CN204359598U - 一种施力推杆装置和多轴高精度载荷加载机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的是一种施力推杆装置和多轴高精度载荷加载机，包括基座、安装在基座端部的伺服电机、安装在基座上的导轨和通过连接板安装在基座上的丝杠，所述伺服电机的输出轴安装主动轮，丝杠上安装从动轮，主动轮与从动轮之间套装输送带，丝杠与中心具有内螺纹孔的上滑块配合且上滑块安装在导轨上，上滑块的端部与拉压弹簧的一端固定连接，拉压弹簧的另一端通过连接轴与下滑块的一端固定连接，下滑块的另一端通过上关节轴承与力传感器的一端连接，力传感器的另一端与下关节轴承的一端连接，下关节轴承的另一端与施力头连接，施力头与被测材料接触。本实用新型能够准确对被加载件进行多轴力矩或力加载，具有操作便捷，施力准确的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加载机，尤其涉及一种施力推杆装置和多轴高精度载荷加载机。
背景技术
材料试验机作为一类重要的试验仪器广泛应用于冶金、机械、化工、汽车、航空、航天等各个行业，尤其是电子式万能材料试验机应用更为普遍。目前已有的载荷加载机还存在以下问题：1、只能完成单轴的加载，在测试过程中需要反复装夹，才能完成对不同方向的加载，测试效率低。2、现有加载机的加载方式单一，只能完成力加载或只能完成力矩加载，无法同时满足力加载和力矩加载的要求。3、试验机自身刚度低，加载范围有限，无法满足对大刚度材料加载需求。4、试验机加载精度低，加载值误差大，不能高精度加载。
中国专利(申请号201310487294.0)提供一种静压轴径向加载机构，该机构主要由基座、位移输出机构、压力输出机构和载荷测量机构组成，所述位移输出机构包括带有T型槽的偏心轮电机平台、固定在电机平台且可沿T型槽调节位置的伺服电机、安装在伺服电机输出轴的减速器、固定在减速器输出轴的偏心轮，所述压力输出机构包括安装在滑槽中可自由滑动的滑动活块I和滑动活块II、夹在两个滑动活块之间的两个弹簧、所述载荷测量机构包括安装在载荷测量机构滑槽上的轴承固定套的下半部和上半部、固定在轴承固定套下半部的压力传感器，该机构只能模拟静压轴承***承受的各种径向载荷。
发明内容
本实用新型的目的是为了使得对材料的加载精度高、可完成多轴加载而提供一种施力推杆装置和多轴高精度载荷加载机。
本实用新型的目的是这样实现的：一种施力推杆装置，包括基座、安装在基座端部的伺服电机、安装在基座上的导轨和通过连接板安装在基座上的丝杠，所述伺服电机的输出轴安装主动轮，丝杠上安装从动轮，主动轮与从动轮之间套装输送带，丝杠与中心具有内螺纹孔的上滑块配合且上滑块安装在导轨上，上滑块的端部与拉压弹簧的一端固定连接，拉压弹簧的另一端通过连接轴与下滑块的一端固定连接，下滑块的另一端通过上关节轴承与力传感器的一端连接，力传感器的另一端与下关节轴承的一端连接，下关节轴承的另一端与施力头连接，施力头与被测材料接触；
多轴高精度载荷加载机，包括床身支撑部分、力矩加载部分和装夹部分，床身支撑部分是由底座、横梁和两个横梁支柱组成的龙门型构架结构，装夹部分包括安装在底座上的工作台和用于加紧被测材料的夹具，所述工作台的上表面有梯形滑槽，所述力矩加载部分包括横向力矩传输装置和三个所述施力推杆装置，所述横向力矩传输装置包括扭力套、上半轴和下半轴，扭力套与上半轴通过花键连接，上半轴和下半轴之间通过十字滑块联轴器连接，上半轴上套装旋转头，且上半轴与旋转轴之间设置一对一号轴承，下半轴的底端与扭矩传感器连接，扭矩传感器的底端与加载力矩头连接，旋转头的后端固连横向托架，第一施力推杆装置和第二施力推杆装置通过基座分别竖直向下固定安装在横向托架上且对称分布在旋转头的两侧，在所述横梁上固定安装力矩装置基座，第三施力推杆装置水平