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獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置制造方法
【專利摘要】獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置屬于計量測試【技術(shù)領(lǐng)域】，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的加載速度慢、控制裝置復雜、操作困難和難以實現(xiàn)自動化的問題。本發(fā)明包括支撐裝置、固定在所述支撐裝置上表面的裝載裝置、與所述裝載裝置的導軌滑塊和螺母支承座相連的扭矩安裝部分、與所述扭矩安裝部分的長軸另一端連接的調(diào)平裝置和固定在所述調(diào)平裝置兩端的自動加載裝置，所述自動加載裝置采用步進電機B帶動偏心輪進行回轉(zhuǎn)運動，偏心輪帶動托盤進行直線升降，從而實現(xiàn)砝碼的自動加載卸載。本發(fā)明通過采用步進電機帶動偏心輪進行回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)任意數(shù)量砝碼的自動加載卸載，從而實現(xiàn)不同扭矩的測量，電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計量測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于檢測標準扭矩儀、扭矩傳感器、扭矩扳手等設備的校準及標定，具體涉及一種獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]扭矩是力學測量領(lǐng)域的基礎(chǔ)測量值之一。扭矩測量不僅和我們的日常經(jīng)濟生活緊密相連，在國防，軍事，航天領(lǐng)域也是不可或缺的。為了檢測負荷傳感器的準確度是否滿足測量要求，就要使用力值測量裝置對其進行準確度檢測。而裝配作業(yè)也是在大型的航空制造業(yè)中必不可少的作業(yè)工序。為了保證裝配作業(yè)的一致性，并且能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，利用扭矩工具控制螺栓連接的預載，是在零部件緊固、堵縫、搭接等裝配作業(yè)中通行的方法。在國防武器裝備等領(lǐng)域中，扭矩也是設備動力性能檢定、測試的重要參數(shù)。
[0003]目前比較常見的扭矩標準測試裝置有靜重式結(jié)構(gòu)的扭矩標準機、杠桿放大結(jié)構(gòu)的扭矩標準機和液壓放大結(jié)構(gòu)的扭矩標準機。對于杠桿放大結(jié)構(gòu)的扭矩標準機和液壓放大結(jié)構(gòu)的扭矩標準機均適用于較大扭矩校準。一般的杠桿式扭矩標準裝置和液壓式扭矩標準裝置在校準工作時均需要進行配平，保持力標準裝置在未加載力值時加載端和砝碼端的平衡，配平主要是在砝碼端加重物。這種方法主要是因為一般的杠桿式力標準裝置主要是對力值進行放大，在砝碼端配平可以用較小的重量就使力標準裝置達到平衡。靜重式扭矩標準機通過恒定臂長的杠桿旋轉(zhuǎn)中心輸出扭矩的調(diào)平制動機構(gòu)，工作原理簡單，加載迅速，相對應用較廣，傳統(tǒng)的靜重式扭矩標準機由于砝碼加卸機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復雜、砝碼加卸機構(gòu)的成本過高等原因，導致存在加載速度慢、控制裝置復雜、操作困難和難以實現(xiàn)自動化的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的加載速度慢、控制裝置復雜、操作困難和難以實現(xiàn)自動化的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置包括:
[0006]支撐裝置，所述支撐裝置為方形機架；
[0007]固定在所述支撐裝置上表面的裝載裝置，所述裝載裝置包括步進電機A、滾珠絲杠、絲杠螺母、螺母支承座、滑軌和導軌滑塊，所述滑軌固定在所述支撐裝置的上表面，滑軌和導軌滑塊形成移動副，所述滾珠絲杠和絲杠螺母形成螺旋副，所述絲杠螺母通過螺母支承座與所述滑塊連接，所述步進電機輸出端與所述滾珠絲杠連接；
