專利名稱：全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于力學(xué)計(jì)量、生產(chǎn)試驗(yàn)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)力源裝置，更 具體地說，它涉及一種應(yīng)用于各種測(cè)力儀的計(jì)量檢定、校準(zhǔn)或生產(chǎn)試驗(yàn)中所使 用的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)。
背景技術(shù)：
力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)作為力值傳遞系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，在計(jì)量部門、科研部門、測(cè)力儀 生產(chǎn)和使用部門廣泛應(yīng)用。其中杠桿機(jī)以其性能價(jià)格比優(yōu)良，受到特殊青睞。 杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)，是根據(jù)力的動(dòng)力效應(yīng)，利用已知質(zhì)量砝碼的重力來復(fù)現(xiàn)力值， 但是它是將已知質(zhì)量砝碼的重力經(jīng)不等臂杠桿放大來產(chǎn)生力值的.通常是固定 杠桿比，通過改變重力砝碼的數(shù)量和大小實(shí)現(xiàn)施加不同的力值。實(shí)際上，杠桿 式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)都是由一臺(tái)靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加上杠桿力文大機(jī)構(gòu)組成的。因此它存在 傳統(tǒng)意義上的靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的缺點(diǎn)，例如，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施加力值范圍窄，級(jí)
數(shù)少，效率低，成本高；此外為了確保杠桿比的準(zhǔn)確其結(jié)構(gòu)調(diào)整過程復(fù)雜、實(shí) 現(xiàn)難度較大，并使工作效率更低，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作。綜括來說，這種標(biāo)準(zhǔn) 力源存在的主要技術(shù)問題包括以下幾個(gè)方面工作效率低、力值范圍窄、使用 性能差(自動(dòng)化程度低下、簡(jiǎn)便性較差)、對(duì)測(cè)力儀檢定規(guī)程的適用程度存在較 大欠缺、成本過高，新4支術(shù)應(yīng)用少、無新結(jié)構(gòu)、新方法。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在工作效率低、力值 范圍窄、使用性能差、對(duì)測(cè)力儀檢定規(guī)程的適用程度存在較大欠缺、成本過高， 新技術(shù)應(yīng)用少、無新結(jié)構(gòu)、新方法的問題，提供了一種刀口支承的全自動(dòng)游碼 式力校準(zhǔn)斗幾。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)游 碼式力校準(zhǔn)機(jī)，包括主機(jī)、杠桿橫梁、控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型所述的全自動(dòng)游 碼式力校準(zhǔn)機(jī)的杠桿橫梁與主機(jī)中1號(hào)機(jī)架上橫梁的支點(diǎn)之間采用刀口支承的 連接方式，支點(diǎn)處的刀口支承包括支點(diǎn)刀、支點(diǎn)刀承，支點(diǎn)刀承固定在杠桿橫 梁的頂部，支點(diǎn)刀固定在主機(jī)中1號(hào)^L架上^f黃梁的頂部，支點(diǎn)刀的刀刃與支點(diǎn) 刀承的槽接觸連接。
所述的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的杠桿橫梁與主機(jī)上的施力點(diǎn)之間也采用的 是刀口支承的連接方式，施力點(diǎn)處的刀口支承包括力點(diǎn)刀、力點(diǎn)刀承，力點(diǎn)刀 固定在主機(jī)中反向架的頂部，力點(diǎn)刀承固定在杠桿橫梁的底部，力點(diǎn)刀的刀刃 與力點(diǎn)刀承的槽接觸連接。在上面所述的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上于杠桿橫梁右端下面的安裝板上安裝有阻 尼器，它由液體阻尼器和半主動(dòng)摩擦阻尼器組成，半主動(dòng)摩擦阻尼器主要有開 關(guān)、偏心軸、摩擦片、軸承、電動(dòng)機(jī)和信號(hào)板)組成。
