转动惯量在线测量用涡卷弹簧的设计

仝哲旭，彭军

(航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095)

0 引言

平面涡卷弹簧又称发条弹簧,使用时一端固定,另一端作用扭矩,在扭矩的作用下,弹簧在平面内发生扭转。平面涡卷弹簧根据相邻圈弹簧之间是否相互接触分为接触型和非接触型两种,接触型涡簧由于卷绕圈数多、变形角大,可在较小的体积内储存很大的能量,常用来做蓄能机构,比如作为力补偿装置、原动装置等;非接触弹簧常用来提供反作用力,可用来作扭摆法测转动惯量的动力源[1-2]。

转动惯量是表征刚体转动特性的一个重要物理量,在航天、航空、汽车、船舶、机械等多个领域经常需要测量物体的转动惯量。因此,转动惯量的准确测量具有十分重要的意义。转动惯量的测量方法有线摆法、落体法、扭摆法等,其中扭摆法测量精度较高,多用于测量大中型构件。

文章所要测量的正弦扭矩标准装置气浮轴系的转动惯量,精度要求高,且结构复杂不易拆下单独测量,因此设计非接触型平面涡卷弹簧(以下简称涡簧),应采用扭摆法在线测量其转动惯量[3]。

1 涡簧测转动惯量原理

采用扭摆法测量气浮轴系的转动惯量,因气浮轴摩擦阻力很小,在不考虑阻尼的情况下,可认为气浮轴作自由振动。分别在空载、加一块砝码、加二块砝码、加三块砝码和加四块砝码五种情况下进行测量,采用光栅测量并解算扭摆运动周期,从而计算得到涡簧弹性系数和空载时转动惯量的值。……