阅读说明：本技术 一种汽车零件惯性参数测量装置及方法 (Device and method for measuring inertial parameters of automobile parts ) 是由 张永亮 魏可心 刘冲 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明属于汽车零件测量技术领域,公开了一种汽车零件惯性参数测量装置及方法,其中,该装置包括底座；旋转盘,所述旋转盘设置在所述底座上,所述旋转盘被配置为能够绕自身的中心轴弹性扭转；支撑架,所述支撑架固定连接在所述旋转盘上,所述支撑架被配置为能够带动待测件绕X轴和Y轴翻转；拉压力传感器,所述拉压力传感器共有四个,四个所述拉压力传感器固定连接在所述旋转盘上并分别沿Z轴连接至所述支撑架的边缘。本发明的有益效果：能够针对不同形状、质量较小的汽车零部件,准确测量其质量、质心、转动惯量、惯性积等惯性参数。(The invention belongs to the technical field of automobile part measurement, and discloses an automobile part inertial parameter measuring device and method, wherein the device comprises a base; a rotating disk disposed on the base, the rotating disk configured to be elastically twistable about a central axis thereof; the supporting frame is fixedly connected to the rotating disc and is configured to drive the piece to be tested to turn around an X axis and a Y axis; the four pulling pressure sensors are fixedly connected to the rotating disc and are respectively connected to the edge of the supporting frame along the Z shaft. The invention has the beneficial effects that: the mass, the mass center, the rotational inertia, the inertia product and other inertia parameters of the automobile parts with different shapes and smaller mass can be accurately measured.)

一种汽车零件惯性参数测量装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车零件测量技术领域，尤其涉及一种汽车零件惯性参数测量装置及方法。

背景技术

转动惯量是力学中一个基本的物理量，其值取决于物体的形状、质量分布以及所选转轴的位置。对于几何形状简单、质量分布均匀的刚体可以直接用公式计算出它相对于某一确定转轴的转动惯量；但是对于外形复杂和质量分布不均匀的物体，就只能通过试验的方法来精确测量其转动惯量。

目前针对此类物体测量其转动惯量的方法主要有复摆法、三线摆和扭摆法等，并且没有对质量较小(质量20kg以内)的汽车零部件惯性参数测试较好的办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车零件惯性参数测量装置及方法，可以测量质量较小、不同形状的汽车零部件的惯性参数

为达此目的，本发明提供了以下技术方案：

一方面，本发明提供一种汽车零件惯性参数测量装置，包括：

底座；

旋转盘，所述旋转盘设置在所述底座上，所述旋转盘被配置为能够绕自身的中心轴弹性扭转；

支撑架，所述支撑架固定连接在所述旋转盘上，所述支撑架被配置为能够带动待测件绕X轴和Y轴翻转；

拉压力传感器，所述拉压力传感器共有四个，四个所述拉压力传感器固定连接在所述旋转盘上并分别沿Z轴连接至所述支撑架的边缘。

作为优选，所述底座设有若干个沿圆形排列的容纳槽，所述容纳槽为圆弧形，每个所述容纳槽内设有一个弹性件，所述旋转盘设置在所述底座上，所述旋转盘设有若干个沿圆形排列的通孔，所述通孔与所述容纳槽沿Z轴一一对应，所述通孔为圆弧形，每个所述弹性件的两端分别连接所述容纳槽的内壁以及对应的所述通孔的内壁。

作为优选，所述支撑架设置在所述旋转盘上，所述支撑架包括两个正交布置的圆环形导轨，两个所述圆环形导轨分别在其顶部和底部相互连通，所述圆环形导轨上滑设有定位件，所述定位件被配置为固定所述待测件。