電動(dòng)機(jī)固定安裝在杠桿橫梁右端下面的安裝板上，其垂直向上的輸出軸與 依次固定安裝兩個(gè)偏心輪的偏心軸固定連接，兩個(gè)偏心輪的外緣分別套裝有軸 承，兩塊相同的摩擦片固定安裝在偏心軸兩側(cè)杠桿橫梁的內(nèi)側(cè)壁上，兩個(gè)軸承 能夠分別與兩個(gè)摩擦片同時(shí)接觸或脫開，兩個(gè)相同的開關(guān)固定在支架的上端， 支架的下端固定在安裝板上，兩個(gè)相同的開關(guān)在支架上端的水平面內(nèi)夾角為 90°,兩個(gè)開關(guān)的對(duì)稱中心和處于其下面的隨偏心輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)板的兩端對(duì) 正或脫開。這就形成第二套方案。在第一套和第二套方案的基礎(chǔ)上改變游碼距
杠桿橫梁支點(diǎn)的距離來減小以至消除力值變化量，當(dāng) 一個(gè)位移分辨單位5 l能補(bǔ) 償力值變化為△ F時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)奈灰普酆铣煞直媛? ^的數(shù)量為
AF
甘士 ac i7fi(x， T， t) L！ 異甲，AF， = F, x ~！--F， x ~，21 f2(x， T， 01 L2
L產(chǎn)f"x，T， t), L丄是x、 T、 t的函數(shù)， L2=f2(x，T， t) ， L是x、 T、 t的函數(shù)， L.游碼距杠桿橫梁支點(diǎn)的距離， L2.施力點(diǎn)距杠桿橫梁支點(diǎn)的距離， x.游碼在杠桿橫梁上的位置， T.環(huán)境溫度， t.時(shí)間。
上面各套技術(shù)方案中的控制系統(tǒng)中都設(shè)置有裝入計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行該計(jì)算 機(jī)程序使游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的工作過程、每一構(gòu)件狀態(tài)、試驗(yàn)進(jìn)程均能夠用動(dòng)畫 的方式顯示在屏幕上的并實(shí)現(xiàn)直接點(diǎn)擊動(dòng)畫上的標(biāo)志使游碼式力校準(zhǔn)機(jī)完成各 種控制要求的實(shí)現(xiàn)工作過程形象化監(jiān)控的計(jì)算機(jī)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是
1. 本實(shí)用新型采用單塊固定質(zhì)量砝碼，利用杠桿放大原理對(duì)被目標(biāo)物施加 載荷。通過改變和精確控制固定質(zhì)量砝碼沿杠桿臂長(zhǎng)方向的位置改變施加力值 的大小。與現(xiàn)有同類設(shè)備相比，游碼式力校準(zhǔn)機(jī)省去復(fù)雜的重力砝碼系統(tǒng)，對(duì) 于杠桿放大而言，不需要力點(diǎn)、支點(diǎn)和重點(diǎn)任意兩點(diǎn)之間的距離必須十分準(zhǔn)確， 力點(diǎn)、支點(diǎn)和重點(diǎn)采用技術(shù)十分成熟的滾動(dòng)摩纟察形式的刀口支承，因而機(jī)器結(jié) 構(gòu)大大簡(jiǎn)化、制造容易。
2. 本實(shí)用新型中固定質(zhì)量的砝碼沿杠桿臂長(zhǎng)方向的移動(dòng)速度和位置的驅(qū)動(dòng) 與控制是通過伺服電動(dòng)馬達(dá)和微機(jī)控制裝置實(shí)現(xiàn)的。通過精密控制砝碼的位置碼的移動(dòng)速度可以加快施加載荷的速度。借 助微機(jī)和先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)，從根本上解決杠桿式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)加載速度慢、效 率低、操作不便的問題，實(shí)現(xiàn)力源裝置的準(zhǔn)確、快速和自動(dòng)加載的目標(biāo)，完全 符合各種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)力儀檢測(cè)過程中施加載荷的要求。
3. 本實(shí)用新型加卸載過程中使用了液體與可控摩擦阻尼機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在工 作過程中抑制初始平衡的低頻擺動(dòng)，減小和抑制加載過程的杠桿振動(dòng)，并能夠 縮短讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)間。
