一種精確測試固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力的測力裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種精確測試固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力的測力裝置，用于測試固定受力體承受外部施加的軸向、垂向和切向的三維動態(tài)力，主要由支撐座組件、傳感器固定組件、傳感器組和受力體固定組件組成。兩套受力體固定組件相對放置在底座兩端固定的左、右軸向支撐板之間，每套受力體固定組件的底面、一側(cè)面和背面均分別和一個單向壓電型沖擊力傳感器的一個端面緊固連接，并通過傳感器固定軸分別穿過底座、側(cè)向支撐板和軸向支撐板對應(yīng)位置的安裝圓孔，分別用兩個細牙螺母擰緊固定。本發(fā)明可以對受力體和傳感器進行緊實固定并且可以調(diào)整和確保傳感器與相關(guān)組件間的配合精度和位置尺寸精度，能夠?qū)潭ㄊ芰w承受外部施加的三維動態(tài)力進行精確、實時測試。
【專利說明】-種精確測試固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力的測 力裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三維動態(tài)力的傳感器測試裝置結(jié)構(gòu)和測試方法的設(shè)計，尤其涉及一種 對固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力進行實時動態(tài)測試的測試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前三維動態(tài)力測試研究主要集中在高速切削、電機和軌道車輛等領(lǐng)域，國內(nèi)有 多項有關(guān)專利技術(shù)，如CN 102267069 A、CN 101526406 B、CN 2〇3216659 U和 CN 1〇3424222 A，但是這些技術(shù)存在的主要問題是有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、靈敏度低、制造成本高等缺陷，而且這些 己有測力裝置多是定型的測力平臺針對特定的測試對象，無法滿足多種測試對象的固定和 測試需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種用于測試固定受力體承受外部施加 的三維動態(tài)力的測力裝置，通過固定組件將受力體固定住，并通過傳感器固定組固定多個 方向的測試傳感器，可用于測試固定件在外部作用下的軸向、垂向和切向的三維動態(tài)力，同 時設(shè)置了可調(diào)整傳感器位置和尺寸精度的安裝固定機構(gòu)，滿足傳感器和各部件間的配合和 安裝尺寸精度需求。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 一種精確測試固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力的測力裝置，包括支撐座組件、 傳感器固定組件、傳感器組和受力體固定組件，傳感器組與傳感器固定組件連接，傳感器固 定組件通過圓軸與支撐座組件的安裝圓孔滑動配合，受力體固定組件相對設(shè)置在支撐座的 底座兩端固定的左、右軸向支撐板之間，其底面、其中一側(cè)面和背面均分別與單向壓電型沖 擊力傳感器一端緊固連接，并通過傳感器固定組件的傳感器固定軸分別穿過設(shè)置在支撐座 組件1的安裝圓孔固定。
