平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量?jī)x器，具體涉及一種能夠測(cè)量平面三自由度或二自由度氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩的測(cè)量?jī)x器。
【背景技術(shù)】
[0002]平面三自由度或二自由度懸浮平臺(tái)是用于模擬微阻尼、微摩擦的一種裝置，通常使用多個(gè)氣浮平面軸承(或者其他懸浮裝置)為支撐件，當(dāng)高壓氣體進(jìn)入軸承后，形成一層高壓氣膜，使得整個(gè)臺(tái)體懸浮于基座上，與其他物體沒有物理連接。由于空氣的摩擦系數(shù)和阻尼系數(shù)都很低，整個(gè)臺(tái)體將形成微阻尼和微摩擦的力學(xué)環(huán)境。但由于氣浮軸承加工、安裝的誤差以及臺(tái)體的重力偏載，臺(tái)體自身會(huì)出現(xiàn)一定的不平衡力和不平衡力矩，一般使用人工目測(cè)粗調(diào)，但難以對(duì)調(diào)節(jié)后的殘余力和力矩進(jìn)行評(píng)估。
[0003]目前尚無此類微力和微力矩測(cè)量?jī)x的研究，其難度在于臺(tái)體的不平衡力矩和力數(shù)值較小，使用目前常見的力傳感器或者力矩傳感器，難以對(duì)平面三自由度(二自由度平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng))懸浮臺(tái)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行解親。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)平面三自由度或二自由度懸浮平臺(tái)微不平衡力和微不平衡力矩測(cè)量以及難以對(duì)平面三自由度或二自由度懸浮臺(tái)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行解耦的問題，進(jìn)而提供一種平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，它包括四根導(dǎo)軌、四個(gè)張力計(jì)、四個(gè)平面滑臺(tái)和多個(gè)支撐座；四根導(dǎo)軌構(gòu)成一個(gè)方形框架結(jié)構(gòu)，四根導(dǎo)軌安裝在多個(gè)支撐座上，每個(gè)導(dǎo)軌上安裝有能沿該導(dǎo)軌滑動(dòng)的一個(gè)平面滑臺(tái)，每個(gè)平面滑臺(tái)上安裝有一個(gè)張力計(jì)。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明平面三自由度或二自由度氣浮平臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，使用簡(jiǎn)單的張力計(jì)即可測(cè)量微小不平衡力和不平衡力矩，并且解決了力和力矩的耦合問題，本發(fā)明張力計(jì)原理簡(jiǎn)單，方便實(shí)用，成本低。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖，圖2為安裝有被測(cè)平面氣浮臺(tái)的本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)俯視圖，圖3為圖2的主視圖，圖4為利用本發(fā)明測(cè)量被測(cè)平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩的原理示意圖，圖5為氣浮軸承通氣后利用本發(fā)明測(cè)量被測(cè)平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1-圖5說明，本實(shí)施方式的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，它包括四根導(dǎo)軌1、四個(gè)張力計(jì)5、四個(gè)平面滑臺(tái)3和多個(gè)支撐座10 ;四根導(dǎo)軌1構(gòu)成一個(gè)方形框架結(jié)構(gòu)，四根導(dǎo)軌1安裝在多個(gè)支撐座10上，每個(gè)導(dǎo)軌1上安裝有能沿該導(dǎo)軌1滑動(dòng)的一個(gè)平面滑臺(tái)3，每個(gè)平面滑臺(tái)3上安裝有一個(gè)張力計(jì)5。
[0009]測(cè)量?jī)x的使用方法包括以下步驟:將測(cè)量滑塊安裝到被測(cè)平面氣浮臺(tái)上；調(diào)節(jié)張力計(jì)位置，使四個(gè)張力計(jì)均以相同狀態(tài)接觸到被測(cè)滑塊(接觸位置相同，讀數(shù)絕對(duì)值相同，且左側(cè)張力計(jì)與右側(cè)張力計(jì)讀數(shù)方向相反，上方張力計(jì)與下方張力計(jì)讀數(shù)方向相反)；氣浮軸承通氣，使被測(cè)平面氣浮臺(tái)處于浮起狀態(tài)；讀取四個(gè)張力計(jì)數(shù)值，計(jì)算不平衡力矩和不平衡力。
[0010]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1和圖2說明，本實(shí)施方式的張力計(jì)5為單針張力計(jì)。如此設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，滿足實(shí)際需要和設(shè)計(jì)要求，優(yōu)選用型號(hào)為HTS-10，量程10g，分辨率0.2g的橫向張力計(jì)。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0011]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1和圖2說明，本實(shí)施方式的方形框架為正方形框架。如此設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于力的平衡的布置。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0012]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1和圖2說明，本實(shí)施方式的每個(gè)導(dǎo)軌1上沿導(dǎo)軌的長(zhǎng)度方向加工有一個(gè)長(zhǎng)條滑槽1-1，平面滑臺(tái)3下表面加工有與長(zhǎng)條滑槽相配合設(shè)置的凸棱，平面滑臺(tái)3通過鎖緊螺釘2安裝在導(dǎo)軌1上。如此設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于平面滑臺(tái)在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。其它與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0013]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1和圖2說明，本實(shí)施方式的長(zhǎng)條滑槽1-1為矩形滑槽。如此設(shè)置，加工使用方便，滿足實(shí)際需要。其它與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0014]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1和圖2說明，本實(shí)施方式的支撐座10的數(shù)量為4個(gè)，方形框架的四個(gè)拐角處各安裝有一個(gè)支撐座10。如此設(shè)置，滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要。其它與【具體實(shí)施方式】一、二、四或五相同。