横向安装在力矩装置基座上，所述横梁的中间位置设置有通孔，扭力套***所述通孔并通过二号轴承与横梁连接，扭力套的上端通过力臂与第三施力推杆装置的下关节轴承铰接；所述第一施力推杆装置、第二施力推杆装置和第三施力推杆装置都包括基座、安装在基座端部的伺服电机、安装在基座上的导轨和通过连接板安装在基座上的丝杠，所述伺服电机的输出轴安装主动轮，丝杠上安装从动轮，主动轮与从动轮之间套装输送带，丝杠与中心具有内螺纹孔的上滑块配合且上滑块安装在导轨上，上滑块的端部与拉压弹簧的一端固定连接，拉压弹簧的另一端通过连接轴与下滑块的一端固定连接，下滑块的另一端通过上关节轴承与力传感器的一端连接，力传感器的另一端与下关节轴承的一端连接，第一施力推杆装置和第二施力推杆装置的下关节轴承的另一端与施力头连接，施力头与被测材料接触，第三施力推杆装置的下关节轴承与力臂铰接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种施力推杆装置，可以完成对材料的施力加载，通过设置的拉压弹簧可以使力传感器的受力平稳，精度及寿命都得到提升，通过使用一对关节轴承(上关节轴承和下关节轴承)，可以避免材料与施力推杆装置之间由于安装存在的误差或加载轴线之间的误差对力加载的影响，也即可以消除附加力矩载荷，使得力传感器测到的力更加准确；多轴高精度载荷加载机，解决现有技术中无法实现多轴加载、只能完成力加载或力矩加载、加载机刚度低、加载精度低的问题，本实用新型能够对被测材料分别进行绕X、Y、Z轴三个方向的力矩加载和沿Z轴的轴向的力加载，应用所述的施力推杆装置，通过十字滑块联轴器、关节轴承、力传感器、扭矩传感器、弹簧等结构提升载荷加载机的加载精度，实现高精度加载。
附图说明
图1是本实用新型的施力推杆装置结构示意图；
图2是本实用新型的多轴高精度载荷加载机的结构示意图；
图3是本实用新型的多轴高精度载荷加载机的床身支撑部分示意图；
图4是本实用新型的多轴高精度载荷加载机的力矩加载部分示意图；
图5是本实用新型的多轴高精度载荷加载机的横向力矩传输机构的结构示意图；
图6是本实用新型的多轴高精度载荷加载机的第三施力推杆装置结构示意图。
其中1是横梁，2是横梁支柱，3是底座，4是工作台，5是力矩装置基座，6是横向力矩传输机构，7是横向托架，8是旋转头，9是第一施力推杆装置，10是第三施力推杆装置，11是扭力套，12是花键套，13是十字滑块联轴器，14是加载力矩头，15是扭矩传感器，16是力臂，17是导轨，18是丝杠，19是基座，20是力传感器，21是上关节轴承，22是下滑块，23是拉压弹簧，24是伺服电机，25是输送带，26是施力头，27是上半轴，28是二号轴承，29是一号轴承，30是上滑块，31是连接轴，32是第二施力推杆装置，33是连接板，34是下关节轴承，35是下半轴。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
实施案例一：结合图1，一种施力推杆装置，包括基座19、安装在基座19端部的伺服电机24、安装在基座19上的导轨17和通过连接板33安装在基座19上的丝杠18，所述伺服电机24的输出轴安装主动轮，丝杠18上安装从动轮，主动轮与从动轮之间套装输送带25，丝杠18与中心具有内螺纹孔的上滑块30配合且上滑块30安装在导轨17上，上滑块30的端部与拉压弹簧23的一端固定连接，拉压弹簧23的另一端通过连接轴31与下滑块22的一端固定连接，丝杠18可带动上滑块30、拉压弹簧23、连接轴31和下滑块22沿着导轨17移动，下滑块22的另一端通过上关节轴承21与力传感器20的一端连接，力传感器20的另一端与下关节轴承34的一端连接，下关节轴承34的另一端与施力头26连接，施力头26与被测材料接触，实现对被测材料的力加载或载荷加载。