4. 本實(shí)用新型的工作過程采用形象化自動(dòng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)操作對(duì)話、屏 幕動(dòng)畫顯示游碼機(jī)工作狀態(tài)和實(shí)時(shí)的力值動(dòng)態(tài)曲線，可自動(dòng)判定力值穩(wěn)定狀況， 自動(dòng)釆集測(cè)試數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求完成數(shù)據(jù)處理和管理。游碼式 力源裝置是一種高精度、高效率、高可靠性和低成本的工作裝置。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明


圖1是全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)在略去支點(diǎn)和施力點(diǎn)摩擦、橫梁變形等影響 的情況下根據(jù)靜力學(xué)原理考慮技術(shù)方案時(shí)杠桿橫梁受力情況的示意簡(jiǎn)圖2是全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)在考慮刀口支承中的摩擦阻力的情況下杠桿 橫梁受力情況的示意簡(jiǎn)圖3是一種刀口支承的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)組成結(jié)構(gòu)的主視圖4是圖3中I處的局部放大視圖5-a是全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)中的半主動(dòng)摩擦阻尼器結(jié)構(gòu)組成的主視
圖5-b是全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)中的半主動(dòng)摩擦阻尼器結(jié)構(gòu)組成在拆去杠 桿橫梁前面?zhèn)缺谇闆r下的左視圖6是全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)在控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)屏幕上提供的形象化 自動(dòng)監(jiān)控程序界面；
圖中l(wèi).杠桿橫梁，2.1號(hào)機(jī)架，3.動(dòng)橫梁，4.絲杠，5.游碼，6.導(dǎo)軌， 7.伺服驅(qū)動(dòng)裝置，8.平衡;險(xiǎn)測(cè)裝置，9.阻尼器，IO.反向架，ll.工件，12.力點(diǎn) 刀，13.支點(diǎn)刀，14.開關(guān)，15.偏心軸，16.摩擦片，17.軸承，18.電動(dòng)才幾，19. 控制系統(tǒng)，20.滾珠絲杠，21.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，22.主機(jī)，23.支點(diǎn)刀承，24.力點(diǎn) 刀承。25. 2號(hào)機(jī)架，26.安裝板，27.信號(hào)板，S.測(cè)力儀，Q.質(zhì)心位置線，m.砝 碼，H.杠桿橫梁理論受力水平線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述
本實(shí)用新型的目的是尋求一種性價(jià)比高的力校準(zhǔn)機(jī)，克服傳統(tǒng)意義上的杠 桿式力校準(zhǔn)機(jī)在結(jié)構(gòu)、加荷時(shí)間、工作效率、工作過程自動(dòng)化、誤差補(bǔ)償和制 造使用成本等方面的問題，達(dá)到提高力校準(zhǔn)機(jī)的效率、精度和精度穩(wěn)定性、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本的目的。
參閱圖1，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是基于杠桿原理。把傳統(tǒng)的杠桿式 力校準(zhǔn)機(jī)(或者稱力標(biāo)準(zhǔn)機(jī))的固定杠桿比、改變單塊重力砝碼的大小和砝碼 個(gè)數(shù)的加載方式，變?yōu)橹亓来a是單一的、且質(zhì)量固定的游碼，通過使其沿杠 桿橫梁1長(zhǎng)度方向游動(dòng)時(shí)杠桿比改變，達(dá)到改變加載的目的。略去杠桿重力和 其它外力，根據(jù)第一類杠桿放大原理有公式
式中，F(xiàn),—游碼的重力，L一游碼距支點(diǎn)的距離，F(xiàn)2—對(duì)目標(biāo)物施加的力， L2—力點(diǎn)距支點(diǎn)的距離。