另一方面，本发明还提供一种汽车零件惯性参数测量方法，利用上述的汽车零件惯性参数测量装置，所述汽车零件惯性参数测量方法包括以下步骤：

测量所述待测件的基准点相对于所述支撑架的中心点O的空间距离；

分别获得所述待测件在不同的旋转位置时各所述拉压力传感器的压力值，以及在其中若干个所述旋转位置时所述旋转盘的转动周期；

根据所述压力值和所述空间距离计算所述待测件分别在X轴、Y轴和Z轴方向的质心；

根据所述转动周期获得所述待测件在X轴、Y轴和Z轴上的转动惯量以及X轴-Y轴、X轴-Z轴以及Y轴-Z轴的惯性积；

根据所述转动惯量和所述惯性积分别获得所述待测件在X轴、Y轴和Z轴上的质心惯性矩以及X轴-Y轴、X轴-Z轴以及Y轴-Z轴的质心惯性积。

作为优选，所述测量所述待测件的基准点相对于所述支撑架的中心点O的空间距离的步骤之前包括：

调平所述底座和所述旋转盘，初始化所述拉压力传感器归零；

建立并设定所述待测件的水平基准面及所述基准点，建立基于待测件的X轴、Y轴、Z轴；

所述定位件将所述待测件固定在初始位置，所述初始位置为所述水平基准面与所述旋转盘平行。

作为优选，所述分别获得所述待测件在不同的旋转位置时各所述拉压力传感器的压力值，以及在其中若干个所述旋转位置时所述旋转盘的转动周期的步骤包括：

调整到初始测试位置，拆下所述待测件，同时保持所述定位件的位置定位在不同的所述旋转位置，并分别得到所述旋转盘的相应的转动周期。

作为优选，所述分别获得所述待测件在不同的旋转位置时各所述拉压力传感器的压力值，以及在其中若干个所述旋转位置时所述旋转盘的转动周期的步骤中：

所述旋转位置包括所述初始位置、所述待测件绕Y轴旋转45°的第一位置、所述待测件绕Y轴旋转90°的第二位置、所述待测件绕Y轴旋转90°后再绕X轴旋转45°的第三位置、所述待测件绕Y轴旋转90°后再绕X轴旋转90°的第四位置、所述待测件绕X轴旋转90°后再绕Y轴旋转45°的第五位置。

作为优选，所述根据所述压力值和所述空间距离计算所述待测件分别在X轴、Y轴和Z轴方向的质心的步骤包括：

构建X轴方向的质心计算公式：

式中：

x_c表示待测件的质心与基准点沿X轴方向的距离，l_x表示基准点与中心点0沿X轴方向的距离，P_x1～P_x4分别表示待测件在初始位置时四个拉压力传感器的压力值，R表示拉压力传感器的感应端与中心点O的距离；

同理可构建Y轴和Z轴方向的质心计算公式，并得到待测件的质心与基准点沿Y轴方向的距离y_c和待测件的质心与基准点沿Z轴方向的距离z_c。

作为优选，所述根据所述转动周期获得所述待测件在X轴、Y轴和Z轴上的转动惯量以及X轴-Y轴、X轴-Z轴以及Y轴-Z轴的惯性积的步骤包括：

构建待测件在X轴上的转动惯量I_xx的计算公式：

式中：

T_x均 ²表示待测件在第二位置时旋转盘的转动周期，T_0x均 ²表示在不放置待测件同时将定位件调整到能使待测件固定在第二位置时旋转盘的转动周期；

同理构建待测件X轴-Y轴的惯性积I_xy的计算公式、待测件在Y轴上的转动惯量I_yy的计算公式、待测件Y轴-Z轴的惯性积I_yz的计算公式、待测件在Z轴上的转动惯量I_zz的计算公式以及待测件X轴-Z轴的惯性积I_xz的计算公式，并分别得到待测件X轴-Y轴的惯性积I_xy、待测件在Y轴上的转动惯量I_yy、待测件Y轴-Z轴的惯性积I_yz、待测件在Z轴上的转动惯量I_zz、待测件X轴-Z轴的惯性积I_xz。

作为优选，所述根据所述转动惯量和所述惯性积分别获得所述待测件在X轴、Y轴和Z轴上的质心惯性矩以及X轴-Y轴、X轴-Z轴以及Y轴-Z轴的质心惯性积的步骤包括：

构建待测件在X轴方向上的质心惯性矩I_xxc的计算公式：

I_xxc＝I_xx-m·x_c ²；

其中，m表示待测件的质量；

构建待测件X轴-Y轴的质心惯性积I_xyc的计算公式：

I_xyc＝I_xy-m·(x_c ²+x_c ²)；

同理，构建待测件在Y轴方向上的质心惯性矩I_yyc的计算公式、待测件在Z轴方向上的质心惯性矩I_zzc的计算公式、待测件X轴-Z轴的质心惯性积I_xzc的计算公式以及待测件Y轴-Z轴的质心惯性积I_yzc的计算公式，并分别得到待测件在Y轴方向上的质心惯性矩I_yyc、待测件在Z轴方向上的质心惯性矩I_zzc、待测件X轴-Z轴的质心惯性积I_xzc和待测件Y轴-Z轴的质心惯性积I_yzc。

