專利名稱：一種整體柔性構(gòu)件的純扭矩加載器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械電子工程和傳感器與測試技術(shù)領(lǐng)域，適用于傳感器、測力儀等小扭矩的靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)檢測和標(biāo)定。
背景技術(shù)：
傳感器在裝配之后使用之前，必須在技術(shù)和性能上進(jìn)行一次全面的檢驗(yàn)，即動(dòng)靜態(tài)標(biāo)定。其目的是檢查傳感器是否達(dá)到所要求的技術(shù)性能指標(biāo)，評(píng)定傳感器性能的優(yōu)劣。目前，對(duì)于測扭矩傳感器的扭矩的靜態(tài)標(biāo)定，多利用“力×力臂”原理，在固定的力臂兩端同時(shí)加力或砝碼，產(chǎn)生扭矩。該方法對(duì)于要求精度高的小扭矩標(biāo)定存在以下幾方面缺點(diǎn)(1)力臂兩端不易同時(shí)加載，兩端一旦受力不同勢必在回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生附加力；(2)采用滑輪轉(zhuǎn)向，砝碼加載，不但加載不穩(wěn)定、有沖擊，而且將產(chǎn)生較大摩擦力矩。還有力臂杠桿支撐部位的摩擦力矩等，都會(huì)降低標(biāo)定裝置的精度；(3)組合式標(biāo)定裝置一般結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝、調(diào)試也比較麻煩，附加力、力矩和彎矩很難消除。所以，較難滿足精密小扭矩標(biāo)定要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是發(fā)明一種純扭矩加載器，克服傳統(tǒng)扭矩加載的上述缺點(diǎn)及解決小扭矩不容易加載和檢測的問題。利用作用力和反作用力相等原理，在有剛性支撐的剛體或彈性體上施加一個(gè)力，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)大小相等方向相反的力；采用上下L型杠桿將共線力分解成力偶，再通過接觸摩擦力將力偶作用在被檢測扭轉(zhuǎn)件一端(另一端事先已固定)，則被測件上便受到純扭矩作用。采用整體柔性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力和力偶的傳遞，完成扭矩的靜態(tài)檢測和標(biāo)定。
1.本發(fā)明純扭矩加載器采用的技術(shù)方案是一種整體柔性構(gòu)件的純扭矩加載器是由一整塊方形體用電火花線切割一次加工成形制成，其特征是，由外框1、上L型杠桿2、加載圓盤3、下L型杠桿4、上下四個(gè)支撐柔性片5、上下兩個(gè)柔性鉸6和兩個(gè)螺栓孔7組成；上L型杠桿2有一個(gè)凹狀的加載點(diǎn)A′，上L型杠桿2通過上面兩個(gè)支撐柔性片5在連接處E、連接處G與外框1相連，其余部分不相接觸有微小間隙；上L型杠桿2還通過上柔性鉸6，在連接處C與加載圓盤3相連；下L型杠桿4有一個(gè)凹狀的剛性支點(diǎn)B′，下L型杠桿4通過下面兩個(gè)支撐柔性片5在連接處H、連接處I處與外框1相連，其余部分不相接觸有微小間隙；下L型杠桿4通過下柔性鉸6，在連接處D與加載圓盤3相連；上L型杠桿2和下L型杠桿4之間不相接觸有微小間隙；在外框1的左面和右面中心處制成通孔A和B，即為上L型杠桿力的加載點(diǎn)處和下L型杠桿的剛性支點(diǎn)處。
本發(fā)明的效果是采用單一整體柔性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力和力偶的傳遞，結(jié)構(gòu)簡捷，便于小型化，且操作簡便；解決了小扭矩不容易加載和檢測標(biāo)定問題。


附圖1是純扭矩加載器扭矩加載原理圖，其中I-標(biāo)準(zhǔn)測力環(huán)，II-純扭矩加載器，III-固定支承端，IV-螺釘，V-被測扭轉(zhuǎn)件，VI-底座，F(xiàn)-X方向上的加載力，F(xiàn)′-X向支反力。
附圖2是純扭矩加載器的主視圖，其中1-外框，2-上L型杠桿，3-加載圓盤，4-下L型杠桿，5-支撐柔性片，6-柔性鉸，7-螺栓孔，A-通孔，B-通孔，A′-加載點(diǎn)，B′-剛性支點(diǎn)，C、D、E、G、H、I-連接處，X-X方向坐標(biāo)軸，Y-Y方向坐標(biāo)軸。
附圖3是上L型杠桿2受力圖，其中2-上L型杠桿，A′-加載點(diǎn)，C-連接處，E、G-連接處，F(xiàn)-加載力，F(xiàn)cx-連接處C在X方向的受力。
附圖4是下L型杠桿4受力圖，其中4-下L型杠桿，B′-剛性支點(diǎn)，D-連接處；，H、I-連接處，F(xiàn)′-X向支反力，F(xiàn)′dx-連接處D在X方向的受力。