[0005] 所述支撐座組件由底座、側(cè)向支撐板、軸向支撐板和緊固螺栓組成。底座用螺栓 固定在平臺上。兩個軸向支撐板豎直板的凸臺相對且緊靠底座左右兩個凸臺的外立面放 置，以確保平行度和間距精度。同時，軸向支撐板的底面緊貼在底座兩端低階梯平面上且沉 頭孔與螺紋孔對齊，用螺栓固定，以確保底座凸臺平面到軸向支撐板安裝圓孔軸線的尺寸 精度。側(cè)向支撐板側(cè)面上的三個凸臺平面緊貼放置在底座對應(yīng)的凸臺平面上，以確保底座 凸臺平面到側(cè)向支撐板安裝圓孔軸線的尺寸精度，同時側(cè)向支撐板的平面上的兩個凸臺與 左、右兩個軸向支撐板的側(cè)面緊貼接觸且保持相應(yīng)的沉頭孔與對應(yīng)的螺紋孔對齊，用螺栓 固定，以確保側(cè)向支撐板凸臺平面到軸向支撐板安裝圓孔軸線的尺寸精度，以及底座、側(cè)向 支撐板和軸向支撐板三者主要凸臺平面之間相互垂直的配合精度。
[0006] 所述底座呈方槽形，兩側(cè)面上焊接有帶圓孔的固定腳塊，中部平面由中間向兩端 精加工有均勻間隔的三個凸臺平面，左右兩個凸臺面上開有用于定位并安裝傳感器的內(nèi)表 面經(jīng)過精加工的圓孔，并且左右兩個凸臺在底座平面兩端向外各延伸有一個經(jīng)過精加工且 帶有螺紋孔的低階梯平面，用于定位安裝軸向支撐板。
[0007] 所述軸向支撐板呈有加強筋的L形，豎直板的平面上有一個表面經(jīng)過精加工的凸 臺，凸臺面上開有用于定位安裝傳感器的內(nèi)表面經(jīng)過精加工的圓孔，豎直板的一個側(cè)面進 行精加工，并開有一排螺紋孔，用于與側(cè)向支撐板進行定位安裝，底板上開有沉頭孔，對應(yīng) 底座兩端的螺紋孔。
[0008] 所述側(cè)向支撐板呈方槽形，中部平面的兩端精加工有兩個凸臺平面，左右兩個凸 臺面上開有用于定位安裝傳感器的內(nèi)表面經(jīng)過精加工的圓孔和用于與軸向支撐板固定配 合的沉頭孔，一邊側(cè)面上由中間向兩端精加工有均勻間隔的三個凸臺平面，與底座平面上 的凸臺平面對應(yīng)配合。
[0009] 所述傳感器固定組由傳感器固定軸和細牙螺母組成。單向壓電型沖擊力傳感器的 一個端面通過螺紋軸與傳感器固定軸端面的螺紋孔緊固連接。三個傳感器固定軸分別插入 到底座、側(cè)向支撐板和軸向支撐板的安裝圓孔中，并保持傳感器固定軸中部的光面圓軸與 相對應(yīng)的精加工的安裝圓孔滑動配合，調(diào)整位置后用兩個細牙螺母分別與所在支撐板的兩 側(cè)進行固定。松開細牙螺母，通過調(diào)整傳感器固定軸在對應(yīng)安裝圓孔中的位置來調(diào)整傳感 器的安裝位置精度，調(diào)整好后再次鎖定。
[0010] 所述受力體固定組件由滑槽固定座、壓緊滑塊、連接板、蓋板、鎖緊螺桿、背板和螺 栓、螺母等組成。壓緊滑塊凹形口朝下放置，在滑槽固定座的槽內(nèi)滑動。鎖緊螺桿下端的圓 柱凸臺穿過連接板中間的圓孔，用螺栓固定在壓緊滑塊頂面上。蓋板中間的螺紋孔與鎖緊 螺桿配合，并通過螺栓固定在滑槽固定座的頂部端面上。轉(zhuǎn)動鎖緊螺桿可以推動壓緊滑塊 上下移動從而固定住受力體。背板中間開有螺紋孔，四周開有通孔并通過螺栓固定在滑槽 固定座的背面，將滑槽背面的空間封住。受力體固定組件在底面、一側(cè)面和背面的螺紋孔用 于和三個方向的單向壓電型沖擊力傳感器的另一端螺紋短軸進行緊固連接。
[0011] 兩套受力體固定組件未安裝背板的一面相對放置在底座兩端固定的左、右軸向支 撐板之間，每一套受力體固定組件的底面、一側(cè)面和背面均分別和相對應(yīng)的一個單向壓電 型沖擊力傳感器的一個端面緊固連接并通過對應(yīng)的一個傳感器固定軸分別穿過底座、側(cè)向 支撐板和軸向支撐板對應(yīng)位置的安裝圓孔，精確調(diào)整好傳感器組和受力體固定組件的位置 后分別用兩個細牙螺母擰緊固定。
[0012] 所述受力體的兩端由左、右兩套受力體固定組件固定，受力體承受外部施加作用 力時，分別由固定在左、右兩套受力體固定組件底面和一側(cè)面的各兩個單向壓電型沖擊力 傳感器測試垂直方向和切線方向受到的作用力并求和得出受力體在垂向和切向承受總作 用力，同時，由固定在背面的一個單向壓電型沖擊力傳感器測試軸線方向的作用力。