[0015]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖1和圖2說明，本實(shí)施方式的所述測(cè)量?jī)x還包括四個(gè)安裝座4，安裝座4安裝在平面滑臺(tái)3上，張力計(jì)5安裝在安裝座4上。如此設(shè)置，張力計(jì)安裝方便穩(wěn)定可靠。其它與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0016]工作過程:首先將圖1所示測(cè)量?jī)x安裝好并將支撐座靜置于一個(gè)平臺(tái)上；然后將被測(cè)平面氣浮臺(tái)放置與測(cè)量?jī)x方形框架中央(平臺(tái)和被測(cè)平面氣浮臺(tái)中心重合)，并置于氣浮軸承8上，如圖2所示；安裝四個(gè)測(cè)量滑塊11到被測(cè)平面氣浮臺(tái)6上，注意，左右兩個(gè)測(cè)量滑塊11位置沿被測(cè)平面氣浮臺(tái)平臺(tái)中心對(duì)稱，上下兩個(gè)測(cè)量滑塊11位置沿被測(cè)平面氣浮臺(tái)6中心對(duì)稱；調(diào)節(jié)張力計(jì)位置，使張力計(jì)的表針頭部或觸針臂與測(cè)量滑塊11側(cè)邊緣接觸(測(cè)量滑塊為矩形滑塊，接觸位置相同，讀數(shù)絕對(duì)值相同，且左側(cè)張力計(jì)與右側(cè)張力計(jì)讀數(shù)方向相反，上方張力計(jì)與下方張力計(jì)讀數(shù)方向相反)，并滑動(dòng)平面滑臺(tái)3使張力計(jì)5施加一定預(yù)緊力F，如圖4所示，(通常使Fl= F 3= F 2= F 4)，然后使用鎖緊螺釘2固定張力計(jì)5位置；給氣浮軸承8通氣，使得被測(cè)平面氣浮臺(tái)6浮起，此時(shí)被測(cè)平面氣浮臺(tái)將會(huì)自動(dòng)達(dá)到一個(gè)新的平衡，記錄張力計(jì)5的數(shù)值FJ、F2’、F3’和F4’，如圖5所示，忽略氣浮軸承8的摩擦力(非常小)，此時(shí)被測(cè)平面氣浮臺(tái)6所受外力為張力計(jì)所施加的力和自身的不平衡力及不平衡力矩，根據(jù)力平衡和力矩平衡原則，可計(jì)算被測(cè)平面氣浮臺(tái)的不平衡力和不平衡力矩:
[0017]FY= F / -F3'(1)
[0018]Fx=F4，_F2’(2)
[0019]Μ = (F/ +F2，+F3，+F4，)X R(3)
[0020]其中，R為張力計(jì)的力臂，&為Y軸方向不平衡力，F(xiàn) χ為X軸方向不平衡力。
[0021]F/，F(xiàn)2’，F(xiàn)3’和F4’分別為被測(cè)平面氣浮臺(tái)浮起達(dá)到一個(gè)新平衡后對(duì)應(yīng)的張力計(jì)測(cè)得的張力；圖5中右方代表X軸正坐標(biāo)，上方代表Y軸正坐標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，其特征在于:它包括四根導(dǎo)軌(1)、四個(gè)張力計(jì)(5)、四個(gè)平面滑臺(tái)(3)和多個(gè)支撐座(10);四根導(dǎo)軌(1)構(gòu)成一個(gè)方形框架結(jié)構(gòu)，四根導(dǎo)軌(1)安裝在多個(gè)支撐座(10)上，每個(gè)導(dǎo)軌(1)上安裝有能沿該導(dǎo)軌(1)滑動(dòng)的一個(gè)平面滑臺(tái)(3)，每個(gè)平面滑臺(tái)(3)上安裝有一個(gè)張力計(jì)(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，其特征在于:張力計(jì)(5)為單針張力計(jì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，其特征在于:方形框架為正方形框架。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，其特征在于??每個(gè)導(dǎo)軌(1)上沿導(dǎo)軌的長(zhǎng)度方向加工有一個(gè)長(zhǎng)條滑槽(1-1)，平面滑臺(tái)(3)下表面加工有與長(zhǎng)條滑槽相配合設(shè)置的凸棱，平面滑臺(tái)(3)通過鎖緊螺釘(2)安裝在導(dǎo)軌(1)上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，其特征在于:長(zhǎng)條滑槽(1-1)為矩形滑槽。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，其特征在于:支撐座(10)的數(shù)量為4個(gè)，方形框架的四個(gè)拐角處各安裝有一個(gè)支撐座(10)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述測(cè)量?jī)x還包括四個(gè)安裝座(4)，安裝座(4)安裝在平面滑臺(tái)(3)上，張力計(jì)(5)安裝在安裝座⑷上。
【專利摘要】平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量?jī)x，它涉及一種測(cè)量?jī)x器，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)平面三自由度或二自由度懸浮平臺(tái)微不平衡力和微不平衡力矩測(cè)量以及難以對(duì)平面三自由度或二自由度懸浮臺(tái)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行解耦的問題，它包括四根導(dǎo)軌、四個(gè)張力計(jì)、四個(gè)平面滑臺(tái)和多個(gè)支撐座；四根導(dǎo)軌構(gòu)成一個(gè)方形框架結(jié)構(gòu)，四根導(dǎo)軌安裝在多個(gè)支撐座上，每個(gè)導(dǎo)軌上安裝有能沿該導(dǎo)軌滑動(dòng)的一個(gè)平面滑臺(tái)，每個(gè)平面滑臺(tái)上安裝有一個(gè)張力計(jì)。本發(fā)明用于平面氣浮臺(tái)不平衡力和不平衡力矩測(cè)量。
【IPC分類】G01L5/00
【公開號(hào)】CN105424248
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510751836
【發(fā)明人】向東, 李新峰
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日