1.高精度转动惯量测量仪,其特征在于,其结构包括圆形空气导轨(1)、空气浮轨(2)、第一支架(3a)、第二支架(3b)、测量盘(4)、定位激光灯(5)、定速电机(6)和自转盘(7),所述圆形空气导轨(1)上设置有空气浮轨(2),第一支架(3a)下端与空气浮轨(2)相连接,第一支架(3a)上端与测量盘(4)相连接;所述第二支架(3b)下端与测量盘(4)相连接,第二支架(3b)上端与定速电机(6)相固定连接;所述定速电机(6)底部安装有一个向下照射的定位激光灯(5),定速电机(6)上方安装有一个自转盘(7);所述空气浮轨(2)通过第一支架(3a)带动测量盘(4)、第二支架(3b)、定位激光灯(5)、定速电机(6)和自转盘(7)浮于空气导轨(1)之上,且测量盘(4)通过第二支架(3b)托起定速电机(6)和定位激光灯(5),定速电机带动自转盘(7)旋转;
其测量方法为:首先将待测物体放置于测量盘(4)之上,并使待测物上形成的定位光斑与其质心在同一竖直直线上;放置完成并调平装置后,启动圆形空气导轨(1)使空气浮轨(2)带动其上各部件悬浮,目的是尽可能的减小摩擦力对测量的影响;系统稳定后开启定速电机(6),转速固定的自转盘(7)开始转动;由于此时装置受到的转动力矩为零,整个装置角动量守恒;自转盘(7)的转动必然使测量盘(4)带动与之连接的空气浮轨(2)、第一支架(3a)、第二支架(3b)、定速电机(6)、定位激光灯(5)和待测物体向相反方向转动,且转动方向相反的两部分角动量互为相反数,此时角动量守恒可表达为:J7(ω7+ω)‑(J23456+Jx)ω=0 (1)
其中:自转盘(7)本身的转动惯量设为J7;
自转盘(7)相对定速电机(6)的旋转角速度固定为ω7;
空气浮轨(2)、第一支架(3a)、第二支架(3b)、测量盘(4)、定位激光灯(5)和定速电机(6)的总转动惯量为J23456;
待测物体的转动惯量为Jx;
测量盘相对地面的旋转角速度为ω;
自转盘实际对地转动角速度为ω7+ω;
则待测物转动惯量可表达为:
式(2)中J7、J23456、ω7的值已知,可通过测量盘的转动角速度ω来求得待测物体的转动惯量;通过记录测量盘在单位时间内的转动圈数得到测量盘的转动周期为T,则测量盘的角速度为ω=2π/T,则待测物转动惯量计算为:这样,就求得了待测物体转动
惯量Jx。
2.根据权利要求1所述的高精度转动惯量测量仪,其特征在于,整个装置在竖直方向呈轴对称分布,所述空气导轨(1)、空气浮轨(2)、测量盘(4)、定位激光灯(5)、定速电机(6)、自转盘(7)的几何中心都在一条竖直轴线上。
3.根据权利要求1所述的高精度转动惯量测量仪,其特征在于,所述第一支架(3a)和第二支架(3b)等间距焊接于测量盘(4)边缘,保证测量盘(4)转动的稳定性。
4.根据权利要求1所述的高精度转动惯量测量仪,其特征在于,所述定位激光灯(5)位于定速电机(6)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。
5.根据权利要求1所述的高精度转动惯量测量仪,其特征在于,测量时,由于装置角动量守恒,自转盘(7)与测量盘(4)的转动方向相反,待测物体置于测量盘(4)之上并随测量盘(4)一起转动,测量盘(4)、待测物体、第一支架(3a)、第二支架(3b)的转动方向相同且相对静止。
6.根据权利要求1所述的高精度转动惯量测量仪,其特征是:测量时,圆形空气导轨(1)喷出的气流使空气浮轨(2)脱离下方的空气导轨并悬浮,以减小转动摩擦力。