一种转动惯量连续线性调节装置

1.本发明属于机械测试和计量技术领域，涉及一种可对转动惯量进行连续并且线性调整的装置。


背景技术：

2.转动惯量是刚体转动时惯性的量度，其量值取决于物体的形状、质量分布及转轴的位置。转动惯量模拟装置为待测机械设备提供与实际工况相符的惯性机械能，在电机、马达、制动器等旋转机械设备性能测试时应用广泛。
3.转动惯量模拟的方式主要有机械模拟和电模拟两种；其中机械模拟应用较多。转动惯量的机械模拟是利用飞轮来实现的。虽然飞轮的加工精度和安装精度要求高，但其能够充分、准确的模拟机械设备的工作状况，因此得以广泛应用。
4.飞轮的转动惯量要做到可调，以满足不同机械设备的测试要求。飞轮的转动惯量与其配重块的分布有关，配重块分布离转轴越远，转动惯量越大。
5.现有的调节方法有两种：
6.一是在一组飞轮片中增加或减小飞轮片的数量，实现转动惯量的可调；由一组飞轮片实现转动惯量的可调，存在以下问题：
7.1、针对不同的旋转机械设备，要拆卸或安装一个或几个不同的飞轮，调整过程复杂；
8.2、模拟精度越高，飞轮种类越多，并且无法实现转动惯量的连续变化。
9.二是在飞轮上安装配重块，改变配重块到转轴的距离，从而改变转动惯量。改变配重块到转轴的距离，可以做到转动惯量的连续可调，但由于惯量和半径的平方成正比，而与半径的变化不是线性的比例关系，手动调节很难给出准确的数值。目前的方法多是依靠电机驱动进行调节，这增加了系统的复杂性：电机和飞轮一同转动，则供电机构复杂；电机不转动，则需要设计相应的结构。并且增加电机的同时还要增加控制系统，大大提高了成本。