本发明的有益效果：能够针对不同形状、质量较小的汽车零部件，准确测量其质量、质心、转动惯量、惯性积等惯性参数。

附图说明

图1是本发明的具体实施例的汽车零件惯性参数测量装置的结构示意图；

图2是本发明的具体实施例的汽车零件惯性参数测量装置的***图；

图3是本发明的具体实施例的汽车零件惯性参数测量方法的流程图。

图中：

1-底座；2-旋转盘；3-支撑架；4-拉压力传感器；

11-容纳槽；12-弹性件；21-通孔；31-圆环形导轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供一种汽车零件惯性参数测量装置，如图1和图2所示，汽车零件惯性参数测量装置包括底座1、旋转盘2、支撑架3和拉压力传感器4，旋转盘2设置在底座1上，旋转盘2被配置为能够绕自身的中心轴弹性扭转，支撑架3固定连接在旋转盘2上，支撑架3被配置为能够带动待测件绕X轴和Y轴翻转，拉压力传感器4共有四个，四个拉压力传感器4固定连接在旋转盘2上并分别沿Z轴连接至支撑架3的X轴和Y轴的两端。

在本实施例中，底座1设有六个沿圆形排列的容纳槽11，容纳槽11为圆弧形，即相邻两个容纳槽11之间呈60°间隔，每个容纳槽11内设有一个弹性件12，旋转盘2设置在底座1上，旋转盘2设有若干个沿圆形排列的通孔21，通孔21与容纳槽11沿Z轴一一对应，通孔21为圆弧形，每个弹性件12的两端分别连接容纳槽11的内壁以及对应的通孔21的内壁，当控制旋转时，旋转盘2带动弹性件12沿长度方向压缩，松开旋转盘2后，弹性件12复原带动旋转盘2回到原始位置。

需要说明的是，在本实施例中，弹性件12为弹簧。

支撑架3设置在旋转盘2上，支撑架3包括两个正交布置的圆环形导轨31，两个圆环形导轨31分别在其顶部和底部相互连通，圆环形导轨31上滑设有两个定位件，定位件被配置为固定待测件。

本发明还提供一种汽车零件惯性参数测量方法，该方法利用上述的汽车零件惯性参数测量装置。

如图3，汽车零件惯性参数测量方法包括以下步骤：

测量待测件的基准点相对于支撑架3的中心点O的空间距离；

分别获得待测件在不同的旋转位置时各拉压力传感器4的压力值，以及在其中若干个旋转位置时旋转盘的转动周期；

根据压力值和空间距离计算待测件分别在X轴、Y轴和Z轴方向的质心；

根据转动周期获得待测件在X轴、Y轴和Z轴上的转动惯量以及X轴-Y轴、在X轴-Z轴以及Y轴-Z轴的惯性积；

根据转动惯量和惯性积分别获得待测件在X轴、Y轴和Z轴上的质心惯性矩以及X轴-Y轴、X轴-Z轴以及Y轴-Z轴的质心惯性积。

具体地，首先调平汽车零件惯性参数测量装置的底座1和旋转盘2，初始化拉压力传感器4归零，建立并设定待测件的水平基准面X平面及其基准点O(图中未示出)，利用右手定则建立基于待测件的X轴、Y轴、Z轴。

通过安装待测件到支撑架3上，使待测件的水平基准面与旋转盘2平行。测量出基准点相对于支撑架3的中心点O的距离并记录l_x，l_y，l_z，同时记录初始位置时四个拉压力传感器4的压力值P_x1、P_x2、P_x3、P_x4。利用电机凸轮机构使旋转盘2绕自身中心旋转3°并快速释放，同时利用高精度光电传感器测得旋转盘2此时的转动周期T_z，多次测量后计算器平均值T_z均。