[0008]與所述裝載裝置的導軌滑塊和螺母支承座相連的扭矩安裝部分，所述扭矩安裝部分包括工作臺和長軸，所述長軸一端通過平鍵與剛性聯(lián)軸器連接用以安裝固定扭矩傳感器，工作臺底部通過螺栓與導軌滑塊以及絲杠螺母支承座相連，通過絲杠轉(zhuǎn)動實現(xiàn)工作臺在軸向進給運動，方便扭矩傳感器的安裝及拆卸；
[0009]與所述扭矩安裝部分的長軸另一端連接的調(diào)平裝置，所述調(diào)平裝置為力臂橫梁；
[0010]固定在所述調(diào)平裝置兩端的自動加載裝置，所述自動加載裝置采用步進電機B帶動偏心輪進行回轉(zhuǎn)運動，偏心輪帶動支撐托盤進行直線升降，從而實現(xiàn)砝碼的自動加載卸載；
[0011]所述自動加載裝置包括上底板、偏心輪自動加載單元、中心吊桿、防擺裝置、機架立柱和下底板，所述機架立柱上端設置有上底板，下端設置有下底板，所述防擺裝置固定在所述下底板上，所述下底板通過地腳螺栓固定在地面上，所述中心吊桿垂直通過所述上底板對稱中心并固定在所述下底板上的防擺裝置內(nèi)，所述中心吊桿自上至下均勻設置有偏心輪自動加載單元。
[0012]所述偏心輪自動加載單元包括至少兩組砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)、支撐托盤、受力頂針、直線軸承和直線導軌，所述受力頂針設置在所述中心吊桿上，支撐托盤底部與直線軸承相接觸，上部放置砝碼，所述砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動支撐托盤在所述直線軸承的作用下沿直線導軌上下運動，實現(xiàn)砝碼在受力頂針上的加載和卸載。
[0013]所述砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)包括步進電機B、電機座、軸承座、角接觸球軸承和偏心輪，步進電機B固定在電機座上，電機座通過緊固螺釘固定安裝在機架立柱側(cè)表面上，偏心輪一端與電機座配合連接，一端由軸承固定，所述至少兩組砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)的偏心輪通過滾動軸承與所述支撐托盤接觸。
[0014]所述中心吊桿自上至下均勻設置的偏心輪自動加載單元的個數(shù)為13個，所述偏心輪自動加載單元中的破碼自上至下或自下至上依次為一個20g破碼,兩個40g破碼,一個IOOg破碼,一個200g破碼,兩個400g破碼,一個Ikg破碼,五個2kg破碼。
[0015]所述砝碼為階梯狀圓形砝碼，砝碼底部有錐形孔，加載時，所述錐形孔與所述中心吊桿的受力頂針接觸。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明機構(gòu)機架采用以工作臺為中心的兩側(cè)加載砝碼機構(gòu)的對稱結(jié)構(gòu)，且每組加載砝碼機構(gòu)中，吊桿垂直通過上橫梁對稱中心固定于下橫梁上的防擺裝置內(nèi)，再以吊桿為中心兩側(cè)安裝機架側(cè)板的對稱結(jié)構(gòu)。該整體對稱結(jié)構(gòu)在增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性同時進一步提高了該測量扭矩機的剛性，有效的克服了由力值加載不穩(wěn)定而引起扭矩測量不準確的缺點。
[0017]本發(fā)明的砝碼采用階梯狀圓形砝碼，砝碼底部有錐形孔，這一設計有效加強了砝碼力作用在吊桿時定心的準確性，使該裝置進一步的提高了力值加載的穩(wěn)定性，及扭矩測量的精度。
[0018]本發(fā)明獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置，通過采用步進電機帶動偏心輪進行回轉(zhuǎn)運動，偏心輪短軸套有的滾動軸承與托盤接觸，從而帶動托盤進行直線升降，進而實現(xiàn)任意數(shù)量砝碼的自動加載卸載，從而實現(xiàn)不同扭矩的測量；電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單，從根本上解決了以往扭矩測量裝置的加載速度慢、加載復雜、控制裝置復雜，操作不易，難以實現(xiàn)自動化的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置中獨立加載砝碼機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置中獨立加載砝碼機構(gòu)結(jié)構(gòu)A向投影示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置中獨立加卸砝碼機構(gòu)的工作原理示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置中砝碼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置中砝碼結(jié)構(gòu)剖切示意圖；