可見，如果"不變，F(xiàn),是常數(shù)，當(dāng)改變L,大小時(shí)即可改變F2的大小。因此， 可將力值大小的控制轉(zhuǎn)變?yōu)橛未a5在橫梁1上精密位置的控制。在精密自動(dòng)控 制杠桿平衡，并采取提高精度、加快穩(wěn)定平衡時(shí)間等措施后，即可以構(gòu)成全自 動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)。
1.對(duì)精確施加力值的相關(guān)問題進(jìn)行分析
參閱圖1,設(shè)杠桿橫梁AB，支點(diǎn)C處左右兩側(cè)的質(zhì)量產(chǎn)生的重力分別為W2、 Wl7質(zhì)心的位置距離支點(diǎn)的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)21、 L 。質(zhì)量為m的砝碼可以沿著杠桿 橫梁AB移動(dòng)，設(shè)其某時(shí)刻的位置距支點(diǎn)C的距離為L(zhǎng)。其重力為F^杠桿橫梁 上點(diǎn)B為被施加力的作用點(diǎn)，力的大小設(shè)為F2，距支點(diǎn)C的距離為L(zhǎng)2。略去支 點(diǎn)和被施加力的作用點(diǎn)的摩擦、橫梁變形等影響，根據(jù)靜力學(xué)原理有
巧xZj +丄 x巧=F2 xL2 +『2 xL21、
可見，當(dāng)杠桿橫梁結(jié)構(gòu)確定后，即m、 W2、 W,、 L21、 Lu、 L即已確定。質(zhì)量 為m的砝碼產(chǎn)生的向下作用力F:經(jīng)杠桿橫梁放大后，作用到浮皮檢測(cè)力儀上的力 F2與砝碼m的位置L,成正比。即可以在不更換砝碼m的情況下，通過改變L的 大小即可實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)力儀施加所需要載荷的級(jí)數(shù)和大小，從而將對(duì)F2大小的 控制轉(zhuǎn)換為對(duì)位移L,的控制。
1 )在位移分辨率足夠的條件下，這種通過改變砝碼位置^v而改變杠桿比(力 臂比)達(dá)到施加不同載荷大小的目的的裝置，與傳統(tǒng)的杠桿式力校準(zhǔn)機(jī)相比工 作原理上唯一的區(qū)別就是它的砝碼是游動(dòng)的，而不是固定位置。為實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化結(jié) 構(gòu)、縮小體積、降低成本、提高工作效率的目標(biāo)，采用單級(jí)杠桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最為 簡(jiǎn)單。而游動(dòng)砝碼質(zhì)量m不應(yīng)當(dāng)也不太可能太大，這必然要增大放大比(杠桿比)以適應(yīng)較大力值輸出的需要。
參閱圖2，在誤差分析中，考慮任何原因引起杠桿橫梁臂長(zhǎng)的變化都會(huì)造 成施力誤差，并且因?yàn)楦軛U比增大和短臂尺寸縮小使誤差放大?？赡芤鸨坶L(zhǎng) 變化，因而引起杠桿比變化的原因可以歸納為支承、杠桿受力變形、溫度、滯
彈性效應(yīng)等。把杠桿式力校準(zhǔn)機(jī)簡(jiǎn)化后的力學(xué)模型置于一 x-y平面坐標(biāo)系中， 則在外力、溫度等因素作用下，杠桿橫梁會(huì)產(chǎn)生變化?？梢姳坶L(zhǎng)是游碼的位置 x、溫度T、時(shí)間t的函數(shù)L產(chǎn)fi(x，T， t); L尸f"x,T, t)，
產(chǎn)生的誤差為 AF「F'xf"x' T' t)—fix^。
2 ' f2(x， T， t)1 L2
通過改變游碼5的位置來控制長(zhǎng)臂L,尺寸變化的大小和方向^^人而可以減小以至 消除誤差。 一個(gè)位移分辨單位5t可以補(bǔ)償?shù)牧χ底兓癁锳F，因此需要補(bǔ)償?shù)?br> 位移折合成分辨率數(shù)為^。對(duì)于支承重復(fù)性能好的系統(tǒng)來說，相應(yīng)于游碼5
△F
不同位置的力點(diǎn)值，可以通過標(biāo)定來確定。若已知隨時(shí)間、溫度變化規(guī)律，則 可以對(duì)其造成的力值誤差進(jìn)行4卜償。
