专利名称：一种整体柔性构件的纯扭矩加载器的制作方法
技术领域：
本发明属于机械电子工程和传感器与测试技术领域，适用于传感器、测力仪等小扭矩的静态和准静态检测和标定。
背景技术：
传感器在装配之后使用之前，必须在技术和性能上进行一次全面的检验，即动静态标定。其目的是检查传感器是否达到所要求的技术性能指标，评定传感器性能的优劣。目前，对于测扭矩传感器的扭矩的静态标定，多利用“力×力臂”原理，在固定的力臂两端同时加力或砝码，产生扭矩。该方法对于要求精度高的小扭矩标定存在以下几方面缺点(1)力臂两端不易同时加载，两端一旦受力不同势必在回转中心产生附加力；(2)采用滑轮转向，砝码加载，不但加载不稳定、有冲击，而且将产生较大摩擦力矩。还有力臂杠杆支撑部位的摩擦力矩等，都会降低标定装置的精度；(3)组合式标定装置一般结构比较复杂，安装、调试也比较麻烦，附加力、力矩和弯矩很难消除。所以，较难满足精密小扭矩标定要求。
发明内容
本发明目的是发明一种纯扭矩加载器，克服传统扭矩加载的上述缺点及解决小扭矩不容易加载和检测的问题。利用作用力和反作用力相等原理，在有刚性支撑的刚体或弹性体上施加一个力，同时产生一个大小相等方向相反的力；采用上下L型杠杆将共线力分解成力偶，再通过接触摩擦力将力偶作用在被检测扭转件一端(另一端事先已固定)，则被测件上便受到纯扭矩作用。采用整体柔性结构实现力和力偶的传递，完成扭矩的静态检测和标定。
1.本发明纯扭矩加载器采用的技术方案是一种整体柔性构件的纯扭矩加载器是由一整块方形体用电火花线切割一次加工成形制成，其特征是，由外框1、上L型杠杆2、加载圆盘3、下L型杠杆4、上下四个支撑柔性片5、上下两个柔性铰6和两个螺栓孔7组成；上L型杠杆2有一个凹状的加载点A′，上L型杠杆2通过上面两个支撑柔性片5在连接处E、连接处G与外框1相连，其余部分不相接触有微小间隙；上L型杠杆2还通过上柔性铰6，在连接处C与加载圆盘3相连；下L型杠杆4有一个凹状的刚性支点B′，下L型杠杆4通过下面两个支撑柔性片5在连接处H、连接处I处与外框1相连，其余部分不相接触有微小间隙；下L型杠杆4通过下柔性铰6，在连接处D与加载圆盘3相连；上L型杠杆2和下L型杠杆4之间不相接触有微小间隙；在外框1的左面和右面中心处制成通孔A和B，即为上L型杠杆力的加载点处和下L型杠杆的刚性支点处。
本发明的效果是采用单一整体柔性结构实现力和力偶的传递，结构简捷，便于小型化，且操作简便；解决了小扭矩不容易加载和检测标定问题。
附图1是纯扭矩加载器扭矩加载原理图，其中I-标准测力环，II-纯扭矩加载器，III-固定支承端，IV-螺钉，V-被测扭转件，VI-底座，F-X方向上的加载力，F′-X向支反力。
附图2是纯扭矩加载器的主视图，其中1-外框，2-上L型杠杆，3-加载圆盘，4-下L型杠杆，5-支撑柔性片，6-柔性铰，7-螺栓孔，A-通孔，B-通孔，A′-加载点，B′-刚性支点，C、D、E、G、H、I-连接处，X-X方向坐标轴，Y-Y方向坐标轴。
附图3是上L型杠杆2受力图，其中2-上L型杠杆，A′-加载点，C-连接处，E、G-连接处，F-加载力，Fcx-连接处C在X方向的受力。
附图4是下L型杠杆4受力图，其中4-下L型杠杆，B′-刚性支点，D-连接处；，H、I-连接处，F′-X向支反力，F′dx-连接处D在X方向的受力。
附图5是加载圆盘3受力图，其中3-加载圆盘，C、D、-连接处，Fcx-连接处C在X方向受力，F′dx-连接处D在X方向上的受力，具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施。首先利用电火花线切割加工技术精密加工出如图2所示的纯扭矩加载器，要求上下表面粗糙度要低，支撑柔性片5及柔性铰6处的精度要高。
