CN105258848A - 机械传动型叠加式力标准机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机械传动型叠加式力标准机，包括机座、立柱丝杠、动横梁、标准传感器、被检传感器、动力传动结构，机座上设有垂直竖梁，在竖梁上部设有上横梁，上横梁与立柱丝杠上部连接，立柱丝杠下部与下横梁连接，动横梁设有螺母，螺母与立柱丝杠配合，螺母沿着立柱丝杠轴向移动，动横梁下部与标准传感器连接，下横梁上部设有传感器测试平台，被检传感器与传感器测试平台连接，标准传感器与标准传感器仪表连接，被检传感器与被检传感器仪表连接，动力传动结构、标准传感器仪表、被检传感器仪表分别与信号采集及处理单元连接。本发明力标准机结构简单、制造成本低，控制简单、可靠性高。

Description

机械传动型叠加式力标准机

技术领域

本发明涉及力标准机设备技术领域，尤其涉及一种机械传动型叠加式力标准机。

背景技术

现有技术的有的力标准机采用机械传动机构进行传动粗加载，当加载至目标力值附近时，再由微电脑控制、压电陶瓷力值发生装置进行调节、产生精密力值，并将发生力值控制在目标力值要求的精度范围内。这种结构采用粗加载与精密力值控制分开控制，上位机与下位机配合使用，控制复杂、控制难度大，制造成本高，工作效率低。

现有技术中有的力标准机采用液压油缸进行加载，采用双伺服油泵配合差动控制，使用油缸产生微小位移量，使所发生的力值控制在目标力值要求的精度范围内。这种结构要求配置两套伺服油泵及液压油缸加载***，***复杂，制造成本高，控制难度大。

现有技术中也有的力标准机部分采用液压油缸进行加载，采用伺服电机加载小油缸，利用连通器的原理，再由小油缸加载大油缸，使大油缸产生微小位移量，使所发生的力值控制在目标力值要求的精度范围内。这种结构要求大、小油缸配置，结构复杂，制造成本高。

总之，现有技术中的这些力标准机采用的结构存在着***结构复杂，制造成本高，容易产生故障、使用及维护成本高，精度控制及操作复杂的问题。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种机械传动型叠加式力标准机，本发明力标准机结构简单、制造成本低，控制简单，测量精度和可靠性高。

一种机械传动型叠加式力标准机，包括机座、立柱丝杠、动横梁、标准传感器、被检传感器、动力传动结构，机座上设有垂直竖梁，在竖梁上部设有上横梁，所述上横梁与立柱丝杠上部连接，所述立柱丝杠下部与下横梁连接，所述动横梁设有螺母，所述螺母与立柱丝杠配合，螺母沿着立柱丝杠轴向移动，所述动横梁下部与标准传感器连接，所述下横梁上部设有传感器测试平台，所述被检传感器与传感器测试平台连接，所述标准传感器与标准传感器仪表连接，被检传感器与被检传感器仪表连接，动力传动结构、标准传感器仪表、被检传感器仪表分别与信号采集及处理单元连接。

所述动力传动机构包括驱动电机、减速结构，所述驱动电机通过减速结构与丝杠下端连接，所述驱动电机与下部的电机支座连接，电机支座与机座连接，所述立柱丝杠下部通过下部轴承与下横梁连接，上横梁与立柱丝杠上部通过上部轴承连接，所述减速机构包括蜗轮、蜗杆，所述蜗轮设于立柱丝杠下端，立柱丝杠通过蜗轮带动转动，所述蜗杆两端分别设有螺旋齿，所述螺旋齿分别与两侧的蜗轮配合，所述蜗杆在轴向中间位置设有被动轮，所述驱动电机的输出端与主动轮连接，所述主动轮与从动轮连接。

所述动力传动机构包括驱动电机、减速结构，所述驱动电机、减速结构与动横梁上部连接，所述减速机构包括相配合的蜗轮、蜗杆，所述螺母采用法兰盘结构，所述螺母通过法兰盘与蜗轮连接，所述螺母通过轴承与动横梁连接，蜗轮带动螺母转动，螺母转动带动动横梁沿丝杠轴向上下移动，所述蜗杆两端分别设有螺旋齿，所述螺旋齿分别与两侧的蜗轮配合，所述蜗杆在轴向中间位置设有被动轮。所述驱动电机的输出端与主动轮连接，所述主动轮与从动轮连接。

所述驱动电机的输出端与减速箱连接，主动轮与减速箱的输出轴连接，主动轮通过皮带与被动轮连接。

所述驱动电机采用伺服电机。

所述立柱丝杠采用滚珠丝杠。

本发明的有益效果：

1.本发明结构简单，采用机械结构直接加载至目标力值，并能维持力值稳定在目标力值要求的精度范围内，并能够达到国家标准要求的力值精度，与现有技术采用的压电陶瓷技术、液压双伺服差动控制、双油缸控制的结构相比较，避免了现有技术中需要区分粗加载与精加载，以及力值调节、操作控制复杂的问题。

