一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，包括：固定底座，兩間隔平行設(shè)置在固定底座上的直線導(dǎo)軌，可滑動地套設(shè)在兩直線導(dǎo)軌上的壓電陶瓷后固定板和壓電陶瓷前固定板，壓電陶瓷，位于壓電陶瓷前固定板的前方的碟簧固定板，安裝在碟簧固定板與壓電陶瓷前固定板之間的碟簧，緊固連接在碟簧固定板的前側(cè)的壓力傳感器后固定板，緊固連接在壓力傳感器后固定板的前側(cè)的壓力傳感器，與壓力傳感器的前側(cè)緊固連接的壓力傳感器前固定板，緊固連接在壓力傳感器前固定板的前側(cè)的加載頭，以及兩位于壓力傳感器前固定板與固定底座之間的彈簧；其中，兩直線導(dǎo)軌的后端設(shè)置有外螺紋，每直線導(dǎo)軌通過外螺紋配合連接兩固定螺母和兩鎖緊螺母。
【專利說明】
一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械設(shè)備的性能測試階段，經(jīng)常需要對設(shè)備在特定載荷下的性能進(jìn)行實驗，加載裝置的加載能力決定了工況設(shè)定的精確程度和復(fù)雜程度，會直接影響到設(shè)備檢測的準(zhǔn)確性。隨著機(jī)械設(shè)備向高速、高精、高效等方向發(fā)展，對加載裝置加載精度、加載頻率、加載力變化規(guī)律、加載響應(yīng)速度等提出了更高的要求。
[0003]加載裝置一般分為單向加載和復(fù)合加載，單向加載裝置作為復(fù)合加載的基礎(chǔ)，是最基本的加載形式。單向加載裝置可以分為單向壓力加載裝置、單向拉壓力加載裝置和單向拉力加載裝置，其中單向壓力加載裝置在汽車、機(jī)床、電子等行業(yè)中應(yīng)用最廣。目前常見的單向壓力加載裝置主要有機(jī)械加載方式、液壓加載方式、氣動加載方式和機(jī)電加載方式。機(jī)械加載方式一般為恒定載荷加載，如螺旋加載和配重加載，不能實現(xiàn)動態(tài)加載，而且難以實現(xiàn)加載力的精確控制。液壓加載動態(tài)性能較差，不能實現(xiàn)高頻加載，而且需要配套液壓站，不夠清潔，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。氣動加載方式的整體剛度較低，因此加載力的控制精度較差，響應(yīng)時間較長，加載頻率較低，而且噪音較大。電動加載方式一般采用線性彈簧作為加載元件，因此加載頻率較低，響應(yīng)時間較長。因此，上述加載裝置無法同時滿足高精度、高頻率、快速響應(yīng)的單向壓力加載需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種加載頻率高且控制精確的加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，其特征在于，它包括:一固定底座，兩間隔平行設(shè)置在所述固定底座上的直線導(dǎo)軌，一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上的壓電陶瓷后固定板，一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上的壓電陶瓷前固定板，一緊固連接在所述壓電陶瓷后固定板與所述壓電陶瓷前固定板之間的壓電陶瓷，一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上且位于所述壓電陶瓷前固定板的前方的碟簧固定板，一安裝在所述碟簧固定板與所述壓電陶瓷前固定板之間的碟簧，一緊固連接在所述碟簧固定板的前側(cè)的壓力傳感器后固定板，一緊固連接在所述壓力傳感器后固定板的前側(cè)的壓力傳感器，一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上且與所述壓力傳感器的前側(cè)緊固連接的壓力傳感器前固定板，一緊固連接在所述壓力傳感器前固定板的前側(cè)的加載頭，以及兩分別套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上且位于所述壓力傳感器前固定板與所述固定底座之間的彈簧;其中，兩所述直線導(dǎo)軌的后端設(shè)置有外螺紋，每一所述直線導(dǎo)軌通過外螺紋配合連接兩固定螺母和兩鎖緊螺母，兩所述固定螺母布置在所述壓電陶瓷后固定板的前、后兩側(cè)，其中一所述鎖緊螺母布置在位于所述壓電陶瓷后固定板前側(cè)的固定螺母的前側(cè)，另一所述鎖緊螺母布置在位于所述壓電陶瓷后固定板后側(cè)的固定螺母的后側(cè)。
[0006]在所述壓電陶瓷前固定板的前側(cè)設(shè)置有一中空薄壁結(jié)構(gòu)，所述中空薄壁結(jié)構(gòu)插入設(shè)置在所述碟簧固定板上的內(nèi)孔中，所述碟簧套置在所述中空薄壁結(jié)構(gòu)上，所述碟簧的內(nèi)孔與所述中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合。