技术实现要素：

10.有鉴于此,本发明提供一种转动惯量连续线性调节装置，其结构简单，能够准确给出转动惯量的数值，实现转动惯量的连续、线性可调。
11.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种转动惯量连续线性调节装置，包括飞轮和配重块，其特征在于：所述飞轮的圆周面上均布设置有导向槽，配重块设置于导向槽内，并可沿飞轮的径向移动，飞轮的轴上设置有平面凸轮，平面凸轮端面设有与配重块个数相同的凸轮沟槽，每条凸轮沟槽为弧形沟槽，并相互相错设置；每条弧形沟槽距离飞轮中心的距离逐渐递增，每个配重块的内侧端部设置有圆柱凸台，通过圆柱凸台卡设于相对应的凸轮沟槽内使其精密配合。
12.进一步，飞轮的轴上设置有卡口。
13.进一步，平面凸轮的边缘设置有指针，飞轮边缘设置表示角度的刻度。
14.进一步，配重块、飞轮上的导向槽和凸轮沟槽沿转轴的圆周方向上均布，并且一一对应。
15.进一步，平面凸轮设置于飞轮的轴上，绕飞轮轴旋转。
16.进一步，凸轮沟槽的曲线经过计算并设定，使平面凸轮旋转的角度和转动惯量的变化量呈线性关系。
17.进一步，凸轮沟槽的曲线经过计算并设定，实现自锁，使配重块无法推动和拉动平面凸轮旋转。
18.进一步，平面凸轮上固设有手轮。
19.进一步，飞轮转轴上通过设置的螺纹和螺母，锁紧平面凸轮。
20.一种转动惯量连续线性调节装置的调节方法，其特征在于：步骤为：
21.1)松开螺母，并通过扳手卡住卡口将飞轮的轴制动；
22.2)通过手轮旋转平面凸轮，平面凸轮推动配重块沿飞轮的径向移动，改变配重块到飞轮中心的距离，实现转动惯量的调节，使平面凸轮上的指针对准飞轮边缘的一个刻度线；
23.3)根据刻度指示的角度数值，由平面凸轮相对飞轮的轴旋转的角度和转动惯量的增加量的线性关系计算出此时的转动惯量；
24.4)锁紧螺母，使平面凸轮和飞轮之间相互锁紧固定；
25.5)解除飞轮的轴的制动。
26.本发明具有以下优点：
27.1)本发明在平面凸轮上设置凸轮沟槽，并且凸轮凹槽设计为弧形，弧形沟槽距离飞轮中心的距离逐渐递增，使转动惯性增加量与平面凸轮的旋转角度呈线性关系，便于调整，并通过简单的计算得到转动惯量的变化数值；
28.2)本发明凸轮沟槽任意位置相对配重块的倾斜角都很小，能够使配重块自锁，配重块无法推动或拉动平面凸轮旋转。
附图说明
29.图1为本发明装置总体结构示意图；
30.图2为本发明装置总体结构剖视图；
31.图3为本发明配重块结构示意图；
32.图4为本发明平面凸轮结构示意图；
33.图5为本发明飞轮结构示意图；
34.图6为本发明平面凸轮上的指针和飞轮上的刻度示意图；
35.图中，1—配重块；2—平面凸轮；3—手轮；4—螺母；5—飞轮；
36.11—第一配重块；12—第二配重块；13—第三配重块；14—第四配重块；111—第一圆柱凸台；121—第二圆柱凸台；131—第三圆柱凸台；141—第四圆柱凸台；
37.21—第一凸轮沟槽；22—第二凸轮沟槽；23—第三凸轮沟槽；24—第四凸轮沟槽；25—指针；
38.51—第一导向槽；52—第二导向槽；53—第三导向槽；54—第四导向槽；55—刻度，56—卡口。
具体实施方式
39.本发明提供一种转动惯量连续线性调节装置，包括配重块、平面凸轮2、手轮3、螺母4和飞轮5，在飞轮5的轴上设有平面凸轮2，所述的平面凸轮2可以绕飞轮5的轴旋转，并且旋转中心重合；
40.上述飞轮5沿轴线圆周方向上均布设置有导向槽，配重块为t型，端面上设置有圆柱凸台，下部插入导向槽内与导向槽相配合，沿导向槽运动，导向槽引导配重块沿飞轮的径向运动；
41.上述平面凸轮2端面沿圆周方向上均布设置尺寸相同的凸轮沟槽，每条凸轮沟槽为弧形，并相互相错设置；每条弧形沟槽距离飞轮中心的距离逐渐递增，凸轮沟槽的个数与配重块的个数相同，配重块的圆柱凸台的直径与凸轮沟槽宽度相等，圆柱凸台可在凸轮沟槽内滑动；
42.上述飞轮5端面边缘设有表示角度的刻度，所述平面凸轮2边缘设有指针25，当指针对准某一个刻线时，这个刻线的数值表示平面凸轮与飞轮形成的角度；
43.上述平面凸轮端面通过螺钉固定有手轮3，操作手轮3使平面凸轮进行旋转，所述飞轮轴上设有螺纹和螺母4，锁紧螺母4，使螺母4压紧平面凸轮，可使平面凸轮2与飞轮5相互紧固；
44.上述凸轮沟槽曲线经过计算，平面凸轮每转过一个固定的角度，配重块移动后，使平面凸轮旋转的角度和转动惯量的变化量呈线性关系。
45.上述凸轮沟槽曲线经过计算，凸轮沟槽任意位置相对配重块的倾斜角都很小，使配重块自锁，配重块无法推动和拉动平面凸轮转动。
46.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
47.实施例1：
48.一种转动惯量连续线性调节装置，参见图1至图6，平面凸轮2套设于飞轮5的轴上，平面凸轮2内孔与飞轮5的轴精密配合，平面凸轮2可以绕飞轮5的轴自由转动；
49.飞轮5设有沿轴线圆周方向上均布的4个方形导向槽，第一配重块11的下部与第一导向槽51相配合，第二配重块12的下部与第二导向槽52相配合，第三配重块13的下部与第三导向槽53相配合，第四配重块14的下部与第四导向槽54相配合，4个导向槽分别引导4个配重块沿飞轮5的径向运动；
50.平面凸轮2端面设有沿轴线圆周方向上均布的4个尺寸相同的凸轮沟槽，每个配重块的圆柱凸台的直径与凸轮沟槽宽度相配合，并且第一圆柱凸台111在第一凸轮沟槽21内滑动，第二圆柱凸台121在第二凸轮沟槽22内滑动，第三圆柱凸台131在第三凸轮沟槽23内滑动，第四圆柱凸台141在第二凸轮沟槽24内滑动；
51.4个凸轮沟槽在极坐标系的最大极角为360
°
，平面凸轮2顺时针旋转一周，转动惯量由最小值变化为最大值，平面凸轮2逆时针旋转一周，转动惯量由最大值变化为最小值。
52.飞轮5的端面边缘设有刻度55，包含均布的360个刻线，每两个相邻刻线表示1
°
，第一条刻线为0
°
刻线，其余刻线上的数字表示此刻线与0
°
刻线的角度，平面凸轮2边缘设有指针25，第一凸轮沟槽21的曲线起始点沿径向对准指针，当指针对准某一个刻线时，这个刻线
的数值表示平面凸轮2与飞轮5所形成的角度；
53.平面凸轮2的端面固定有手轮3，手轮3通过螺钉与平面凸轮2连接并紧固，飞轮5的轴上设有螺纹和螺母4，锁紧螺母4，使螺母4压紧平面凸轮2，可使平面凸轮2与飞轮5相互紧固；
54.4个凸轮沟槽曲线经过计算，平面凸轮2每转过一个1
°
，4个配重块移动后，转动惯量的变化量为一定值t；
55.4个凸轮沟槽曲线经过计算，使4个配重块自锁，4个配重块无法推动和拉动平面凸轮2转动。
56.一种转动惯量连续线性调节装置的调节方法的具体实施过程如下：
57.1)松开螺母4，用扳手卡住卡口56，将飞轮5的轴制动；
58.2)转动手轮3旋转平面凸轮2，平面凸轮2推动配重块沿飞轮5的径向移动，改变配重块到飞轮5的轴中心的距离，实现转动惯量的调节，使平面凸轮2上的指针25对准刻度55的一个刻线；
59.3)根据刻线所指示的角度数值n，读出平面凸轮2相对飞轮5的旋转角度；
60.4)用角度数值n乘以定值t，得到调整后的转动惯量的变化量；
61.5)锁紧螺母4，使平面凸轮2和飞轮5之间相互锁紧固定；
62.6)解除飞轮5的轴的制动。
63.上述凸轮沟槽曲线的计算方法如下：
64.设4个配重块的质量同为m；
65.平面凸轮2每转过1
°
，转动惯量的变化量为t；
66.当指针25指向刻度55的第1条刻线0
°
时，4个配重块的质心到飞轮5中心的初始距离同为d0；
67.则指针25指向刻度55的n
°
刻线时，4个配重块的质心到飞轮5中心的初始距离同为dn；
68.则有：
69.式中，t、m、d0均为定值，令n从0到359分别取值，分别计算出dn，则dn就是凸轮沟槽在极坐标系的极径。
70.实施例2：
71.仅飞轮5上设定的导向槽数量、配重块数量、平面凸轮2上设定的凸轮沟槽数量与实施例1不同，其他的均与实施例1相同。
72.实施例3：
73.仅凸轮沟槽在极坐标系的最大极角与实施例1和实施例2不同，其他的均与实施例1和实施例2相同。
74.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。