CN106226012A - 一种测试并联机构拉压刚度的装置 - Google Patents

一种测试并联机构拉压刚度的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测试并联机构拉压刚度的装置，包括加载装置框体、蝶形弹簧受载组件、拉压力传感器、力加载杆和拉绳位移传感器。拉绳位移传感器底部与固定于地面的支架固连，拉绳位移传感器的拉绳端与待测的并联机构的动平台顶部连接件固连，力加载杆一端与并联机构动平台顶部连接件固连，力加载杆另一端与拉压力传感器相连，蝶形弹簧受载组件一端与加载装置框体连接，另一端与拉压力传感器相连，加载装置框体固定在设置于地面的支架上。本发明解决了现有技术中输出复合的力/力矩，无法施加某向线性无关的独立载荷，及无法实现加载载荷的连续变化、分级变化等问题。

Description

一种测试并联机构拉压刚度的装置
技术领域
本发明涉及刚度测试领域，具体涉及一种测试并联机构拉压刚度的装置。
背景技术
并联机构与串联机构相比具有刚度大、结构稳定、承载能力强、精度高、运动惯量小、实时控制性强等特点。并联机构在各种工业生产、实践活动均有广泛的运用，例如航空航天、精密制造、汽车加工装配、卫生医疗等等许多方面。要掌握并联机构的性能，必须先对该机构的力学特性加以深入分析，而并联机构的刚度是机构力学特性的重要指标。
专利号为200510050822.1公开了一种并联六维力传感器标定装置、专利号为200510050834.4公开了一种无级升降式六维力传感器标定装置，二者均使用龙门式框架，通过滑轮无级升降机构可以连续得到绳索与水平面之间的夹角，并采用大减速比减速机对六维力传感器施加载荷。两者的缺点均在于：采用绳索滑轮式机构在施加载荷时易存在方向误差、绳索只可单向输出拉力，不可反向输出压力；输出复合的力/力矩，无法实现个方向独立载荷加载。
中国专利CN101936797A公开了一种六维力传感器标定装置及其标定方法，采用更换不同重量砝码加载的方式对六维力传感器进行加载，砝码加载无法实现加载载荷连续变化，此装置同样只可施加复合的力/力矩。
中国专利CN103604561A公开了一种六维力/力矩传感器标定装置及其标定方法，采用滑轮、钢丝绳、砝码加载，设计回转台以标定传感器多方向，其缺点砝码加载无法实现加载载荷连续变化。
以上专利共同缺点为均需要设计相应的工作台，若针对大尺寸的六维力传感器标定则成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试并联机构扭转刚度的装置，解决了现有技术中输出复合的力/力矩，无法施加某向线性无关的独立载荷；采用砝码加载加载，无法实现加载载荷的连续变化、分级变化等问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种测试并联机构拉压刚度的装置，包括加载装置框体、蝶形弹簧受载组件、拉压力传感器、力加载杆和拉绳位移传感器；其中，拉绳位移传感器底部与固定于地面的支架固连，拉绳位移传感器的拉绳端与待测的并联机构的动平台顶部的连接件固连，力加载杆一端与并联机构动平台顶部的连接件固连，力加载杆另一端与拉压力传感器相连，蝶形弹簧受载组件一端与加载装置框体连接，另一端与拉压力传感器相连，加载装置框体固定在设置于地面的支架上。蝶形弹簧受载组件、拉压力传感器、力加载杆和拉绳位移传感器的拉绳四者共轴线。
所述加载装置框体为立方体，其中任意两个平行的侧面无侧板，所述无侧板的侧面的四个角上焊接三角连接板，增加加载装置框体的整体刚度，加载装置框体四周均设有若干个安装孔位。
所述蝶形弹簧受载组件包括加载螺杆、铜制螺母孔盘、蝶形弹簧锁紧盖、蝶形弹簧安装壳体、铜制加载圆柱、销、手轮、铜套法兰、第一蝶形弹簧组、第二蝶形弹簧组和两根导向杆，加载装置框体与拉压力传感器同侧的侧板外壁固连铜制螺母孔盘，两根导向杆分别穿过铜制螺母孔盘和加载装置框体，蝶形弹簧安装壳体一端固连有蝶形弹簧锁紧盖，蝶形弹簧锁紧盖固定在加载装置框体外侧的导向杆上，随导向杆滑动，蝶形弹簧安装壳体内依次设置第一蝶形弹簧组、铜制加载圆柱和第二蝶形弹簧组，其中第一蝶形弹簧组紧靠蝶形弹簧锁紧盖，加载螺杆一端依次穿过铜制螺母孔盘中心通孔、加载装置框体、蝶形弹簧锁紧盖、第一蝶形弹簧组和铜制加载圆柱，铜制加载圆柱抵住第二蝶形弹簧组，加载螺杆另一端穿过与设有铜制螺母孔盘平行的加载装置框体的侧壁，所述端部设有手轮，且另一端与侧壁内侧的连接处设有铜套法兰；铜制加载圆柱和加载螺杆通过销固连。
所述铜制螺母孔盘中心通孔为螺纹孔，对应的加载螺杆中段设有螺纹。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)装置的结构简单紧凑、制作成本低。
(2)加载装置框体四周上设有若干个安装孔位，便于调节整个装置的安装高度与加载方向，以适应各类尺寸与形状并联机构，通用性强。