附圖5是加載圓盤3受力圖，其中3-加載圓盤，C、D、-連接處，F(xiàn)cx-連接處C在X方向受力，F(xiàn)′dx-連接處D在X方向上的受力，具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施。首先利用電火花線切割加工技術(shù)精密加工出如圖2所示的純扭矩加載器，要求上下表面粗糙度要低，支撐柔性片5及柔性鉸6處的精度要高。
在加載時(shí)，先將純扭矩加載器利用圓盤3上的兩個(gè)螺栓孔7與需要加載扭矩的物體III用螺釘IV相連接，見附圖1。用固定支承端III上的圓形桿件通過純扭矩加載器的外框1右面的通孔B，頂在下L型杠桿4的剛性支點(diǎn)B′上使其固定，這樣，限制了加載器下L型杠桿4的B點(diǎn)的X向自由度，；利用標(biāo)準(zhǔn)測力環(huán)I的圓桿穿進(jìn)純扭矩加載器的外框1的左邊通孔A，頂在上L型杠桿2的加載點(diǎn)A′上加載。針對(duì)形成扭矩的兩個(gè)力同時(shí)加載的困難，首先利用作用力與反作用力相等原理，在加載點(diǎn)A′沿X方向加載力F，由于剛性支點(diǎn)B′已固定，形成一對(duì)共線力F和F。為了在被測扭轉(zhuǎn)件上形成純扭矩M和純剪切應(yīng)力(體剪切與面剪切)，消除其他力和應(yīng)力影響，加載器II與被測扭轉(zhuǎn)件V通過螺釘IV或膠粘連接在一起，被測件V另一端面與底座VI剛性固定。當(dāng)加外載荷F時(shí)，即在上杠桿2的加載點(diǎn)A’點(diǎn)沿X方向加力F時(shí)，同時(shí)在剛性支點(diǎn)B’產(chǎn)生一個(gè)大小相同、方向相反的力F’，F(xiàn)與F’分別通過上、下杠桿與加載圓盤的柔性鉸6的連接處C和連接處D產(chǎn)生力偶矩M，M＝Fcx×R，R為加載圓盤3的半徑，見圖3、圖4、圖5。圖3中表示了上L型杠桿2受力情況；圖4表示了下L型杠桿4受力情況；圖5表示了加載圓盤3在連接處C和D的受力情況。作用在加載圓盤3連接處C和D的力Fcx小和F′dx的力大小相等，方向相反，產(chǎn)生一個(gè)扭矩。所以，加載圓盤3在兩連接處C和D的反方向力(力偶)作用下只能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)加載圓盤3通過其上的螺栓孔7用螺釘IV與被測扭轉(zhuǎn)件結(jié)合在一起時(shí)，此力偶矩便作用在被測扭轉(zhuǎn)件上，在被測件上施加相應(yīng)的純扭矩，這樣，就可以檢測出被測件的扭矩了。
權(quán)利要求
1.一種整體柔性構(gòu)件的純扭矩加載器是由一整塊方形體用電火花線切割一次加工成形制成，其特征是，由外框[1]、上L型杠桿[2]、加載圓盤[3]、下L型杠桿[4]、上下四個(gè)支撐柔性片[5]、上下兩個(gè)柔性鉸[6]和兩個(gè)螺栓孔[7]組成；上L型杠桿[2]有一個(gè)凹狀加載點(diǎn)[A′]，上L型杠桿[2]通過上面兩個(gè)支撐柔性片[5剛性支點(diǎn)，在連接處[E]、連接處[G]與外框[1]相連，其余部分不相接觸有微小間隙；上L型杠桿[2]還通過上柔性鉸[6]，在連接處[C]與加載圓盤[3]相連，下L型杠桿[4]有一個(gè)凹狀剛性支點(diǎn)[B′]，下L型杠桿[4]通過下面兩個(gè)支撐柔性片[5]在連接處[H]、連接處[I]處與外框[1]相連，其余部分不相接觸有微小間隙；下L型杠桿[4]通過下柔性鉸[6]，在連接處[D]與加載圓盤[3]相連；上L型杠桿[2]和下L型杠桿[4]之間不相接觸有微小間隙；在外框[1]的左面和右面中心處制成通孔[A]和通孔[B]。
全文摘要
一種整體柔性構(gòu)件的純扭矩加載器屬于機(jī)械電子工程和傳感器與測試技術(shù)領(lǐng)域，適用于傳感器、測力儀等小扭矩的靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)檢測和標(biāo)定。它由一整塊方形體用電火花線切割一次加工成形制成，由外框、上L型杠桿、加載圓盤、下L型杠桿、支撐柔性片、柔性鉸和螺栓孔組成；上L型杠桿通過上面兩個(gè)支撐柔性片與外框相連，其余部分不相接觸有微小間隙；上L型杠桿還通過柔性鉸與加載圓盤相連；下L型杠桿通過下面兩個(gè)支撐柔性片與外框相連，其余部分不相接觸有微小間隙；下L型杠桿通過柔性鉸與加載圓盤相連；上L型杠桿和下L型杠桿之間不相接觸有微小間隙；該扭矩加載器采用單一整體柔性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力和力偶的傳遞，結(jié)構(gòu)簡捷，操作簡便，便于小型化。
文檔編號(hào)G01D18/00GK1888842SQ200610047250
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者孫寶元, 錢敏, 張軍, 韓麗麗 申請人:大連理工大學(xué)