[0025]其中:1、支撐裝置，2、裝載裝置，201、步進電機A，202、滾珠絲杠，203、滑軌，204、導軌滑塊，3、扭矩安裝部分，301、工作臺，302、長軸，4、調(diào)平裝置，5、自動加載裝置，501、上底板，502、偏心輪，503、角接觸球軸承，504、軸承座，505、緊固螺釘，506、步進電機B，507、2kg 砝碼，508、受力頂針，509、Ikg 砝碼，510、400g 砝碼，511、200g 砝碼，512、IOOg 砝碼,513,40g砝碼，514、20g砝碼，515、中心吊桿，516、防擺裝置，517、直線軸承，518、直線導軌，519、支撐托盤，520、下底板，521、機架立柱，522、電機座。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。
[0027]參見附圖1，本發(fā)明的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置包括:
[0028]支撐裝置I，所述支撐裝置I為方形機架；
[0029]固定在所述支撐裝置I上表面的裝載裝置2，所述裝載裝置2包括步進電機A201、滾珠絲杠202、絲杠螺母、螺母支承座、滑軌203和導軌滑塊204，所述滑軌203固定在所述支撐裝置I的上表面，滑軌203和導軌滑塊204形成移動副，所述滾珠絲杠202和絲杠螺母形成螺旋副，所述絲杠螺母通過螺母支承座與所述滑塊連接，所述步進電機輸出端與所述滾珠絲杠202連接；
[0030]與所述裝載裝置2的導軌滑塊204和螺母支承座相連的扭矩安裝部分3，所述扭矩安裝部分3包括工作臺301和長軸302，所述長軸302 —端通過平鍵與剛性聯(lián)軸器連接用以安裝固定扭矩傳感器，工作臺301底部通過螺栓與導軌滑塊204以及絲杠螺母支承座相連，通過絲杠轉(zhuǎn)動實現(xiàn)工作臺301在軸向進給運動,方便扭矩傳感器的安裝及拆卸；
[0031 ] 與所述扭矩安裝部分3的長軸302另一端連接的調(diào)平裝置4，所述調(diào)平裝置4為力臂橫梁；
[0032]固定在所述調(diào)平裝置4兩端的自動加載裝置5，所述自動加載裝置5采用步進電機B506帶動偏心輪502進行回轉(zhuǎn)運動，偏心輪502帶動支撐托盤519進行直線升降，從而實現(xiàn)砝碼的自動加載卸載。
[0033]參見附圖2、附圖3和附圖4，所述自動加載裝置5包括上底板501、偏心輪自動加載單元、中心吊桿515、防擺裝置516、機架立柱521和下底板520，所述機架立柱521上端設置有上底板501，下端設置有下底板520，所述防擺裝置516固定在所述下底板520上，所述下底板520通過地腳螺栓固定在地面上，所述中心吊桿515垂直通過所述上底板501對稱中心并固定在所述下底板520上的防擺裝置516內(nèi)，所述中心吊桿515自上至下均勻設置有偏心輪自動加載單元。
[0034]所述偏心輪自動加載單元包括至少兩組砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)、支撐托盤519、受力頂針508、直線軸承517和直線導軌518，所述受力頂針508設置在所述中心吊桿515上，支撐托盤519底部與直線軸承517相接觸，上部放置砝碼，所述砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動支撐托盤519在所述直線軸承517的作用下沿直線導軌518上下運動，實現(xiàn)砝碼在受力頂針508上的加載和卸載。
[0035]所述砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)包括步進電機B506、電機座522、軸承座504、角接觸球軸承503和偏心輪502，所述步進電機B506固定在電機座522上，電機座522通過緊固螺釘505固定安裝在機架立柱521側(cè)表面上，偏心輪502 —端與電機座522配合連接，一端由軸承固定，所述至少兩組砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)的偏心輪502通過滾動軸承與所述支撐托盤519接觸。