(3)蝶形弹簧组受载变形，以提供螺纹进给所需位移量，由于载荷随螺纹进给量线性变化，因此可以通过手轮转动控制载荷线性变化。手轮转动过程中，结合拉压力传感器可以控制载荷连续加载、分级加载，以保证施加载荷的精度。
(4)手轮正转反转均可输出载荷，既可以输出拉力也可以输出压力。通过手轮的正转反转可以方便地地完成加载与卸载的过程，操作简单，性能可靠。
(5)可以输出沿某一方向线性无关的独立载荷。
附图说明
图1为本发明测量并联机构拉压刚度的装置的立体结构示意图。
图2为本发明测量并联机构拉压刚度的装置的主视图。
图3为本发明测量并联机构拉压刚度的装置的局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步说明。
结合图1至图3，一种测试并联机构拉压刚度的装置，包括加载装置框体1、蝶形弹簧受载组件2、拉压力传感器3、力加载杆4和拉绳位移传感器6。其中，拉绳位移传感器6底部通过螺钉固定于地面的支架固连，拉绳位移传感器6的拉绳端与待测的并联机构5的动平台顶部的连接件固连，力加载杆4一端与并联机构5动平台顶部的连接件固连，力加载杆4另一端通过螺纹与拉压力传感器3相连，蝶形弹簧受载组件2一端与加载装置框体1连接，另一端通过法兰盘与拉压力传感器3相连，加载装置框体1固定在设置于地面的支架上；蝶形弹簧受载组件2、拉压力传感器3、力加载杆4和拉绳位移传感器6的拉绳四者共轴线。
所述加载装置框体1共六个平面，其中两个平行的面无侧板，其余四个面焊接为一个立方体，所述无侧板的面的四个角上均焊接三角连接板，增加加载装置框体1的整体刚度，加载装置框体1四周均设有若干个安装孔位，便于调节整个测量装置的安装高度与加载方向，以适应各类尺寸与形状并联机构。
所述蝶形弹簧受载组件2包括加载螺杆2-1、铜制螺母孔盘2-3、蝶形弹簧锁紧盖2-4、蝶形弹簧安装壳体2-5、铜制加载圆柱2-6、销2-7、手轮2-9、铜套法兰2-10、第一蝶形弹簧组2-8、第二蝶形弹簧组2-11和两根导向杆2-2。加载装置框体1与拉压力传感器3同侧的侧板外壁上通过螺栓固连铜制螺母孔盘2-3，铜制螺母孔盘2-3中心设有螺纹通孔，以螺纹通孔为中心对称分布两个导向孔，两根导向杆2-2分别穿过铜制螺母孔盘2-3的导向孔和加载装置框体1的侧壁，蝶形弹簧安装壳体2-5一端通过螺纹连接有蝶形弹簧锁紧盖2-4，并通过紧定螺钉固定止旋，蝶形弹簧锁紧盖2-4通过螺纹固定在加载装置框体1外侧的导向杆2-2上，随导向杆2-2滑动，蝶形弹簧安装壳体2-5内依次设置第一蝶形弹簧组2-8、铜制加载圆柱2-6和第二蝶形弹簧组2-11，其中第一蝶形弹簧组2-8紧靠蝶形弹簧锁紧盖2-4，加载螺杆2-1一端依次穿过铜制螺母孔盘2-3中心通孔、加载装置框体1、蝶形弹簧锁紧盖2-4、第一蝶形弹簧组2-8和铜制加载圆柱2-6，铜制加载圆柱2-6抵住第二蝶形弹簧组2-11，加载螺杆2-1另一端穿过与设有铜制螺母孔盘2-3平行的加载装置框体1的侧壁，所述端部设有手轮2-9，且另一端与侧壁内侧的连接处设有铜套法兰2-10；铜制加载圆柱2-6和加载螺杆2-1通过销2-7固连，使载荷通过铜制加载圆柱2-6作用于两个蝶形弹簧组。
加载螺杆2-1由于受载过程中蝶形弹簧组总变形量不大，因此加载螺杆2-1仅需在铜制螺母孔盘2-3的中心螺纹孔附近加工一段螺纹，其余为光杆。加载螺杆2-1在铜制螺母孔盘2-3的螺纹孔中运动，螺纹进给减速比大，使手轮2-9力降低并输出较大的载荷。
导向杆2-2限制了蝶形弹簧受载组件2整体绕加载螺杆2-1轴线的旋转，保留了蝶形弹簧受载组件2整体可沿加载螺杆2-1的轴线移动，保证加载载荷仍可沿加载螺杆2-1轴向方向传递。两个蝶形弹簧组受载变形提供了螺纹进给所需位移量与手轮2-9所需转动量，手轮2-9正转反转均可输出载荷，铜制加载圆柱2-6通过压缩第一蝶形弹簧组2-8以施加压力，通过压缩第二蝶形弹簧组2-11以施加拉力。
拉压力传感器3选用上海高灵传感***工程有限公司生产的GLBLY轮辐拉压力传感器，中心配有螺纹孔，四周配有若干连接孔位。蝶形弹簧组受载变形，且载荷随螺纹进给量线性变化，因此载荷随手轮2-9转动量线性变化。以某一方向转动手轮2-9进行加载，结合拉压力传感器3，可以控制载荷连续变化、分级变化，以保证施加载荷的精度，手轮2-9以反方向转动即可完成卸载，同时获取拉压载荷F。
力加载杆4可根据实际使用情形选用合适的长度，以增强通用性，并输出沿其轴线向的独立载荷。拉绳位移传感器6能够获取并联机构5在载荷作用下的位移变化量x，则拉压刚度为：
K F = F x
将并联机构5的定平台与地面固定，测试装置按照所需测试方向进行设置，转动手轮2-9进行加载，结合拉压力传感器3控制加载载荷逐级变化，即输出载荷从零到满量程分为10～12次加载。在完成加载后手轮2-9反转以完成卸载，同样地控制输出载荷从满量程到零分成10～12次加载。为保证测量精度，重复多次加载卸载过程。加载过程中通过拉绳位移传感器6实时获取并联机构5在载荷作用下的位移变化量，结合数据分析并联机构5该方向的向拉压刚度KF。