[0007]所述直線導(dǎo)軌的一端通過螺紋與所述固定底座配合連接，另一端通過螺母鎖緊。
[0008]所述固定底座與位于被加載設(shè)備上的設(shè)備安裝板緊固連接。
[0009]所述壓電陶瓷前固定板與每一所述直線導(dǎo)軌之間通過一直線軸承連接。
[0010]所述彈簧為圓柱拉壓彈簧。
[0011]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明可以通過選用不同的壓電陶瓷適應(yīng)不同的加載頻率需求，最大加載頻率可以達(dá)到1KH，在加載過程中，加載頻率可以在壓電陶瓷的最大諧振頻率以下自由選擇與變換。2、本發(fā)明可以通過選取不同剛度的碟簧以及不同的碟簧組合，適應(yīng)不同的加載力需求，最大可以實現(xiàn)1KN的加載力，在加載過程中，加載力可以在最大加載力以下自由選擇與變換。3、本發(fā)明可以實時精確測量加載力的大小。4、本發(fā)明可以自由設(shè)計不同的加載力實時變化規(guī)律，適應(yīng)不同的需求場合，并且通過對壓電陶瓷的閉環(huán)控制可以實現(xiàn)加載力的精確控制。5、本發(fā)明通過點接觸進(jìn)行加載，無需對被加載體進(jìn)行加工處理，而且本裝置為一體化設(shè)計，安裝方便。6、本發(fā)明自身能夠?qū)崿F(xiàn)較大的軸向位置調(diào)節(jié)，因此對將本發(fā)明裝置固定在受載設(shè)備上的安裝定位結(jié)構(gòu)的精度要求不高，降低了安裝難度和成本。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的拆分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明的加載力控制原理示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0016]如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括提出了一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，它包括一固定底座I，在固定底座I上間隔平行設(shè)置兩直線導(dǎo)軌2，在兩直線導(dǎo)軌2上可滑動地套設(shè)一壓電陶瓷后固定板3和一壓電陶瓷前固定板4，在壓電陶瓷后固定板3與壓電陶瓷前固定板4之間緊固連接一壓電陶瓷5。在壓電陶瓷前固定板4的前方設(shè)置有一碟簧固定板6，碟簧固定板6可滑動地套設(shè)在兩直線導(dǎo)軌2上。在壓電陶瓷前固定板4與碟簧固定板6之間安裝一碟簧7。在碟簧固定板6的前側(cè)緊固連接一壓力傳感器后固定板8，在壓力傳感器后固定板8的前側(cè)緊固連接一壓力傳感器9，在壓力傳感器9的前側(cè)緊固連接一壓力傳感器前固定板10，壓力傳感器前固定板10可滑動地套設(shè)在兩直線導(dǎo)軌2上。在壓力傳感器前固定板10的前側(cè)緊固連接一加載頭11。在兩直線導(dǎo)軌2分別套設(shè)一彈簧12，每一彈簧12位于壓力傳感器前固定板10與固定底座I之間。兩直線導(dǎo)軌2的后端設(shè)置有外螺紋，每一直線導(dǎo)軌2通過外螺紋配合連接兩固定螺母13和兩鎖緊螺母14，其中，兩固定螺母13布置在壓電陶瓷后固定板3的前、后兩側(cè)，其中一鎖緊螺母14布置在位于壓電陶瓷后固定板3前側(cè)的固定螺母13的前側(cè)，另一鎖緊螺母14布置在位于壓電陶瓷后固定板3后側(cè)的固定螺母13的后側(cè)。
[0017]上述實施例中，在壓電陶瓷前固定板4的前側(cè)設(shè)置有一中空薄壁結(jié)構(gòu)，中空薄壁結(jié)構(gòu)插入設(shè)置在碟簧固定板6上的內(nèi)孔中；碟簧7套置在中空薄壁結(jié)構(gòu)上，碟簧的內(nèi)孔與中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合。
[0018]上述實施例中，彈簧12可具體采用圓柱拉壓彈簧。
[0019]上述實施例中，直線導(dǎo)軌2的一端通過螺紋與固定底座I配合連接，另一端通過螺母15鎖緊。
[0020]上述實施例中，固定底座I與位于被加載設(shè)備上的設(shè)備安裝板16緊固連接。
[0021]上述實施例中，壓電陶瓷前固定板4與每一直線導(dǎo)軌2之間通過一直線軸承18連接。
[0022]上述實施例中，壓力傳感器后固定板8與碟簧固定板6之間通過螺釘連接，并且螺釘孔布置在壓力傳感器后固定板8和碟簧固定板6的上下兩側(cè)，以確保壓力傳感器9在安裝過程中不被損壞。
[0023]本發(fā)明的安裝調(diào)節(jié)過程如下:本發(fā)明安裝在被載設(shè)備上之后，首先將加載頭11接觸加載對象17，再通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷后固定板3的位置，使得壓力傳感器9的讀數(shù)剛剛大于零，之后旋緊各固定螺母13和各鎖緊螺母14。