本实用新型提供的施力推杆装置的工作过程是：伺服电机24为装置提供动力，通过输送带25将载荷传递到丝杠18，丝杠18与上滑块30构成丝杠螺母结构，这样使得丝杠18的旋转运动转化成上滑块30的直线运动，这样将载荷通过拉压弹簧23传递到下滑块22，再通过一对关节轴承(上关节轴承21和下关节轴承34)将下滑块22通过力传感器20、施力头26与被测材料相连接，而实现对被测材料的载荷加载，用来消除因安装或装夹误差产生的附加力矩载荷，也即用来消除附加力矩载荷。在载荷传递过程中力传感器20记录下加载载荷大小并反馈控制对应伺服电机24，完成精确的力加载。
实施案例二：结合图2至图6，一种多轴高精度载荷加载机，包括床身支撑部分A、力矩加载部分C和装夹部分B，床身支撑部分A是由底座3、横梁1和两个横梁支柱2组成的龙门型构架结构，用来支撑整个多轴高精度载荷加载机。装夹部分B包括安装在底座3上的工作台4和用于加紧被测材料的夹具，所述工作台4的上表面有梯形滑槽，所述力矩加载部分C包括横向力矩传输装置6和三个所述施力推杆装置，所述横向力矩传输装置6包括扭力套11、上半轴27和下半轴35，且扭力套11、上半轴27和下半轴35同轴线，扭力套11与上半轴27通过花键连接，具体的说是扭力套11下端固连花键套12，上半轴27的上端设置花键，花键套12与花键配合实现扭力套11和上半轴27的连接，上半轴27和下半轴35之间通过十字滑块联轴器13连接，上半轴27上套装旋转头8，且上半轴27与旋转头8之间安装有一对一号轴承29，一号轴承29的内圈与上半轴27配合，一号轴承29的外圈与旋转头8配合，这样使得上半轴27与旋转头8具有相对的旋转运动，旋转头8能绕着横向力矩传输机构6自由旋转，旋转头8可带动横向托架7旋转90°，实现绕X与Y轴的加载方式的切换；下半轴35的底端与扭矩传感器15连接，扭矩传感器15的底端与加载力矩头14连接，旋转头8的后端固连横向托架7，第一施力推杆装置9和第二施力推杆装置32通过基座19分别竖直向下固定安装在横向托架7上且对称分布在旋转头8的两侧，且第一施力推杆装置9和第二施力推杆装置32构成纵向施力推杆装置，在所述横梁1上固定安装力矩装置基座5，第三施力推杆装置10水平横向安装在力矩装置基座5上，且第三施力推杆装置作为横向施力推杆装置，具体的说是力矩装置基座5上设置有螺栓孔，第三施力推杆装置10通过螺栓连接固定安装在力矩装置基座5上，所述横梁1的中间位置设置有通孔，扭力套11***所述通孔并通过二号轴承28与横梁1连接，且二号轴承28的内圈与扭力套11配合，外圈与横梁的中心孔配合，扭力套11的上端通过力臂16与第三施力推杆装置10的下关节轴承34铰接，也即力臂16的一端通过螺栓连接实现与扭力套11上端的固定连接，力臂16的另一端与第三施力推杆装置10的下关节轴承34铰接，使横向力矩传输机构6可绕Z轴转动，但不能上下移动；所述第一施力推杆装置9、第二施力推杆装置32和第三施力推杆装置10都包括基座19、安装在基座19端部的伺服电机24、安装在基座19上的导轨17和通过连接板33安装在基座19上的丝杠18，所述伺服电机24的输出轴安装主动轮，丝杠18上安装从动轮，主动轮与从动轮之间套装输送带25，丝杠18与中心具有内螺纹孔的上滑块30配合且上滑块30安装在导轨17上，上滑块30的端部与拉压弹簧23的一端固定连接，拉压弹簧23的另一端通过连接轴31与下滑块22的一端固定连接，下滑块22的另一端通过上关节轴承21与力传感器20的一端连接，力传感器20的另一端与下关节轴承34的一端连接，第一施力推杆装置9和第二施力推杆装置32的下关节轴承34的另一端与施力头26连接，施力头26与被测材料接触，第三施力推杆装置10的下关节轴承34与力臂16铰接。第三施力推杆装置10的工作原理是将加载力施加到力臂16，并通过力臂16将加载力变成了加载力矩，加载力矩依次通过扭力套17、花键套12、上半轴27、十字滑块联轴器13和下半轴35传到扭矩传感器15，扭矩传感器15记录下加载力矩大小并反馈控制对应第三施力推杆装置的伺服电机24，最终加载力矩头14向被测材料进行精确的力矩加载。