[0013] 本發(fā)明一種精確測試固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力的測力裝置，通過受 力體固定組件的設(shè)計實現(xiàn)受力體在測試裝置中的固定，可以滿足多種結(jié)構(gòu)形式的受力體的 固定需求；通過關(guān)鍵接觸面、定位基準面的設(shè)計和精加工工藝設(shè)計滿足多個且多方向放置 傳感器的精度要求；同時通過可精確調(diào)節(jié)的傳感器固定組件的設(shè)計，可以滿足多個傳感器 的位置精度調(diào)整的需求，從而實現(xiàn)能夠?qū)潭ㄊ芰w的垂向、切向和軸向的三維動態(tài)力的 精確測試。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的支撐座組件1的裝配關(guān)系示意圖； 圖3是本發(fā)明的底座1 -1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的側(cè)向支撐板丨-2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的軸向支撐板丨-3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明的傳感器組3和傳感器固定組件2在支撐座組件1上的固定效果示意 圖； 圖7是圖1帶有局部剖視的俯視圖； 圖8是圖1帶有局部剖視的側(cè)視圖； 圖9是本發(fā)明的受力體固定組件4的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能作進一步的詳述。
[0016] 如圖1所示，一種精確測試固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力的測力裝置主 要由支撐座組件1、傳感器固定組件2、傳感器組3和受力體固定組件4組成。
[0017] 如圖2、3、4和5所示，支撐座組件1主要由底座1-1、側(cè)向支撐板1_2、軸向支撐板 1_3和緊固螺栓組成。安裝時，將底座1-1用螺栓固定在平臺上，兩個軸向支撐板1_ 3的豎 直板凸臺相對放置，且分別緊靠底座1-1左右兩個凸臺的外立面，以確保兩個軸向支撐板 1_ 3凸臺平面的間距精度和平行度，同時軸向支撐板1-3的底面緊貼在底座1-1兩端低階 梯平面上且保持沉頭孔與螺紋孔對齊，并用螺栓固定在底座1-1上，以確保底座1-1凸臺平 面到軸向支撐板1-3安裝圓孔的軸線的尺寸精度。側(cè)向支撐板1-2側(cè)面上的三個凸臺平面 緊貼放置在底座1-1對應(yīng)的凸臺平面上，以確保底座1-1凸臺平面到側(cè)向支撐板1-2安裝 圓孔的軸線的尺寸精度，同時側(cè)向支撐板1-2的平面上的兩個凸臺與左右兩個軸向支撐板 1 -3的側(cè)面緊貼接觸且保持相應(yīng)位置的沉頭孔與對應(yīng)的螺紋孔對齊，并用螺栓固定在軸向 支撐板1-3上，以確保側(cè)向支撐板1-2凸臺平面到軸向支撐板1-3安裝圓孔軸線的尺寸精 度，以及底座1-1、側(cè)向支撐板1-2和軸向支撐板1-3三者主要凸臺平面之間相互垂直的配 合精度。
[0018] 如圖6、7和8所示，傳感器固定組2由傳感器固定軸2-1和細牙螺母2-2組成。安 裝時，先將單向壓電型沖擊力傳感器的一個端面通過螺紋軸與傳感器固定軸2-1端面的螺 紋孔緊固連接，將三個方向的傳感器固定軸2-1分別插入到底座1-1，側(cè)向支撐板1-2和軸 向支撐板1-3的安裝圓孔中，并保持傳感器固定軸2-1中部的光面圓軸與相對應(yīng)的精加工 的安裝圓孔滑動配合，調(diào)整好位置后，每一個傳感器固定軸2-1用兩個細牙螺母2-2分別在 所在支撐板的兩側(cè)進行固定。同樣，如需調(diào)整單向壓電型沖擊力傳感器的安裝位置精度，只 需松開細牙螺母2-2,調(diào)整對應(yīng)的傳感器固定軸2-1的位置即可，調(diào)整好后再次鎖定。