[0024]本發(fā)明工作過程如下:壓電陶瓷5在電壓的作用下會有規(guī)律地伸長，推動壓電陶瓷前固定板4向前運(yùn)動，由于加載頭11與加載對象17相接觸，碟簧固定板6、壓力傳感器后固定板8、壓力傳感器9、壓力傳感器前固定板10和加載頭11之間均為固定連接，相對運(yùn)動可以忽略，因此碟簧7會產(chǎn)生擠壓變形，軸向變形量與壓電陶瓷5的伸長量相等，從而產(chǎn)生軸向推力，該推力依次傳遞給碟簧固定板6、壓力傳感器后固定板8、壓力傳感器9、壓力傳感器前固定板10、加載頭11，最終傳遞給加載對象17。壓力傳感器9的測量值即為加載力值。
[0025]本發(fā)明實現(xiàn)加載力精確控制的過程如圖3所示，詳述如下:將加載力隨時間變化的曲線輸入到壓電陶瓷驅(qū)動器中，壓電陶瓷驅(qū)動器向壓電陶瓷輸出規(guī)律的電壓信號，使壓電陶瓷產(chǎn)生相應(yīng)的伸長運(yùn)動，壓縮碟簧產(chǎn)生加載力，由壓力傳感器實時測量加載力大小，由于碟簧的力/位移曲線是確定的，因此可以通過力/位移轉(zhuǎn)化將壓力傳感器測得的加載力轉(zhuǎn)化為壓電陶瓷的位移，將壓電陶瓷位移信號反饋給壓電陶瓷驅(qū)動器實現(xiàn)閉環(huán)控制，從而提高加載力的加載精度。
[0026]上述各實施例僅用于對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，其特征在于，它包括: 一固定底座， 兩間隔平行設(shè)置在所述固定底座上的直線導(dǎo)軌， 一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上的壓電陶瓷后固定板， 一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上的壓電陶瓷前固定板， 一緊固連接在所述壓電陶瓷后固定板與所述壓電陶瓷前固定板之間的壓電陶瓷，一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上且位于所述壓電陶瓷前固定板的前方的碟簧固定板， 一安裝在所述碟簧固定板與所述壓電陶瓷前固定板之間的碟簧， 一緊固連接在所述碟簧固定板的前側(cè)的壓力傳感器后固定板， 一緊固連接在所述壓力傳感器后固定板的前側(cè)的壓力傳感器， 一可滑動地套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上且與所述壓力傳感器的前側(cè)緊固連接的壓力傳感器前固定板， 一緊固連接在所述壓力傳感器前固定板的前側(cè)的加載頭，以及兩分別套設(shè)在兩所述直線導(dǎo)軌上且位于所述壓力傳感器前固定板與所述固定底座之間的彈簧； 其中，兩所述直線導(dǎo)軌的后端設(shè)置有外螺紋，每一所述直線導(dǎo)軌通過外螺紋配合連接兩固定螺母和兩鎖緊螺母，兩所述固定螺母布置在所述壓電陶瓷后固定板的前、后兩側(cè)，其中一所述鎖緊螺母布置在位于所述壓電陶瓷后固定板前側(cè)的固定螺母的前側(cè)，另一所述鎖緊螺母布置在位于所述壓電陶瓷后固定板后側(cè)的固定螺母的后側(cè)。2.如權(quán)利要求1所述的一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，其特征在于，在所述壓電陶瓷前固定板的前側(cè)設(shè)置有一中空薄壁結(jié)構(gòu)，所述中空薄壁結(jié)構(gòu)插入設(shè)置在所述碟簧固定板上的內(nèi)孔中，所述碟簧套置在所述中空薄壁結(jié)構(gòu)上，所述碟簧的內(nèi)孔與所述中空薄壁結(jié)構(gòu)間隙配合。3.如權(quán)利要求1所述的一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，其特征在于，所述直線導(dǎo)軌的一端通過螺紋與所述固定底座配合連接，另一端通過螺母鎖緊。4.如權(quán)利要求1所述的一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，其特征在于，所述壓力傳感器后固定板與所述碟簧固定板之間通過螺釘連接，且螺釘孔布置在所述壓力傳感器后固定板和所述碟簧固定板的上下兩側(cè)。5.如權(quán)利要求1所述的一種加載力可實時調(diào)節(jié)與測量的高頻加載裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷前固定板與每一所述直線導(dǎo)軌之間通過一直線軸承連接。
【文檔編號】G01L5/00GK105973624SQ201610286078
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】李鐵民, 李福華, 姜峣, 杜云松, 賈石
【申請人】清華大學(xué)