[0036]所述中心吊桿515自上至下均勻設置的偏心輪自動加載單元的個數(shù)為13個，所述偏心輪自動加載單元中的砝碼自上至下或自下至上依次為一個20g砝碼514，兩個40g砝碼513，一個IOOg砝碼512，一個200g砝碼511，兩個400g砝碼510，一個Ikg砝碼509，五個2kg 砝碼 507。
[0037]參見附圖5和附圖6，所述砝碼為階梯狀圓形砝碼，砝碼底部有錐形孔，當砝碼落在中心吊桿515的受力頂針508上時可準確定心。
[0038]一臺型號為55Nm的靜重式扭矩標準機，以特制砝碼產(chǎn)生的扭矩加在被測的扭矩傳感器上的檢定裝置。主要由支撐裝置1、裝載裝置2、偏心輪式自動加載裝置5、調(diào)平裝置
4、扭矩安裝部分3及其控制系統(tǒng)組成。所述的偏心輪式自動獨立加載砝碼機構(gòu)由左右兩個部分組成，分別置于調(diào)平裝置4力臂橫梁的兩端，每一側(cè)加載機構(gòu)由步進電機驅(qū)動帶動偏心輪502做回轉(zhuǎn)運動，支撐托盤519在偏心輪502及直線軸承517的作用下沿著直線導軌518做上下往復直線運動，進而實現(xiàn)所需砝碼的加載過程。通過不同的標準力值進而產(chǎn)生扭矩來實現(xiàn)對扭矩傳感器的靜態(tài)檢定。該裝置驅(qū)動步進電機B506固定在電機座522上，電機座522固定安裝在機架立柱521側(cè)表面上，偏心輪502 —端與電機座522配合連接，一端由角接觸球軸承503固定，支撐托盤519與偏心輪502相接觸，支撐托盤519底部與直線軸承517相接觸，上部支撐砝碼。當支撐托盤519下移時，砝碼與支撐托盤519相離開，從而使砝碼重力作用在中心吊桿515上的受力頂針508上。為保持裝置水平，自動加載裝置5地面用地腳螺栓連接以確保平穩(wěn)。
[0039]加載砝碼時，操作者通過矩陣鍵盤輸入加載數(shù)值，矩陣鍵盤將數(shù)值傳送給單片機，單片機控制相應偏心輪502加載砝碼步進電機B506驅(qū)動所需繼電器開關(guān)，從而使步進電機運轉(zhuǎn)，帶通偏心輪502做回轉(zhuǎn)運動，支撐托盤519在偏心輪502及直線軸承517的作用下做上下往復直線運動，進而實現(xiàn)所需砝碼的加載過程。砝碼直線運動距離由步進電機B506轉(zhuǎn)動固定角度控制，起始位置為最高點，當砝碼需要加載時步進電機轉(zhuǎn)動180度后停止，此時砝碼加載到中心吊桿515的受力頂針508上形成力值。當加載結(jié)束卸載時，步進電機B506繼續(xù)轉(zhuǎn)動180度停止，此時砝碼回到起始位置，脫離中心吊桿515及受力頂針508。
[0040]該裝置要產(chǎn)生的扭矩精度為0.1匪，測量范圍為0.1 — 55匪，通過分析可知，將加載裝置分為13個等級，使之可以實現(xiàn)在0.1 — 55匪之間產(chǎn)生精度為0.1匪的任何數(shù)值扭矩。因為該裝置力臂長度為500mm故要產(chǎn)生0.1匪的扭矩需要砝碼重量為20g，產(chǎn)生0.2匪的扭矩需要砝碼重量為40g，產(chǎn)生0.5匪的扭矩需要砝碼重量為100g，產(chǎn)生I匪的扭矩需要砝碼200g，產(chǎn)生2匪的扭矩需要砝碼400g，產(chǎn)生5匪的扭矩需要砝碼1kg，產(chǎn)生10匪的扭矩需要砝碼2kg，因此最終分配方案如下:一個20g砝碼514，兩個40g砝碼513，一個IOOg砝碼512，一個200g砝碼511，兩個400g砝碼510，一個Ikg砝碼509，五個2kg砝碼507，共13組砝碼，
[0041]砝碼材料采用E2非磁性不銹鋼，密度為7.9，故經(jīng)計算有各砝碼尺寸如下:
[0042]
【權(quán)利要求】