2.本发明的力标准机制造成本更低，由于结构简单、可靠性高，大大降低力标准机的制造成本，也降低力标准机使用过程中的维护成本。

3.本发明采用伺服电机直接驱动机械结构进行加载的控制方式，并采用标准传感器作为反馈信号、进行全闭环控制，因此测量控制精度及稳定性高，可靠性高，而且控制易于操作，控制更简单，更适用于需要精确测量时使用。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为图2的A向局部俯视图。

图中，1立柱丝杠，2动横梁，3标准传感器，4被检传感器，5下部轴承，6驱动电机，7机座，8传动皮带，9减速箱，10电机支座，11竖梁，12上横梁，13上部轴承。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

实施例1

如图1所示，一种机械传动型叠加式力标准机，包括机座7、两侧的两根立柱丝杠1、动横梁2、标准传感器3、被检传感器4、动力传动结构，根据力值大小和力机结构需要，也可以采用三根立柱丝杠或四根立柱丝杠，机座上设有垂直竖梁11，在竖梁11上部设有上横梁12，所述上横梁12与立柱丝杠上部连接，所述立柱丝杠下部与下横梁连接，所述动横梁的两侧分别嵌入式套装设有螺母，所述螺母与立柱丝杠配合，在动力传动结构驱动下、螺母沿着立柱丝杠轴向移动，所述动横梁下部与标准传感器3连接，所述下横梁上部设有传感器测试平台，所述被检传感器4与传感器测试平台连接。所述标准传感器与标准传感器仪表连接，被检传感器与被检传感器仪表连接，动力传动结构、标准传感器仪表、被检传感器仪表分别与信号采集及处理单元连接。信号采集及处理单元采用计算机。所述立柱丝杠采用滚珠丝杠。

所述动力传动机构包括驱动电机6、减速结构，所述驱动电机通过减速结构与丝杠下端连接，所述驱动电机6与下部的电机支座10连接，电机支座10与机座7连接，所述立柱丝杠下部通过下部轴承5与下横梁连接，上横梁12与立柱丝杠上部通过上部轴承13连接，所述减速机构包括蜗轮、蜗杆，所述蜗轮设于立柱丝杠下端，立柱丝杠通过蜗轮带动转动，所述蜗杆两端分别设有螺旋齿，所述螺旋齿分别与两侧的蜗轮配合，所述蜗杆在轴向中间位置设有被(从)动轮，所述驱动电机的输出端与主动轮连接，所述主动轮与从动轮连接。

所述驱动电机的输出端与减速箱9连接，主动轮与减速箱的输出轴连接，主动轮通过皮带8与被动轮连接。

所述驱动电机6采用伺服电机。

实施例2

如图2至图3所示，所述动力传动机构包括驱动电机、减速结构，所述驱动电机、减速结构与动横梁上部连接，所述减速机构包括相配合的蜗轮、蜗杆，所述螺母采用法兰盘结构，法兰盘设在螺母的上端面，所述螺母通过法兰盘与蜗轮连接，所述螺母通过轴承与动横梁连接，蜗轮带动螺母转动，螺母转动带动动横梁沿丝杠轴向上下移动，所述蜗杆两端分别设有螺旋齿，所述螺旋齿分别与两侧的蜗轮配合，所述蜗杆在轴向中间位置设有被动轮。所述驱动电机的输出端与主动轮连接，所述主动轮与从动轮连接。

所述驱动电机的输出端与减速箱9连接，主动轮与减速箱的输出轴连接，主动轮通过皮带8与被动轮连接。

所述驱动电机6采用伺服电机。

其他结构参考实施例1，在此不再赘述。

本发明的工作过程和原理：

标准传感器仪表和被检传感器仪表，其通信接口要与计算机相对应的接口相匹配，标准传感器仪表采集并显示标准传感器传出的数据，反映标准传感器的受力情况，标准传感器仪表将标准传感器的数据导入计算机，供计算机软件采集处理；被检传感器仪表采集被检传感器传出的数据，反映被检传感器的受力情况。被检传感器仪表将被检传感器的数据导入计算机，供计算机软件采集处理，通过运行控制程序，采集包括标准传感器仪表和被检传感器仪表数据、控制电机动作运行，实现全闭环控制。打印机是力机测试数据打印输出设备。伺服电机接收计算机指令，进行加速、减速、停止、正转、反转等动作，驱动减速机构，使动横梁升降运动。

使用时标准传感器固定于动横梁下面。被检传感器摆放于机座上部的测试平台上。放置完成后，操作人员将被检传感器信号线连接于被检传感器仪表，使被检传感器仪表能够正常显示被检传感器数据。放置完成后，一般使得标准传感器与被检传感器之间保留2—5mm的间隙。此间隙是力机加载前的空行程，也是力机卸载后的空行程。此间隙的大小可根据标准传感器、被检传感器、力机机械框架的***弹性来决定，以方便被检传感器取放为原则来决定。