移动定位件，使待测件绕Y轴旋转45°并锁止在第一位置。

再次利用电机凸轮机构使旋转盘2绕自身中心旋转3°并快速释放，同时利用高精度光电传感器测得旋转盘2此时的转动周期T_xz，多次测量后计算器平均值T_xz均。

移动定位件，使待测件继续绕Y轴旋转45°，即由初始位置相对Y轴旋转了90°，并锁止在第二位置，同时记录此时四个拉压力传感器4的压力值P_z1、P_z2、P_z3、P_z4。再次使旋转盘2旋转3°并快速释放，同时，测试其转动周期T_x，多次测量计算其平均值T_x均。

移动定位件，使待测件继续绕X轴旋转45°，即由初始位置相对X轴旋转45°、相对Y轴旋转90°，并锁止在第三位置，使旋转盘2旋转3°并快速释放，同时，测试其转动周期T_xy，多次测量计算其平均值T_xy均。

移动定位件，使待测件继续绕X轴旋转45°，即由初始位置相对X轴旋转90°、相对Y轴旋转90°，并锁止在第四位置，同时记录此时四个拉压力传感器4的压力值P_y1、P_y2、P_y3、P_y4，使旋转盘2旋转3°并快速释放，同时，测试其转动周期T_y，多次测量计算其平均值T_y均。

移动定位件，使待测件继续绕Y轴反向旋转45°，即由初始位置相对X轴旋转90°、相对Y轴旋转45°，并锁止在第五位置，使旋转盘2旋转3°并快速释放，同时，测试其转动周期T_yz，多次测量计算其平均值T_yz均。

再将零件惯性参数测量装置调整到初始位置，卸下待测件，同时保持支撑架3的定位件的位置与安装待测件时一致。在无待测件的状态下，重复上述，分别得到相应转动周期T_0z均、T_0xz均、T_0x均、T_0xy均、T_0y均和T_0yz均。

进一步，构建以下公式计算待测件在X轴方向的质心：

式中：x_c表示待测件的质心与基准点沿X轴方向的距离，R表示拉压力传感器4的感应端与中心点O的距离。

同理，待测件在Y轴方向的质心：

式中：y_c表示待测件的质心与基准点沿Y轴方向的距离。

同理，待测件在Z轴方向的质心：

式中：z_c表示待测件的质心与基准点沿Z轴方向的距离。

继续构建待测件在X轴上的转动惯量I_xx的计算公式：

式中：

T_x均 ²表示待测件在第二位置时旋转盘2的转动周期，T_0x均 ²表示在不放置待测件同时将定位件调整到能使待测件固定在第二位置时旋转盘2的转动周期。

同理构建待测件X轴-Y轴的惯性积I_xy的计算公式、待测件在Y轴上的转动惯量I_yy的计算公式、待测件Y轴-Z轴的惯性积I_yz的计算公式、待测件在Z轴上的转动惯量I_zz的计算公式以及待测件X轴-Z轴的惯性积I_xz的计算公式，并分别得到待测件X轴-Y轴的惯性积I_xy、待测件在Y轴上的转动惯量I_yy、待测件Y轴-Z轴的惯性积I_yz、待测件在Z轴上的转动惯量I_zz、待测件X轴-Z轴的惯性积I_xz。

进一步构建待测件在X轴方向上的质心惯性矩I_xxc的计算公式：

I_xxc＝I_xx-m·x_c ²；

其中，m表示待测件的质量。

构建待测件X轴-Y轴的质心惯性积I_xyc的计算公式：

I_xyc＝I_xy-m·(x_c ²+x_c ²)。

同理，构建待测件在Y轴方向上的质心惯性矩I_yyc的计算公式、待测件在Z轴方向上的质心惯性矩I_zzc的计算公式、待测件X轴-Z轴的质心惯性积I_xzc的计算公式以及待测件Y轴-Z轴的质心惯性积I_yzc的计算公式，并分别得到待测件在Y轴方向上的质心惯性矩I_yyc、待测件在Z轴方向上的质心惯性矩I_zzc、待测件X轴-Z轴的质心惯性积I_xzc和待测件Y轴-Z轴的质心惯性积I_yzc。

综上，本发明提供的装置和方法能够针对不同形状、质量较小的汽车零部件，准确测量其质量、质心、转动惯量、惯性积等惯性参数。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。