以图3为例：本实用新型所述的Z轴是指垂直于工作台4的方向，Z轴的正方向是垂直于工作向上的方向；X轴是与横梁1平行的方向，X轴的正方向是平行于横梁向右的方向；Y轴是与横梁垂直的方向，Y轴的正方向是垂直于横梁向外的方向。
通过三个施力推杆装置间的加载配合和横向托架7的位置关系，可以完成四种加载，具体方法如下：
(1)第一施力推杆装置9和第二施力推杆装置32向被测材料施加两个等大同向的力载荷时，被测材料受到沿Z轴的轴向力加载；
(2)使横向托架7与横梁1平行放置时，且第一施力推杆装置9和第二施力推杆装置32向被测材料施加两个等大反向的力载荷时，被测材料进行绕Y轴方向的力矩加载；
(3)横向托架7与横梁1垂直放置时，且第一施力推杆装置9和第二施力推杆装置32向被测材料施加两个等大反向的力载荷时，被测材料进行绕X轴方向的力矩加载；
(4)第三施力推杆装置10施加载荷力，经过力臂16转变为载荷力矩，通过横向力矩传输机构6向被测材料进行绕Z轴方向的力矩加载。
综上所述，本实用新型提供的多轴高精度载荷加载机能够对被测材料分别进行绕X、Y、Z轴三个方向的力矩加载和Z轴的轴向力加载。
Claims (2)
1.一种施力推杆装置，其特征在于：包括基座、安装在基座端部的伺服电机、安装在基座上的导轨和通过连接板安装在基座上的丝杠，所述伺服电机的输出轴安装主动轮，丝杠上安装从动轮，主动轮与从动轮之间套装输送带，丝杠与中心具有内螺纹孔的上滑块配合且上滑块安装在导轨上，上滑块的端部与拉压弹簧的一端固定连接，拉压弹簧的另一端通过连接轴与下滑块的一端固定连接，下滑块的另一端通过上关节轴承与力传感器的一端连接，力传感器的另一端与下关节轴承的一端连接，下关节轴承的另一端与施力头连接，施力头与被测材料接触。
2.一种多轴高精度载荷加载机，包括床身支撑部分、力矩加载部分和装夹部分，床身支撑部分是由底座、横梁和两个横梁支柱组成的龙门型构架结构，装夹部分包括安装在底座上的工作台和用于加紧被测材料的夹具，所述工作台的上表面有梯形滑槽，其特征在于：所述力矩加载部分包括横向力矩传输装置和三个所述施力推杆装置，所述横向力矩传输装置包括扭力套、上半轴和下半轴，扭力套与上半轴通过花键连接，上半轴和下半轴之间通过十字滑块联轴器连接，上半轴上套装旋转头，且上半轴与旋转轴之间设置一对一号轴承，下半轴的底端与扭矩传感器连接，扭矩传感器的底端与加载力矩头连接，旋转头的后端固连横向托架，第一施力推杆装置和第二施力推杆装置通过基座分别竖直向下固定安装在横向托架上且对称分布在旋转头的两侧，在所述横梁上固定安装力矩装置基座，第三施力推杆装置水平横向安装在力矩装置基座上，所述横梁的中间位置设置有通孔，扭力套***所述通孔并通过二号轴承与横梁连接，扭力套的上端通过力臂与第三施力推杆装置的下关节轴承铰接；
所述第一施力推杆装置、第二施力推杆装置和第三施力推杆装置都包括基座、安装在基座端部的伺服电机、安装在基座上的导轨和通过连接板安装在基座上的丝杠，所述伺服电机的输出轴安装主动轮，丝杠上安装从动轮，主动轮与从动轮之间套装输送带，丝杠与中心具有内螺纹孔的上滑块配合且上滑块安装在导轨上，上滑块的端部与拉压弹簧的一端固定连接，拉压弹簧的另一端通过连接轴与下滑块的一端固定连接，下滑块的另一端通过上关节轴承与力传感器的一端连接，力传感器的另一端与下关节轴承的一端连接，第一施力推杆装置和第二施力推杆装置的下关节轴承的另一端与施力头连接，施力头与被测材料接触，第三施力推杆装置的下关节轴承与力臂铰接。
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