)線拉力非常接近.同時(shí)，從表2和表3數(shù)據(jù)可知，砝碼20加速度遠(yuǎn)小于重力加速度，計(jì)算時(shí)可以忽略.此外，實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量結(jié)果最小值和最大值差別約為3.2％，實(shí)驗(yàn)臺(tái)和圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量結(jié)果最小值和最大值差別約為2.1％，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量結(jié)果最小值和最大值差別約為2.5％，而測(cè)得圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)值和理論值相對(duì)誤差均較小.表1和3可知，相對(duì)塔輪半徑為25毫米的結(jié)果，塔輪半徑更小時(shí)，所得結(jié)果的誤差相對(duì)稍大，原因在于摩擦阻力矩占拉力矩的比例較大；而塔輪半徑更大時(shí)，由于角速度變化范圍更大，因此摩擦阻力矩變化造成結(jié)果相對(duì)誤差稍大。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。