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[摘 要]动力系统工作环境对产品质心要求较高，本文论述了复杂动力系统质心测质的方法， 详细介绍了产品质心测量的多支点称重法工作原理及系统组成，对于不同结构形式的产品进行质心测量的方式方法测量工作，通过方法的改进极大地提高了系统的测量精度，对研究动力系统质心特性、参数及测量方法具有重要意义，为后续系统级产品质心测量奠定基础。
[关键词]质心测量 多点称重 工装设计 精度
中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0040-01
1、引言
随着产品研制技术的进一步发展，多元化、批产化、精细化已成为如今产品的发展方向。动力系统质心测量数据及测量精度对其运动精度有重要的影响，因此既要保证产品质量，又要提高产品质心测试精度，通过装卡方式及质心测量设备的设计提高产品测量的可靠性和准确性。因此研究复杂系统产品质心测量工艺方法，保证其精准程度具有重要意义。
2、关键技术及难点
作为系统，其装配的零件较多，且形状、大小各异，对整体产品的质心有很大影响。针对、不同产品，制定不同的质心测试方法，同时设计具有针对性的测试工装，以及对产品测试过程中的基准点进行确定，找出产品质心X、Y、Z坐标位置，进而与理论计算值进行对比，保证产品着质心测量精度。
3、攻关技术方案与措施
对于系统产品来说，纵向和径向质心是总体重要设计参数，一般理论计算很难确定其质心的几何位置，质心测量主要采用机械重定位法、多点支承称重法、不平衡力矩法。对该套在质心测量上采用三点支承称重法进行。
3.1设计质心测量工装
根据产品的不同机构和连接方式，设计不同的质心测量设备，通过产品的连接方式和承力位置，选择合适的转接工装进行质心测量。
（1）柱形结构产品质心测量
对于细长结构，整体为回转体，结构对称，因此采用三点支撑方式进行，设计质心测量支架。
工装支架由T形底架、长度调整手轮、环形固定架、固定爪、高度调整手环、角度定位指针、高度调整手轮、高度丝杠、轴承座、长度丝杠、钢球和球窝等部件组成。
“T”形底架由方形钢管、槽钢焊接而成，具有一定的刚度和承载能力；高度丝杠将高度调整手环和底架相连，通过手环旋转实现丝杠的升降，丝杠另一端连接环形固定架的托板，能够促使环形固定架高矮可调；四个固定爪通过四个螺栓与环形固定架相连，环形固定架放置在指针托板上面，通过手动旋转环形固定架，可以使被测产品360度自由旋转；长度丝杠通过两个轴承座固定在T形底架上，通过长度调整手轮可以实现丝杠转动，丝母带动另一环形固定架实现前后移动。
使用方法如下：
1）在使用前，将“T”形支架的三点支点使用钢球支撑。台秤摆成“T”形，球座放置台秤中心，称的精度为20g，测量距离用游标卡尺精度为0.02mm。
调节球窝位置保证距离满足所测支点的投影距离数值，放置钢球，再将T形架置于钢球之上，保证钢球为自由状态（钢球上下均为点接触）。将整体移动至水平台附近，使用高度尺测量，保证产品前后在同一水平直线上，如果不在同一直线上，可以通过高度调整手轮调节，此时要求检查除产品以外，所有工装应齐全，到位，读取台秤数值M1、M2、M3，并记录。之后保持工装不动，将各秤数据清零，待用。
2）打开两个件3环形固定架上半环，根据产品实际大小、位置调节长度调整手轮，通过长度丝杠使产品的承重点靠近环形固定架上；配合高度调整手轮调整产品水平高度，保证产品X轴方向水平，再使用固定爪将产品径向固定住。
3）根据公式计算X轴向质心位置：
M=M1+M2+M3；
M·Lx=M3·L1；
Lx为X轴向质心距前支撑点位置；
计算Y轴向质心位置：
M=M1+M2+M3；
[M1·（L2）/2]-[M2·（L2）/2]=M·Ly；
Ly为Y轴向质心距产品轴线位置。
待X、Y两个方向测量以后，将环形固定架旋转90度，通过查看角度定位指针位置使产品Z向水平，再根据3台秤显示的新数值M1、M2、M3计算Z轴向质心位置：
M=M1+M2+M3；
[M1·（L2）/2]-[M2·（L2）/2]=M·Lz；
Lx为Z轴向质心距产品轴线位置。
通过以上工装对柱形结构匀称的产品质心进行测量。
（2）扁平结构产品质心测量
产品舱段为扁形圆柱结构，因此不适用上面提到的质心测量支架，采用翻转车配合支承架进行。
本次测量采用三个支撑架支承底座，形成三个支点，支点下方采用钢球和球窝结构，放置在秤上进行测量。