1.獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置，包括支撐裝置(I)、裝載裝置(2)、扭矩安裝部分(3 )和調(diào)平裝置(4 )，其特征在于，所述扭矩測量裝置還包括自動加載裝置(5 ); 所述支撐裝置(I)為方形機架； 所述裝載裝置(2)固定在所述支撐裝置(I)上表面，所述裝載裝置(2)包括步進電機A (201),滾珠絲杠(202)、絲杠螺母、螺母支承座、滑軌(203)和導軌滑塊(204)，所述滑軌(203)固定在所述支撐裝置(I)的上表面，滑軌(203)和導軌滑塊(204)形成移動副，所述滾珠絲杠(202 )和絲杠螺母形成螺旋副，所述絲杠螺母通過螺母支承座與所述滑塊連接，所述步進電機輸出端與所述滾珠絲杠(202)連接； 所述扭矩安裝部分(3 )與所述裝載裝置(2 )的導軌滑塊(204)和螺母支承座相連，所述扭矩安裝部分(3 )包括工作臺(301)和長軸(302 )，所述長軸(302 ) 一端通過平鍵與剛性聯(lián)軸器連接用以安裝固定扭矩傳感器，工作臺(301)底部通過螺栓與導軌滑塊(204)以及絲杠螺母支承座相連，通過絲杠轉(zhuǎn)動實現(xiàn)工作臺(301)在軸向進給運動，方便扭矩傳感器的安裝及拆卸； 所述調(diào)平裝置(4)與所述扭矩安裝部分(3)的長軸(302)另一端連接，所述調(diào)平裝置(4)為力臂橫梁； 所述自動加載裝置(5 )固定在所述調(diào)平裝置(4 )兩端，所述自動加載裝置(5 )采用步進電機B (506)帶動偏心輪(502 )進行回轉(zhuǎn)運動，偏心輪(502 )帶動支撐托盤(519)進行直線升降，從而實現(xiàn)砝碼的自動加載和卸載； 所述自動加載裝置(5)包括上底板(501)、偏心輪自動加載單元、中心吊桿(515)、防擺裝置(516)、機架立柱(521)和下底板(520 )，所述機架立柱(521)上端設置有上底板(501)，下端設置有下底板(520)，所述防擺裝置(516)固定在所述下底板(520)上，所述下底板(520)通過地腳螺栓固定在地面上，所述中心吊桿(515)垂直通過所述上底板(501)對稱中心并固定在所述防擺裝置(516)內(nèi)，所述中心吊桿(515)自上至下均勻設置有偏心輪自動加載單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置，其特征在于，所述偏心輪自動加載單元包括至少兩組砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)、支撐托盤(519)、受力頂針(508)、直線軸承(517 )和直線導軌(518 )，所述受力頂針(508 )設置在所述中心吊桿(515 )上，支撐托盤(519)底部與直線軸承(517)相接觸，上部放置砝碼，所述砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動支撐托盤(519)在所述直線軸承(517)的作用下沿直線導軌(518)上下運動，實現(xiàn)砝碼在受力頂針(508)上的加載和卸載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置，其特征在于，所述砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)包括步進電機B (506),電機座(522)、軸承座(504)、角接觸球軸承(503)和偏心輪(502 )，步進電機B (506 )固定在電機座(522 )上，電機座(522 )通過緊固螺釘(505 )固定安裝在機架立柱(521)側(cè)表面上，偏心輪(502) 一端與電機座(522)配合連接，一端由軸承固定，所述至少兩組砝碼電動驅(qū)動機構(gòu)的偏心輪(502)通過滾動軸承與所述支撐托盤(519)接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置，其特征在于，所述砝碼為階梯狀圓形砝碼，砝碼底部有錐形孔，加載時，所述錐形孔與所述中心吊桿(515)的受力頂針(508)接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨立加卸砝碼靜重式扭矩測量裝置，其特征在于，所述中心吊桿(515)自上至下均勻設置的偏心輪自動加載單元的個數(shù)為13個，所述偏心輪自動加載單元中的砝碼自上至下或自下至上依，次為一個20g砝碼(514)，兩個40g砝碼(513)，一個100g砝碼(512)，一個 200g砝碼(511)，兩個400g砝碼(510)，一個 Ikg砝碼(509)，五個 2kg砝碼(507)。
【文檔編號】G01L25/00GK103575463SQ201310551828
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】于立娟, 陳希光, 秦平 申請人:吉林大學