大尺寸柱状物体质量质心测量装置的结构优化

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1、格{叠l技术航天制造技术测捷米大尺寸柱状物体质量质心测量装置的结构优化王在铎1王(1．海军驻中国运载火箭技术研究院军事代表室，北京庆2100076；2．首都航天机械公司，北京100076)摘要：介绍了物体质量、质心测量的原理，心位置测量要求的测量装置，提出了提高质量、构的测量不确定度进行了分析。关键词：质量质心；结构优化；不确定度叙述一种能满足大尺寸柱状物体质量、质质心测量精确度的结构方案，并对该种结StructuralOptimizationofMassandCentroidMeasuringDeviceforLargeCyl

2、indricalObjectsWangZaidu01WangQin92(1。NavyRepresentativeOfficeinChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing100076；2．CapitalAerospaceMachineryCompany,Beijing100076)Abstract：Thispaperintroducesthemeasuringprincipleofcenterofmassandputsforwardaschemeofameasuringdevice

3、forhigh·precisioncentroiddeviationmeasureoflargecylindricalobjects，andanalysestheuncertaintyofmeasurementaboutthismethod．Keywords：centerofmass；structuraloptimization；uncertainty1引言为了满足弹道飞行精确性的要求，导弹类飞行器对其质量、质心位置的要求较高。因此，在制造过程中，需对质量、质心进行测量、调整，以达到精确控制质量、质心的要求。目前已有的质量、质心

4、测量装置大多结构复杂，对使用环境要求高，且多数只适用于小型物体的测量。本文介绍的质量、质心测量装置适用于大型柱状物体。2质量质心三点法测量原理测量装置采用的是三点式支撑称重测量法。由于测量地的重力加速度g为常值，故其质心和重心重合一致。测量装置的三点支撑方式如图1所示。设物体的质量为P，三个支撑点处传感器测到的力分别为F1、F2，F3。则有：P=F1+R+尼(1)根据静力矩平衡原理可得轴向质心位置为：Xp--Lo+乞=厶+型气掣(2)在测量径向质心位置时，先在被测物体上做好I、Ⅱ、m、Ⅳ方位标记，转动被测物体，分别测得物体在0。

5、、0、1800、2700四个位置时传感器3的测量值，3l、乃2、民3、氏，根据静力矩平衡原理可得径向质心位置为：作者简介：王在铎(1967一)，工程师，机械设计与制造专业；研究方向：武器装备生产过程质量监督和检验验收。收稿日期：2010-'07—12P=睾隅。一蹦2+(E：一酣】p：arccos0二墨!羔坐)(3)(4)_耠测技豢2010年8月第4期03质量质心测量装置结构优化图1三点测量法示意图对小型物体来说，三点测量法能够获得较好的测量精度，但对大尺寸的物体则难以满足测量精度要求。例如，某飞行弹直径为2m，径向质心测量精度要

6、求小于lmm，若采用三点测量法，就必须采用高精度的测重仪器，并结合更高精度的几何尺寸测量。经初步分析，在忽略几何尺寸测量误差的前提下，即使采用精度为0．3％的高精度测重仪器，相应的质心位置误差精度也已达N3mm。因此，为了满足大尺寸柱状体对质心测量的高精度要求，需要对上述支撑测量结构进行优化设计。通过对式(3)径向质偏e的测量不确定度M@)的分析，可推导得出：配(P)=!尘坐日，(5)、FI式中“(D为测力F引起的测量不确定度。式(5)说明，雎(力与日l成正比，当日l趋近0时，则由力测量引起的对质偏e的不确定度uCe)3塑：论上

7、也趋近于0。据此，提出一种优化的结构，即将被测物体置于支撑点l和2的正上方，测点3可采用拉压力双向测力传感器(或双边各配置一个测力传感器)，如图2所示。该结构的测量装置可以减小测量不确定度。60L．j乡2坠2坠图2结构优化后的测量示意图图3质量、质心测量装置结构示意图对于飞行物体，其径向质偏测量精度要求高于轴向质心位置的测量精度要求。优化后的质量、质心测量装置结构如图3所示。该装置主要由支撑座、上支架、下支架、轴承支座、防倾支座等部分组成。支撑座可根据被测物体的测量需求将支撑面设计为斜面式或可调式，并可在支撑座下面增加导轨，以调

8、节支撑间距；采用轴承支座可减小上支架转动的摩擦阻猃测技术航天制造技术九嘉坚喜，羹孝箍囊呈嚣亍慧恸体上做P=旦厅面‰rctg(-鲁1)P(7)测量时，先将测量装置调平，并在被测物体上做。v--一z⋯好I、Ⅱ、HI、IV方位标记。将被测物体水平放置(卜HI方位为水平