质心偏移?x和?y计算见公式（1）、（2）。
（1）
（2）
将产品在翻转车旋转90°，进行Z方向的测量，此测量方法与前端的X轴测量方法相同。
4、攻关过程、主要工艺试验及取得的效果
4.1 工装加工与验证
根据设计的工装设计图，对测量设备进行加工，同时对所用标准设备进行采购，加工后的工装满足测量精度要求。
4.2 产品精度测量
对产品进行精度测量，首先将工装翻转车通过支架钢球放置在三台秤上，当秤的示数平稳后进行清零，待试。
其次确定基准，以一侧安装面为基准面，将产品安装在翻转车上，使用水平尺对产品安装后是否水平进行测量，并调整至水平状态。
此时观察三台秤的示数并记录，数据见表1所示。求得总质量为42.6Kg。三台秤的数值M1、M2、M3分别为10.95Kg、10.30 Kg、21.35 Kg；
计算Y向坐标值，[M1·（L2）/2]-[M2·（L2）/2]=M·Ly，求得Ly为7.84mm，表示质心向M1方向偏移7.84mm。
用同样的方法计算Lz为-4.8mm，表示质心向M1和M2两秤连线侧偏移4.8mm。
将产品通过翻转车旋转90度，此时观察三台秤的数值M1、M2、M3分别为5.45Kg、15.7 Kg、21.45 Kg；求得总质量为42.6Kg，与翻转前总质量测量结果相同。
计算X向坐标值，[M2·（L2）/2]-[M1·（L2）/2]=M·Lx，求得Lx为104.35mm，表示质心偏移基准面方向104.35mm。
经核查产品模型，并对其进行理论计算，所测量结果与理论要求基本一致，有效验证产品质量，对产品质心进行实际测量，达到预期目的。
5、攻关指标完成情况
经过本次工艺攻关的开展，对大型系统的质心测量方式方法进行方案制定，同时按此方法对总装产品进行质心测量，测量结果与理论数据基本吻合，证明该套测量支架能够对产品的质心进行精准测量，同时翻转车的应用，使设备的功能多样性得以体现，设计人员对所选用的测量方法给予肯定，在质心测量全过程进行技术指标把控，对本次测量结果表示认可，基本达到预定的攻关目标，满足指标要求。后续会对攻关中涉及质心测量的方式方法进行归纳总结，逐步细化到工艺文件中指导生产。
6、結论
通过本次工艺攻关工作，总结出大型产品质心测量方式方法及过程中的控制要点，通过对因产品结构形态不同而选择的两种测量方法进行验证，总结出在质心测量过程中的注意事项以及测量结果的计算汇总，为后续产品生产提供技术支持和实践保障。
作者简介
王赫，男，29岁，辽宁省阜蒙县人，硕士研究生，工程师。
[关键词]质心测量 多点称重 工装设计 精度
中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0040-01
1、引言
随着产品研制技术的进一步发展，多元化、批产化、精细化已成为如今产品的发展方向。动力系统质心测量数据及测量精度对其运动精度有重要的影响，因此既要保证产品质量，又要提高产品质心测试精度，通过装卡方式及质心测量设备的设计提高产品测量的可靠性和准确性。因此研究复杂系统产品质心测量工艺方法，保证其精准程度具有重要意义。
2、关键技术及难点
作为系统，其装配的零件较多，且形状、大小各异，对整体产品的质心有很大影响。针对、不同产品，制定不同的质心测试方法，同时设计具有针对性的测试工装，以及对产品测试过程中的基准点进行确定，找出产品质心X、Y、Z坐标位置，进而与理论计算值进行对比，保证产品着质心测量精度。
3、攻关技术方案与措施
对于系统产品来说，纵向和径向质心是总体重要设计参数，一般理论计算很难确定其质心的几何位置，质心测量主要采用机械重定位法、多点支承称重法、不平衡力矩法。对该套在质心测量上采用三点支承称重法进行。
3.1设计质心测量工装
根据产品的不同机构和连接方式，设计不同的质心测量设备，通过产品的连接方式和承力位置，选择合适的转接工装进行质心测量。
（1）柱形结构产品质心测量
对于细长结构，整体为回转体，结构对称，因此采用三点支撑方式进行，设计质心测量支架。
工装支架由T形底架、长度调整手轮、环形固定架、固定爪、高度调整手环、角度定位指针、高度调整手轮、高度丝杠、轴承座、长度丝杠、钢球和球窝等部件组成。
“T”形底架由方形钢管、槽钢焊接而成，具有一定的刚度和承载能力；高度丝杠将高度调整手环和底架相连，通过手环旋转实现丝杠的升降，丝杠另一端连接环形固定架的托板，能够促使环形固定架高矮可调；四个固定爪通过四个螺栓与环形固定架相连，环形固定架放置在指针托板上面，通过手动旋转环形固定架，可以使被测产品360度自由旋转；长度丝杠通过两个轴承座固定在T形底架上，通过长度调整手轮可以实现丝杠转动，丝母带动另一环形固定架实现前后移动。
