[發(fā)明專利]一種并聯(lián)式六維力傳感器軸用夾具裝置

有效

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• 申請日: 2008-11-26
• 公開（公告）號: CN101487750A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張軍;李寒光;李映君;錢敏;賈振元;彭志龍
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L1/26
• 分類號: G01L1/26
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 關(guān)慧貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器及其測控領(lǐng)域，特別涉及檢測巨型重載操作設(shè)備軸上受力狀態(tài)的六維力傳感器固定與分載。

背景技術(shù)

緊固夾具是傳感測控領(lǐng)域能否準確測量數(shù)據(jù)的一項重要的環(huán)節(jié)，它的使用性能直接影響測量結(jié)果的準確性。結(jié)構(gòu)簡單，高精度，高靈敏性是夾具發(fā)展的一個方向。對于用壓電石英力傳感器實時測量巨型重載操作設(shè)備軸上六維力來說，夾具的選擇和使用相當?shù)闹匾?。傳統(tǒng)夾具中軸和孔的連接方式有很多種類，通過楔形直接脹緊結(jié)構(gòu)使軸和孔連接在一起是其中一種，如軸和齒輪通過鍵緊密的連接，從而達到緊密的配合。但楔形直接脹緊結(jié)構(gòu)，對軸和孔會有一定的磨損，尤其當需要傳遞的大力值時，會使軸和孔均遭到嚴重的破壞。另一種是孔徑可以變化的結(jié)構(gòu)，如三爪卡盤(或四爪卡盤)等結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在機床上應(yīng)用比較廣泛，而且對于使用者相對也比較的簡單。由于孔的直徑可以在一定的范圍內(nèi)變化，所以軸的直徑亦可以在相應(yīng)的范圍內(nèi)變化。

上述兩種結(jié)構(gòu)是軸和孔夾緊配合比較常用的方式，應(yīng)用范圍廣泛、技術(shù)成熟。但是對于巨型重載操作設(shè)備軸上六維力用壓電石英力傳感器測量的應(yīng)用場合來說，上述兩種結(jié)構(gòu)都不適合。壓電石英力傳感器是一種測量的精密儀器，在測量過程中不能有損傷。對于楔形直接脹緊結(jié)構(gòu)，如果直接對壓電石英力傳感器的內(nèi)孔應(yīng)用楔形脹緊結(jié)構(gòu)，會對內(nèi)孔有所損傷，破壞壓電石英力傳感器，而且對這種結(jié)構(gòu)施加預(yù)緊時會使傳感器受到一定的預(yù)緊力，從而使測量結(jié)果會發(fā)生較大的偏差。對于孔徑可變的結(jié)構(gòu)，需要孔的直徑大小可以在一定的范圍內(nèi)變化，對于一個壓電石英力傳感器其中心孔徑就是不變的，況且這種結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，接觸的面積不能足夠大。所以傳統(tǒng)的夾具不適合于這種軸上六維力測量的壓電石英力傳感器的固定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是要克服上述傳統(tǒng)夾具對用壓電石英力傳感器測量巨型重載操作設(shè)備軸上六維力準確性的影響，提出了一種有別于傳統(tǒng)夾具的緊固裝置，實現(xiàn)反映軸上六維力的情況的準確測量。本發(fā)明的夾具不僅具有夾緊和固定的作用，而且還有分載作用。本發(fā)明就避免了中間加載軸和壓電石英力傳感器內(nèi)孔的直接接觸，延長壓電石英力傳感器的使用壽命。由于壓電石英的單位表面上所承受的壓力是一定的，在大力值測量領(lǐng)域，分載有著極其重要的作用。當外力作用在夾具上時，夾具會相應(yīng)的將其等比例減少后傳遞給壓電石英力傳感器，對于確定的夾具這個比例是不變的，這就保證了壓電石英力傳感器測量數(shù)據(jù)的準確性。這個比例與夾具的剛度，外形尺寸，螺栓的數(shù)目及其預(yù)緊力的大小有關(guān)系。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種并聯(lián)式六維力傳感器軸用夾具裝置包括上外夾具體7、上內(nèi)夾具體5、下內(nèi)夾具體3、下外夾具體1和上長螺栓9、上短螺栓6、下長螺栓2、下短螺栓10；上內(nèi)夾具體5安裝在壓電石英力傳感器4的上表面h′上，通過8個均布的上短螺栓6使上內(nèi)夾具體5與壓電石英力傳感器4剛性連接在一起，上內(nèi)夾具體5的結(jié)合錐面f′和上外夾具體7的結(jié)合錐面e′相接觸配合，通過8個均布的上長螺栓9施加軸向力，使上外夾具體7相對上內(nèi)夾具體5軸向移動，從而使得中間加載軸8和上內(nèi)夾具體5剛性連接，下內(nèi)夾具體3安裝在壓電石英力傳感器的下表面h上，下內(nèi)夾具體3和壓電石英力傳感器4通過8個均布的下短螺栓10連接，使二者剛性連接，下內(nèi)夾具體3的結(jié)合錐面f和下外夾具體1的結(jié)合錐面e相接觸配合，通過8個均布的下長螺栓2施加軸向力，使下外夾具體1相對于上內(nèi)夾具體3軸向移動，而使得下內(nèi)夾具體3箍緊中間加載軸8，使中間加載軸8和下內(nèi)夾具體3剛性連接。

下內(nèi)夾具體凸底面a和下外夾具體凹端面b不能接觸，下外夾具體凹底面c和下內(nèi)夾具體凸端面d不能接觸，上內(nèi)夾具體凸底面a′和上外夾具體凹端面b′不能接觸，上外夾具體凹底面c′和上內(nèi)夾具體凸端面d′不能接觸，上外夾具體的內(nèi)圓柱面g′與中間加載軸8不接觸，下外夾具體的內(nèi)圓柱面g與中間加載軸8不接觸。

通過上下夾具的配合使得上夾具體和下夾具體能夠和壓電石英力傳感器4剛性的連接在一起，這樣壓電石英力傳感器4就能準確的測量軸上六維力。

本發(fā)明的顯著效果是：采用外式楔形脹緊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)避開軸和孔的之間直接連接，對傳感器是一種保護。本發(fā)明是針對用壓電石英力傳感器實時測量巨型操作裝置軸上六維大力值這一特殊用途，同時也適用于利用壓電石英力傳感器實時測量軸上六維中小力值，及其它軸孔類元件的固定。夾具裝置結(jié)構(gòu)簡單、對稱性好，剛性好，工藝性好、穩(wěn)定性好、制造容易，壽命長，操作簡單、使用方便、成本較低，靈敏度高、且橫向干擾小。

附圖說明

圖1為軸上六維力測量夾具結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為上內(nèi)夾具的示意圖。