2 )杠桿橫梁采用什么樣的支承是影響杠桿式力校準(zhǔn)機(jī)施力精度的主要因素 之一，因?yàn)樵谥c(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生阻力矩。杠桿橫梁采用的支承形式和種類有很多， 對(duì)于較大載荷的精密機(jī)械，以采用刀口支承和彈性支承居多。對(duì)于刀口支承， 當(dāng)?shù)度邪霃胶苄r(shí)，運(yùn)動(dòng)件擺動(dòng)角度不超過8° ~10。時(shí)，刀口支承中的摩擦 可以認(rèn)為是純滾動(dòng)摩擦。但是由于刀刃半徑不可能太小，尤其是大載荷情況下， 因此刀口支承會(huì)產(chǎn)生摩擦力矩，這是杠桿式力校準(zhǔn)機(jī)產(chǎn)生測(cè)力誤差的主要原因 之一。刀口支承處摩擦力矩的存在，造成杠桿的附加力矩。此時(shí)杠桿橫梁平衡 式變?yōu)镕,xL!+LuxW,—Mfl =F2'xL2+W2xL21 —Mf2,式中Mn牙口 Mf2分另"是支,泉,口 力點(diǎn)處的摩擦力矩。F/是由于摩擦力矩的存在于力點(diǎn)處的作用力。于是由于刀 口處摩才察造成的i吳差A(yù)F二F2' — F2 — [F, xLi/L2十(W山u _W2L21)/L2] = (Mf2 —Mfl)/L2。 由于刀口存在摩擦力矩，因此會(huì)造成力值誤差，其大小與短臂"成反比。根據(jù) 摩擦的特性，摩擦力矩的大小和方向是隨杠桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、時(shí)間而變化的，它 不能通過上述方法進(jìn)行補(bǔ)償。因此必須設(shè)法減小摩擦力矩。
3)靜力平衡是杠桿橫梁工作的必要條件，但是，在初始狀態(tài)時(shí)，它必須是 穩(wěn)定的，且杠桿橫梁必須處于水平狀態(tài)，為此杠桿橫梁的質(zhì)心必須滿足如下條 件質(zhì)心必須位于過支點(diǎn)的鉛垂線上，以支點(diǎn)為界杠桿的左右部分質(zhì)心連線也 應(yīng)該是水平的，且位于支點(diǎn)的下方。由于質(zhì)心位置耳又決于幾何形狀，因此杠桿 式力4交準(zhǔn)機(jī)和天平均有質(zhì)心調(diào)整機(jī)構(gòu)。對(duì)于游碼式的裝置來說，它可以通過改 變游碼5的位置來改變杠桿的平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)心位置的調(diào)整，可以省去傳 統(tǒng)力4交準(zhǔn)才幾的質(zhì)心調(diào)整才幾構(gòu)。游碼式力校準(zhǔn)機(jī)上的游碼位置的任何變化都會(huì)引起杠桿的不平衡(這是實(shí) 現(xiàn)加力的基礎(chǔ))，因?yàn)榱c(diǎn)處和過力點(diǎn)的受力線上的裝置結(jié)構(gòu)剛度不是無窮大， 所以會(huì)沿力線方向產(chǎn)生變形。這種變形可以檢測(cè)出來。如果沿變形的反方向產(chǎn) 生等量的位移，即可恢復(fù)杠桿的平衡。
2.對(duì)采用刀口支承方式的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述
參閱圖3與圖5,圖中所示的是一種采用刀口支承方式的全自動(dòng)游碼式力 校準(zhǔn)機(jī)組成結(jié)構(gòu)。它由主機(jī)22、杠桿橫梁l、控制系統(tǒng)19組成。其中主機(jī)用來 安裝工件、調(diào)整空間、承受載荷的，其核心部件是1號(hào)機(jī)架2、第一伺服驅(qū)動(dòng) 裝置(圖中未注)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)21、動(dòng)橫梁3。動(dòng)橫梁3上安裝被施加力的工 件，由杠桿橫梁1產(chǎn)生經(jīng)反向架10傳到工件上的載荷通過動(dòng)橫梁3和絲杠4作 用到1號(hào)機(jī)架2上。動(dòng)橫梁3可由第一伺服驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)作上下精密直線位移， 用于調(diào)整空間和實(shí)現(xiàn)杠桿橫梁1的平衡；杠桿橫梁組件由杠桿橫梁1、支點(diǎn)刀 13和力點(diǎn)刀12、游碼5、導(dǎo)軌6、伺服驅(qū)動(dòng)裝置7、平衡檢測(cè)裝置8、阻尼器9 等組成。杠桿橫梁l可繞支點(diǎn)擺動(dòng)，全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的杠桿橫梁1與主 機(jī)22中1號(hào)機(jī)架上橫梁的支點(diǎn)之間采用刀口支承的連接方式，支點(diǎn)處的刀口支 承包括支點(diǎn)刀13、支點(diǎn)刀承23，支點(diǎn)刀承23固定在杠桿橫梁1的頂部，支點(diǎn) 刀13固定在主機(jī)22中1號(hào)才幾架上橫梁的頂部，支點(diǎn)刀13的刀刃與支點(diǎn)刀承 23的槽接觸連接。杠桿橫梁1與主機(jī)22上的施力點(diǎn)之間也采用的是刀口支承 的連接方式，施力點(diǎn)處的刀口支承包括力點(diǎn)刀12、力點(diǎn)刀承24，力點(diǎn)刀12固 定在主機(jī)22中反向架10的頂部，力點(diǎn)刀承24固定在杠桿橫梁1的底部，力點(diǎn) 刀12的刀刃與力點(diǎn)刀承24的槽接觸連接。