[0019] 如圖9所示，受力體固定組件4由滑槽固定座4-1、壓緊滑塊4-2、連接板4-3、蓋 板4-4、鎖緊螺桿4-5、背板4-6和螺栓、螺母等組成。壓緊滑塊4-2凹形口朝下放置，在滑 槽固定座4-1的槽內(nèi)滑動。鎖緊螺桿4-5下端的圓柱凸臺穿過連接板4-3中間的圓孔，用 螺栓固定在壓緊滑塊4-2頂面上。蓋板4-4中間的螺紋孔與鎖緊螺桿4-5配合，并通過螺 栓固定在滑槽固定座4-1的頂部端面上。轉(zhuǎn)動鎖緊螺桿4-5可以推動壓緊滑塊4-2上下移 動從而固定住受力體。背板4-6中間開有螺紋孔，四周開有通孔通過螺栓固定在滑槽固定 座的背面，將滑槽背面的空間封住。受力體固定組件4在底面、一側(cè)面以及背面的螺紋孔用 于和三個方向的單向壓電型沖擊力傳感器的另一端螺紋短軸進行緊固連接。
[0020] 如圖7和8所示,兩套受力體固定組件4未安裝背板的一面相對放置在底座1-1 兩端固定的左、右軸向支撐板1-3之間，每一套受力體固定組件4的底面、一側(cè)面和背面均 分別和相對應(yīng)的一個單向壓電型沖擊力傳感器的一個端面緊固連接并通過對應(yīng)一個傳感 器固定軸2-1分別穿過底座1-1、側(cè)向支撐板1-2和軸向支撐板1-3對應(yīng)位置的安裝圓孔， 精確調(diào)整好傳感器組3和受力體固定組件4的位置后分別用兩個細牙螺母2-2擰緊固定。
[0021] 本發(fā)明的測試方法和測試原理： 受力體的兩端分別放入左、右兩個受力體固定組件4的滑槽固定座4-1和壓緊滑塊4-2 所形成的V形空間，旋轉(zhuǎn)螺桿4-5通過壓緊滑塊4-2擠壓并固定受力體，V形空間和壓緊滑 塊4-2配合，保證受力體在垂向和切向同時與滑槽固定座4-1緊實固定在一起。同時，要精 確控制受力體樣本的軸向長度，使得受力體的兩端緊頂在兩側(cè)的背板4-6上，保證受力體 與受力體固定組件4在軸向上的緊固連接。這樣，受力體與受力體固定組件4形成穩(wěn)定的 三維緊固連接。兩側(cè)的受力體固定組件4的各自三個相互垂直的平面通過螺釘分別與一個 單向壓電型沖擊力傳感器的一個端面緊固連接，同時，每一個單向壓電型沖擊力傳感器都 通過一套傳感器固定組2與支撐座組件1相對應(yīng)的固定面底座1-1、側(cè)向支撐板1-2和軸向 支撐板1-3的精細加工的基準孔進行緊固連接，并且可以通過傳感器固定軸2-1和細牙螺 母2-2調(diào)整傳感器的安裝位置尺寸。底座1-1、側(cè)向支撐板1-2和軸向支撐板1-3通過精細 加工的基準面進行裝配和緊固連接，既保證相互之間配合關(guān)系的精確性，又保證位置尺寸 的精確性。最后底座1-1與固定臺面通過螺栓緊固連接。受力體與受力體固定組件4、傳感 器組3、兩套傳感器固定組2、支撐座組件1和固定臺面之間的緊固連接關(guān)系的建立，以及相 互之間的配合關(guān)系和位置尺寸關(guān)系的調(diào)整和精確性的確定，是本發(fā)明實現(xiàn)準確測試固定受 力體承受外部施加的三維動態(tài)力的保證。
[0022] 測試時，外部裝置對受力體施加的作用力通過緊固連接的受力體固定組件4傳遞 到其三個垂直面固定的相應(yīng)的單向壓電型沖擊力傳感器上。由于單向各壓電型沖擊力傳感 器的另一端分別通過傳感器固定組2、支撐座組件1和固定臺面形成緊固連接關(guān)系，因此， 每一個單向壓電型沖擊力傳感器均能實時準確測出一個方向的動態(tài)力。由于受力體的兩端 分別固定在受力體固定組件4和相應(yīng)的單向壓電型沖擊力傳感器上，統(tǒng)計受力體三維動態(tài) 打擊力時，垂向和切向動態(tài)力應(yīng)該分別取處于這兩個方向的各兩個單向壓電型沖擊力傳感 器的測試力之和作為最終測試結(jié)果，而軸向動態(tài)力則取軸線方向上的一個單向壓電型沖擊 力傳感器測試力作為最終測試結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1. 