使用方法如下：
1）在使用前，将“T”形支架的三点支点使用钢球支撑。台秤摆成“T”形，球座放置台秤中心，称的精度为20g，测量距离用游标卡尺精度为0.02mm。
调节球窝位置保证距离满足所测支点的投影距离数值，放置钢球，再将T形架置于钢球之上，保证钢球为自由状态（钢球上下均为点接触）。将整体移动至水平台附近，使用高度尺测量，保证产品前后在同一水平直线上，如果不在同一直线上，可以通过高度调整手轮调节，此时要求检查除产品以外，所有工装应齐全，到位，读取台秤数值M1、M2、M3，并记录。之后保持工装不动，将各秤数据清零，待用。
2）打开两个件3环形固定架上半环，根据产品实际大小、位置调节长度调整手轮，通过长度丝杠使产品的承重点靠近环形固定架上；配合高度调整手轮调整产品水平高度，保证产品X轴方向水平，再使用固定爪将产品径向固定住。
3）根据公式计算X轴向质心位置：
M=M1+M2+M3；
M·Lx=M3·L1；
Lx为X轴向质心距前支撑点位置；
计算Y轴向质心位置：
M=M1+M2+M3；
[M1·（L2）/2]-[M2·（L2）/2]=M·Ly；
Ly为Y轴向质心距产品轴线位置。
待X、Y两个方向测量以后，将环形固定架旋转90度，通过查看角度定位指针位置使产品Z向水平，再根据3台秤显示的新数值M1、M2、M3计算Z轴向质心位置：
M=M1+M2+M3；
[M1·（L2）/2]-[M2·（L2）/2]=M·Lz；
Lx为Z轴向质心距产品轴线位置。
通过以上工装对柱形结构匀称的产品质心进行测量。
（2）扁平结构产品质心测量
产品舱段为扁形圆柱结构，因此不适用上面提到的质心测量支架，采用翻转车配合支承架进行。
本次测量采用三个支撑架支承底座，形成三个支点，支点下方采用钢球和球窝结构，放置在秤上进行测量。
质心偏移?x和?y计算见公式（1）、（2）。
（1）
（2）
将产品在翻转车旋转90°，进行Z方向的测量，此测量方法与前端的X轴测量方法相同。
4、攻关过程、主要工艺试验及取得的效果
4.1 工装加工与验证
根据设计的工装设计图，对测量设备进行加工，同时对所用标准设备进行采购，加工后的工装满足测量精度要求。
4.2 产品精度测量
对产品进行精度测量，首先将工装翻转车通过支架钢球放置在三台秤上，当秤的示数平稳后进行清零，待试。
其次确定基准，以一侧安装面为基准面，将产品安装在翻转车上，使用水平尺对产品安装后是否水平进行测量，并调整至水平状态。
此时观察三台秤的示数并记录，数据见表1所示。求得总质量为42.6Kg。三台秤的数值M1、M2、M3分别为10.95Kg、10.30 Kg、21.35 Kg；
计算Y向坐标值，[M1·（L2）/2]-[M2·（L2）/2]=M·Ly，求得Ly为7.84mm，表示质心向M1方向偏移7.84mm。
用同样的方法计算Lz为-4.8mm，表示质心向M1和M2两秤连线侧偏移4.8mm。
将产品通过翻转车旋转90度，此时观察三台秤的数值M1、M2、M3分别为5.45Kg、15.7 Kg、21.45 Kg；求得总质量为42.6Kg，与翻转前总质量测量结果相同。
计算X向坐标值，[M2·（L2）/2]-[M1·（L2）/2]=M·Lx，求得Lx为104.35mm，表示质心偏移基准面方向104.35mm。
经核查产品模型，并对其进行理论计算，所测量结果与理论要求基本一致，有效验证产品质量，对产品质心进行实际测量，达到预期目的。
5、攻关指标完成情况
经过本次工艺攻关的开展，对大型系统的质心测量方式方法进行方案制定，同时按此方法对总装产品进行质心测量，测量结果与理论数据基本吻合，证明该套测量支架能够对产品的质心进行精准测量，同时翻转车的应用，使设备的功能多样性得以体现，设计人员对所选用的测量方法给予肯定，在质心测量全过程进行技术指标把控，对本次测量结果表示认可，基本达到预定的攻关目标，满足指标要求。后续会对攻关中涉及质心测量的方式方法进行归纳总结，逐步细化到工艺文件中指导生产。
6、結论
通过本次工艺攻关工作，总结出大型产品质心测量方式方法及过程中的控制要点，通过对因产品结构形态不同而选择的两种测量方法进行验证，总结出在质心测量过程中的注意事项以及测量结果的计算汇总，为后续产品生产提供技术支持和实践保障。
作者简介
王赫，男，29岁，辽宁省阜蒙县人，硕士研究生，工程师。