在加载时，先将纯扭矩加载器利用圆盘3上的两个螺栓孔7与需要加载扭矩的物体III用螺钉IV相连接，见附图1。用固定支承端III上的圆形杆件通过纯扭矩加载器的外框1右面的通孔B，顶在下L型杠杆4的刚性支点B′上使其固定，这样，限制了加载器下L型杠杆4的B点的X向自由度，；利用标准测力环I的圆杆穿进纯扭矩加载器的外框1的左边通孔A，顶在上L型杠杆2的加载点A′上加载。针对形成扭矩的两个力同时加载的困难，首先利用作用力与反作用力相等原理，在加载点A′沿X方向加载力F，由于刚性支点B′已固定，形成一对共线力F和F。为了在被测扭转件上形成纯扭矩M和纯剪切应力(体剪切与面剪切)，消除其他力和应力影响，加载器II与被测扭转件V通过螺钉IV或胶粘连接在一起，被测件V另一端面与底座VI刚性固定。当加外载荷F时，即在上杠杆2的加载点A’点沿X方向加力F时，同时在刚性支点B’产生一个大小相同、方向相反的力F’，F与F’分别通过上、下杠杆与加载圆盘的柔性铰6的连接处C和连接处D产生力偶矩M，M＝Fcx×R，R为加载圆盘3的半径，见图3、图4、图5。图3中表示了上L型杠杆2受力情况；图4表示了下L型杠杆4受力情况；图5表示了加载圆盘3在连接处C和D的受力情况。作用在加载圆盘3连接处C和D的力Fcx小和F′dx的力大小相等，方向相反，产生一个扭矩。所以，加载圆盘3在两连接处C和D的反方向力(力偶)作用下只能转动。当加载圆盘3通过其上的螺栓孔7用螺钉IV与被测扭转件结合在一起时，此力偶矩便作用在被测扭转件上，在被测件上施加相应的纯扭矩，这样，就可以检测出被测件的扭矩了。
权利要求
1.一种整体柔性构件的纯扭矩加载器是由一整块方形体用电火花线切割一次加工成形制成，其特征是，由外框[1]、上L型杠杆[2]、加载圆盘[3]、下L型杠杆[4]、上下四个支撑柔性片[5]、上下两个柔性铰[6]和两个螺栓孔[7]组成；上L型杠杆[2]有一个凹状加载点[A′]，上L型杠杆[2]通过上面两个支撑柔性片[5刚性支点，在连接处[E]、连接处[G]与外框[1]相连，其余部分不相接触有微小间隙；上L型杠杆[2]还通过上柔性铰[6]，在连接处[C]与加载圆盘[3]相连，下L型杠杆[4]有一个凹状刚性支点[B′]，下L型杠杆[4]通过下面两个支撑柔性片[5]在连接处[H]、连接处[I]处与外框[1]相连，其余部分不相接触有微小间隙；下L型杠杆[4]通过下柔性铰[6]，在连接处[D]与加载圆盘[3]相连；上L型杠杆[2]和下L型杠杆[4]之间不相接触有微小间隙；在外框[1]的左面和右面中心处制成通孔[A]和通孔[B]。
全文摘要
一种整体柔性构件的纯扭矩加载器属于机械电子工程和传感器与测试技术领域，适用于传感器、测力仪等小扭矩的静态和准静态检测和标定。它由一整块方形体用电火花线切割一次加工成形制成，由外框、上L型杠杆、加载圆盘、下L型杠杆、支撑柔性片、柔性铰和螺栓孔组成；上L型杠杆通过上面两个支撑柔性片与外框相连，其余部分不相接触有微小间隙；上L型杠杆还通过柔性铰与加载圆盘相连；下L型杠杆通过下面两个支撑柔性片与外框相连，其余部分不相接触有微小间隙；下L型杠杆通过柔性铰与加载圆盘相连；上L型杠杆和下L型杠杆之间不相接触有微小间隙；该扭矩加载器采用单一整体柔性结构实现力和力偶的传递，结构简捷，操作简便，便于小型化。
文档编号G01D18/00GK1888842SQ200610047250
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者孙宝元, 钱敏, 张军, 韩丽丽 申请人:大连理工大学