力點(diǎn)刀12與支點(diǎn)刀13皆為橫截面 不變的長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)件，橫截面可看成是一個(gè)等腰梯形和一個(gè)三角形的組合，最 高處的棱角為刀刃，刀刃處的半徑以0. 2mm為宜，同樣支點(diǎn)刀承23與力點(diǎn)刀承 24也為橫截面不變的長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)件，橫截面可看成是一個(gè)等腰梯形，在窄平行 邊的上面加工一個(gè)凹槽，凹槽處的半徑以0. 3mm為宜。力點(diǎn)刀12通過一反向架 lO將力傳予工件ll。游碼5可以沿杠桿橫梁1上的導(dǎo)軌6作直線移動(dòng)，游碼5 沿杠桿橫梁1的移動(dòng)是由伺服驅(qū)動(dòng)裝置7經(jīng)由滾珠絲杠20驅(qū)動(dòng)完成，并由位移 傳感器檢測(cè)其位移大小。平衡檢測(cè)裝置8是一個(gè)精密直線位移傳感器，用于檢 測(cè)杠桿橫梁1的平衡位置。阻尼器9用來減小振動(dòng)，加快平衡時(shí)間。它由液體 阻尼器和半主動(dòng)摩擦阻尼器組成。半主動(dòng)摩擦阻尼器主要由開關(guān)14、安裝兩個(gè) 偏心輪的偏心軸15、軸承17、電動(dòng)機(jī)18、摩擦片16和信號(hào)板27等構(gòu)件組成。 電動(dòng)機(jī)18固定安裝在杠桿橫梁1右端下面的安裝板26上，且處于杠桿橫梁1 前后兩側(cè)壁之間，安裝板26固定安裝在2號(hào)機(jī)架25的頂部，2號(hào)機(jī)架25套裝 在控制系統(tǒng)19的外面，其下端固定在地基上。電動(dòng)機(jī)18垂直向上的輸出軸與 依次固定安裝兩個(gè)偏心輪的偏心軸15固定連接(鍵連接或者是法蘭盤連接)，兩個(gè)偏心輪的外緣分別套裝有軸承17，兩塊相同的摩擦片16固定安裝在偏心 軸15兩側(cè)杠桿橫梁1的內(nèi)側(cè)壁上，兩個(gè)軸承17能夠分別與兩個(gè)摩擦片16同時(shí) 接觸或脫開，即兩個(gè)偏心輪在偏心軸15上安裝時(shí)，兩個(gè)偏心輪的輪心與偏心軸 15回轉(zhuǎn)軸線的連線夾角為180°,即兩個(gè)偏心4侖的輪心與偏心軸15回轉(zhuǎn)軸線的 連線以偏心軸15為對(duì)稱，在水平面的投影為一直線。兩個(gè)相同的開關(guān)14固定 在支架的上端，支架的上端固定一弧形梁，弧形梁回轉(zhuǎn)中心和電動(dòng)機(jī)18輸出軸 的回轉(zhuǎn)中心同心，兩個(gè)相同的開關(guān)14就固定安裝在這個(gè)弧形梁上，每個(gè)開關(guān) 14的對(duì)稱中心與電動(dòng)機(jī)18輸出軸的回轉(zhuǎn)中心連線，兩條中心連線之間的夾角 為90°,其中一條連線與主視圖的正投影面垂直，另一條連線與主視圖的正投 影面平行，即與左視圖的才殳影面垂直，所以不^r在主^L圖(圖5-a)上還是在 左視圖(圖5-b)上，都可以看到處于同一高度的兩個(gè)相同的開關(guān)14，支架的 下端固定在安裝板26上，兩個(gè)開關(guān)14的對(duì)稱中心和處于其下面的隨偏心輪同 時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)板27的兩端對(duì)正或者是脫開。信號(hào)板27是一長(zhǎng)條形狀的結(jié)構(gòu)件， 通過其中間的圓孔安裝在最上面的偏心輪上，隨偏心輪一同轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)板27的 對(duì)稱線和兩個(gè)偏心4侖的4侖心與偏心軸15回轉(zhuǎn)軸線的連線夾角為零。
工作時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)接近最大偏心距時(shí)，套在偏心輪外緣 的兩個(gè)相同的軸承17分別與兩側(cè)的摩擦片16接觸。當(dāng)與杠桿橫梁l固聯(lián)在一 起的摩擦片16上下擺動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生摩擦力，選擇合適的摩擦片材料可以使摩擦 力具有與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比的正阻尼特性，起到減震阻尼作用。摩擦力的大 小通過調(diào)整距離B改變，偏心軸15轉(zhuǎn)動(dòng)位置由開關(guān)14檢測(cè)。