一種精確測試固定受力體承受外部施加的三維動態(tài)力的測力裝置，其特征在于：包 括支撐座組件（1)、傳感器固定組件（2)、傳感器組（3)和受力體固定組件（4)，傳感器組（3) 與傳感器固定組件（2)連接，傳感器固定組件（2)通過圓軸與支撐座組件（1)的安裝圓孔滑 動配合，受力體固定組件（4)相對設(shè)置在支撐座的底座（1-1)兩端固定的左、右軸向支撐板 (1-3)之間，其底面、其中一側(cè)面和背面均分別與單向壓電型沖擊力傳感器一端緊固連接， 并通過傳感器固定組件（2)的傳感器固定軸（2-1)分別穿過設(shè)置在支撐座組件（1)的安裝 圓孔固定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測力裝置，其特征是：所述傳感器組由2個以上單向壓電型 沖擊力傳感器組成，該傳感器為六棱柱型，其兩端面分別設(shè)有與被測試對象固接的螺紋短 軸，傳感器一側(cè)面設(shè)有用于連接數(shù)據(jù)線輸出測試的電信號的螺紋短軸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測力裝置，其特征在于，所述支撐座組件（1)由底座（1-1 )、 側(cè)向支撐板（1-2)、軸向支撐板（1-3)和緊固螺栓組成，兩個軸向支撐板（1-3)豎直板的凸 臺相對且緊靠底座（1-1)左右兩個凸臺的外立面放置，軸向支撐板（1-3)底面緊貼在底座 (1-1)兩端低階梯平面上且沉頭孔與螺紋孔對齊，側(cè)向支撐板（1-2)側(cè)面上的三個凸臺平面 緊貼放置在底座（1-1)對應(yīng)的凸臺平面上，同時側(cè)向支撐板（1-2)的平面上的兩個凸臺與 左、右兩個軸向支撐板（1-3)的側(cè)面緊貼接觸且保持相應(yīng)的沉頭孔與對應(yīng)的螺紋孔對齊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測力裝置，其特征在于，所述傳感器固定組（2)由傳感器固定 軸（2-1)和細牙螺母（2-2)組成，單向壓電型沖擊力傳感器一端通過螺紋軸與傳感器固定 軸（2-1)端面的螺紋孔緊固連接，傳感器固定軸（2-1)分別插入到底座（1-1)、側(cè)向支撐板 (1-2)和軸向支撐板（1-3)的安裝圓孔中，并保持傳感器固定軸（2-1)中部的光面圓軸與相 對應(yīng)的精加工的安裝圓孔滑動配合后，通過細牙螺母（2-2)固定于所在支撐板的兩側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測力裝置，其特征在于：所述傳感器固定軸（2-1)為由中部向 兩端呈階梯狀分布的光面圓軸，圓軸兩端為設(shè)有細牙階梯螺紋軸，其一端的階梯螺紋軸與 端面設(shè)有螺紋孔的階梯光軸接合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測力裝置，其特征在于，所述受力體固定組件（4)由滑槽固定 座（4-1)、壓緊滑塊（4-2)、連接板（4-3)、蓋板（4-4)、鎖緊螺桿（4-5)和背板（4-6)組成，壓 緊滑塊（4-2)凹形口朝下放置，在滑槽固定座（4-1)的槽內(nèi)滑動，鎖緊螺桿（4-5)下端的圓 柱凸臺穿過連接板（4-3)中間的圓孔，固定設(shè)置在壓緊滑塊（4-2)頂面，蓋板（4-4)中間的 螺紋孔與鎖緊螺桿（4-5)配合，并通過螺栓固定在滑槽固定座（4-1)的頂部端面上，通過轉(zhuǎn) 動鎖緊螺桿（4-5)推動壓緊滑塊（4-2)上下移動，背板（4-6)中間開設(shè)有螺紋孔，四周開有 通孔，并通過螺栓固定在滑槽固定座（4-1)的背面，將滑槽背面的空間封閉，設(shè)置在受力體 固定組件（4)底面、其中一側(cè)面和背面的螺紋孔分別與傳感器組（3)中的傳感器緊固連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測力裝置，其特征在于，所述受力體固定組件（4)未安裝背板 的一面相對放置在底座（1-1)兩端固定的左、右軸向支撐板（1-3)之間。
【文檔編號】G01L5/16GK104215380SQ201410465733
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】牟向偉 申請人:廣西師范大學(xué)