Claims (4)

1.一种测试并联机构拉压刚度的装置，其特征在于：包括加载装置框体(1)、蝶形弹簧受载组件(2)、拉压力传感器(3)、力加载杆(4)和拉绳位移传感器(6)；其中，拉绳位移传感器(6)底部与固定于地面的支架固连，拉绳位移传感器(6)的拉绳端与待测的并联机构(5)的动平台顶部的连接件固连，力加载杆(4)一端与并联机构(5)动平台顶部的连接件固连，力加载杆(4)另一端与拉压力传感器(3)相连，蝶形弹簧受载组件(2)一端与加载装置框体(1)连接，另一端与拉压力传感器(3)相连，加载装置框体(1)固定在设置于地面的支架上；蝶形弹簧受载组件(2)、拉压力传感器(3)、力加载杆(4)和拉绳位移传感器(6)的拉绳四者共轴线。
2.根据权利要求1所述的测试并联机构拉压刚度的装置，其特征在于：所述加载装置框体(1)为立方体，其中任意两个平行的侧面无侧板，所述无侧板的侧面的四个角上焊接三角连接板，增加加载装置框体(1)的整体刚度，加载装置框体(1)四周均设有若干个安装孔位。
3.根据权利要求2所述的测试并联机构拉压刚度的装置，其特征在于：所述蝶形弹簧受载组件(2)包括加载螺杆(2-1)、铜制螺母孔盘(2-3)、蝶形弹簧锁紧盖(2-4)、蝶形弹簧安装壳体(2-5)、铜制加载圆柱(2-6)、销(2-7)、手轮(2-9)、铜套法兰(2-10)、第一蝶形弹簧组(2-8)、第二蝶形弹簧组(2-11)和两根导向杆(2-2)，加载装置框体(1)与拉压力传感器(3)同侧的侧板外壁固连铜制螺母孔盘(2-3)，两根导向杆(2-2)分别穿过铜制螺母孔盘(2-3)和加载装置框体(1)，蝶形弹簧安装壳体(2-5)一端固连有蝶形弹簧锁紧盖(2-4)，蝶形弹簧锁紧盖(2-4)固定在加载装置框体(1)外侧的导向杆(2-2)上，随导向杆(2-2)滑动，蝶形弹簧安装壳体(2-5)内依次设置第一蝶形弹簧组(2-8)、铜制加载圆柱(2-6)和第二蝶形弹簧组(2-11)，其中第一蝶形弹簧组(2-8)紧靠蝶形弹簧锁紧盖(2-4)，加载螺杆(2-1)一端依次穿过铜制螺母孔盘(2-3)中心通孔、加载装置框体(1)、蝶形弹簧锁紧盖(2-4)、第一蝶形弹簧组(2-8)和铜制加载圆柱(2-6)，铜制加载圆柱(2-6)抵住第二蝶形弹簧组(2-11)，加载螺杆(2-1)另一端穿过与设有铜制螺母孔盘(2-3)平行的加载装置框体(1)的侧壁，所述端部设有手轮(2-9)，且另一端与侧壁内侧的连接处设有铜套法兰(2-10)；铜制加载圆柱(2-6)和加载螺杆(2-1)通过销(2-7)固连。
4.根据权利要求3所述的测试并联机构拉压刚度的装置，其特征在于：所述铜制螺母孔盘(2-3)中心通孔为螺纹孔，对应的加载螺杆(2-1)中段设有螺纹。
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