控制系統(tǒng)19是一套以計(jì)算機(jī)為核心的控制裝置。用計(jì)算機(jī)來控制包括兩套 伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、位移檢測(cè)系統(tǒng)、阻尼器在內(nèi)的工作裝置，計(jì)算機(jī)里裝有自編 的計(jì)算機(jī)程序，運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序使游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的工作過程、每一構(gòu)件狀態(tài)、 試驗(yàn)進(jìn)程均能夠用動(dòng)畫的方式顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上，并實(shí)現(xiàn)直接點(diǎn)擊動(dòng)畫上 的標(biāo)志使游碼式力校準(zhǔn)機(jī)完成各種控制要求，實(shí)現(xiàn)工作過程形象化監(jiān)控。同時(shí)
完成凄t據(jù)采集和iy居處理工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的全自動(dòng)工作。
刀口支承的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的工作原理
系統(tǒng)工作時(shí)，首先將工件11 (例如稱重傳感器)放置到反向架上，并手工 調(diào)整動(dòng)橫梁3位置使工件11與動(dòng)橫梁3處于快要接觸但并未接觸的狀態(tài)(通常 間隙lmm為宜)，然后啟動(dòng)程序開始工作。開始時(shí)，杠桿橫梁l上的伺服驅(qū)動(dòng)裝 置7中的伺服電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)游碼5移動(dòng)使杠桿橫梁1自動(dòng)尋找平衡位置，平衡 過程中位于杠桿橫梁1一端的阻尼器9起到減小振幅的作用。平衡位置由位移 傳感器檢測(cè)確定。接下來根據(jù)程序設(shè)定對(duì)工件施加載荷。加荷過程從動(dòng)橫梁3 移動(dòng)開始，當(dāng)確認(rèn)其與工件接觸后，啟動(dòng)杠桿橫梁1上 伺服電機(jī)使游碼移動(dòng) 直至;^施加載荷的位置為止。正確位置經(jīng)預(yù)先標(biāo)定并由位移傳感器;^r測(cè)。此時(shí)由于包括工件ll在內(nèi)的機(jī)械系統(tǒng)的變形，杠桿橫梁l將失去平衡，為此再次啟 動(dòng)動(dòng)橫梁3位置控制電機(jī)，使杠桿恢復(fù)平衡。與此同時(shí)啟動(dòng)摩擦阻尼器，以減 小杠桿橫梁的擺動(dòng)幅值，加快穩(wěn)定時(shí)間。穩(wěn)定與否可由控制器根據(jù)工件11的輸 出自動(dòng)判斷。穩(wěn)定后^^開摩擦阻尼器。至此， 一級(jí)載荷施加完畢。以此類推， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加卸載荷。每一級(jí)載荷加卸完畢后控制系統(tǒng)可以根據(jù)需要采 集和處理工件的數(shù)據(jù)。工作過程中刀口支承的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的每一個(gè) 構(gòu)件狀態(tài)以及試驗(yàn)進(jìn)程均可以通過屏幕觀察到，調(diào)機(jī)時(shí)可以直接在屏幕上通過 鼠標(biāo)點(diǎn)擊方式控制機(jī)件的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作過程形象化監(jiān)控。 實(shí)施例
參閱圖6，以下結(jié)合實(shí)際例子進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的實(shí)施。
1. 一臺(tái)型號(hào)為300kN的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的基本參數(shù)為 杠桿比i=55;
杠桿橫梁1的短臂長(zhǎng)70mm; 杠桿橫梁1的總長(zhǎng)4200mm; 游碼5重力5600N;
驅(qū)動(dòng)游碼移動(dòng)的電才幾功率750W,額定轉(zhuǎn)速2000rpm; 實(shí)現(xiàn)的位移分辨率0. 8um;
驅(qū)動(dòng)主才幾動(dòng)一黃梁移動(dòng)的電才幾功率750W，額定轉(zhuǎn)速2000rpm; 位移分辨率0. lum;
檢測(cè)杠桿橫梁1平衡的位移傳感器，位移范圍±10腿，分辨率lum;
2. —臺(tái)型號(hào)為300kN的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的功能參數(shù)為 額定載荷能力300kN;