动横梁作下降运行，使得由动横梁、丝杠、机座构成的框架上下空间变小，对标准传感器和被检传感器施加压力。经过一段空行程，标准传感器和被检传感器接触时即开始加载，电机继续运转即继续加载，直至标准传感器的受力值达到程序设定的要求。动横梁作上升运行，即实现标准传感器和被检传感器卸载。标准传感器和被检传感器脱离时，即完成卸载。此后电机还要继续运行，使标准传感器和被检传感器之间产生一个间隙，以方便被检传感器取放，再停机。

动横梁上下升降运动可分为自动运行和手动运行两种形式，通过计算机进行控制。自动运行是进行测试运行过程中，由软件进行自动控制其升降、快慢、启停等状态。手动运行是在动横梁空载大范围运动时，由软件控制，依据手动操作软件，发出运行指令进行升降、启停等动作。

具体工作过程是：

操作者通过计算机界面输入力机运行相关信息：力值标准值、检测内容要求、各种运行参数。力值标准值是通过传递和校验的标准传感器在各力值点的标准传感器仪表示值，力值标准值是力机在运行过程中控制各力值点的参照标准。

检测内容要求是根据被检传感器测试内容要求，可能包含预加载、非线性测试、蠕变测试、灵敏度测试中的一项或几项。操作者放置被检传感器，并连接被检传感器信号线至被检传感器仪表，确认力机设备处于正常待机状态。

操作者通过计算机发出开始运行指令，力机设备即自动开始根据设定的检测内容要求进行检测工作。力机加载过程中，计算机依据检测内容要求中要求的目标力值，读取力值标准值，以此力值标准值为目标值，计算目标值与当前标准传感器仪表示值之间的差距，控制电机转速。当标准传感器仪表示值接近目标值时，控制电机减速，利用机械伺服微动态精密力值跟踪技术控制力机施加的力值与目标值之间的差在国家标准要求精度范围内，且力值稳定后，计算机采集被检传感器仪表示值，作为被检传感器的力值数据。力机完成检测内容要求所规定的检测内容后，力机卸载，并运行电机满足空行程要求后停机。计算机整理被检传感器力值数据，计算出被检传感器的各项指标，保存数据至硬盘、显示数据于屏幕、打印输出于打印机。即完成了一次测试任务。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种机械传动型叠加式力标准机，其特征是，包括机座、立柱丝杠、动横梁、标准传感器、被检传感器、动力传动结构，机座上设有垂直竖梁，在竖梁上部设有上横梁，所述上横梁与立柱丝杠上部连接，所述立柱丝杠下部通过轴承与下横梁连接，所述动横梁设有螺母，所述螺母与立柱丝杠配合，螺母沿着立柱丝杠轴向移动，所述动横梁下部与标准传感器连接，所述下横梁上部设有传感器测试平台，所述被检传感器与传感器测试平台连接。所述标准传感器与标准传感器仪表连接，被检传感器与被检传感器仪表连接，动力传动结构、标准传感器仪表、被检传感器仪表分别与信号采集及处理单元连接。

2.如权利要求1所述的机械传动型叠加式力标准机，其特征是，所述动力传动机构包括驱动电机、减速结构，所述驱动电机通过减速结构与丝杠下端连接，所述驱动电机与下部的电机支座连接，电机支座与机座连接，所述立柱丝杠下部通过下部轴承与下横梁连接，上横梁与立柱丝杠上部通过上部轴承连接，所述减速机构包括蜗轮、蜗杆，所述蜗轮设于立柱丝杠下端，立柱丝杠通过蜗轮带动转动，所述蜗杆两端分别设有螺旋齿，所述螺旋齿分别与两侧的蜗轮配合，所述蜗杆在轴向中间位置设有被动轮，所述驱动电机的输出端与主动轮连接，所述主动轮与从动轮连接。

3.如权利要求1所述的机械传动型叠加式力标准机，其特征是，所述动力传动机构包括驱动电机、减速结构，所述驱动电机、减速结构与动横梁上部连接，所述减速机构包括相配合的蜗轮、蜗杆，所述螺母采用法兰盘结构，所述螺母通过法兰盘与蜗轮连接，所述螺母通过轴承与动横梁连接，蜗轮带动螺母转动，螺母转动带动动横梁沿丝杠轴向上下移动，所述蜗杆两端分别设有螺旋齿，所述螺旋齿分别与两侧的蜗轮配合，所述蜗杆在轴向中间位置设有被动轮。所述驱动电机的输出端与主动轮连接，所述主动轮与从动轮连接。

4.如权利要求2或者3所述的机械传动型叠加式力标准机，其特征是，所述驱动电机的输出端与减速箱连接，主动轮与减速箱的输出轴连接，主动轮通过皮带与被动轮连接。

5.如权利要求2或者3所述的机械传动型叠加式力标准机，其特征是，所述驱动电机采用伺服电机。

6.如权利要求1所述的机械传动型叠加式力标准机，其特征是，所述立柱丝杠采用滚珠丝杠。