力的分辨率0. 64N; 游碼最大速度4mm/min; 可實(shí)現(xiàn)加荷時(shí)間20s/級(jí)； 實(shí)現(xiàn)形象化自動(dòng)監(jiān)控程序界面。
權(quán)利要求1.一種全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)，包括主機(jī)(22)、杠桿橫梁(1)、控制系統(tǒng)(19)，其特征是所述的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的杠桿橫梁(1)與主機(jī)(22)中1號(hào)機(jī)架上橫梁的支點(diǎn)之間采用刀口支承的連接方式，支點(diǎn)處的刀口支承包括支點(diǎn)刀(13)、支點(diǎn)刀承(23)，支點(diǎn)刀承(23)固定在杠桿橫梁(1)的頂部，支點(diǎn)刀(13)固定在主機(jī)(22)中1號(hào)機(jī)架上橫梁的頂部，支點(diǎn)刀(13)的刀刃與支點(diǎn)刀承(23)的槽接觸連接；所述的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)的杠桿橫梁(1)與主機(jī)(22)上的施力點(diǎn)之間也采用的是刀口支承的連接方式，施力點(diǎn)處的刀口支承包括力點(diǎn)刀(12)、力點(diǎn)刀承(24)，力點(diǎn)刀(12)固定在主機(jī)(22)中反向架(10)的頂部，力點(diǎn)刀承(24)固定在杠桿橫梁(1)的底部，力點(diǎn)刀(12)的刀刃與力點(diǎn)刀承(24)的槽接觸連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)，其特征是在杠桿橫梁(1) 右端下面的安裝板(26)上安裝有阻尼器(9)，它由液體阻尼器和半主動(dòng)摩擦 阻尼器組成，半主動(dòng)摩擦阻尼器主要有開關(guān)(14 )、偏心軸(15 )、摩擦片(16 )、 軸承(17 )、電動(dòng)機(jī)(18 )和信號(hào)板(27 )組成；電動(dòng)機(jī)(18 )固定安裝在杠桿橫梁(1 )右端下面的安裝板(26 )上，其垂 直向上的輸出軸與依次固定安裝兩個(gè)偏心輪的偏心軸(15)固定連接，兩個(gè)偏 心輪的外緣分別套裝有軸承(17),兩塊相同的摩擦片(16)固定安裝在偏心軸 (15 )兩側(cè)杠桿橫梁(1 )的內(nèi)側(cè)壁上，兩個(gè)軸承(17 )能夠分別與兩個(gè)摩擦片 (16)同時(shí)接觸或脫開，兩個(gè)相同的開關(guān)(14)固定在支架的上端，支架的下 端固定在安裝板(26)上，兩個(gè)相同的開關(guān)(14)在支架上端的水平面內(nèi)夾角 為90°，兩個(gè)開關(guān)(14)的對(duì)稱中心和處于其下面的隨偏心輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào) ;f反(27 )的兩端對(duì)正或脫開。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種全自動(dòng)游碼式力校準(zhǔn)機(jī)?？朔F(xiàn)存的效率低、力值范圍窄、使用性能差、對(duì)測(cè)力儀檢定規(guī)程的適用程度存在較大欠缺等問題。其包括主機(jī)、杠桿橫梁、控制系統(tǒng)。杠桿橫梁與主機(jī)上支點(diǎn)之間采用刀口支承的方式，支點(diǎn)處的刀口支承包括支點(diǎn)刀、支點(diǎn)刀承，支點(diǎn)刀半徑很小的刀刃與支點(diǎn)刀承半徑很小的槽接觸連接。杠桿橫梁與主機(jī)上施力點(diǎn)之間也采用刀口支承的方式，施力點(diǎn)處的刀口支承包括力點(diǎn)刀、力點(diǎn)刀承，力點(diǎn)刀半徑很小的刀刃與力點(diǎn)刀承半徑很小的槽接觸連接。在杠桿橫梁右端下面的安裝板上固定安裝有阻尼器，它由液體阻尼器和半主動(dòng)摩擦阻尼器組成?？刂葡到y(tǒng)中設(shè)置有裝入計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行該計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)工作過程形象化監(jiān)控的計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G01L25/00GK201364223SQ20082007250
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月25日
發(fā)明者于立娟, 張學(xué)成, 李春光 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)