CN101487750B - 一种并联式六维力传感器轴用夹具装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种并联式六维力传感器轴用夹具装置属于传感器及其测控领域，特别涉及检测巨型重载操作设备轴上受力状态的六维力传感器固定与分载。一种并联式六维力传感器轴用夹具装置包括上内、外夹具体、下内、外夹具体、上长、短螺栓和下长、短螺栓。上夹具体安装在压电石英力传感器的上表面上，并通过8个均布的上长螺栓和8个均布的上短螺栓与压电石英力传感器刚性连接。下夹具体安装在压电石英力传感器的下表面上，并通过8个均布的下长螺栓和8个均布的下短螺栓与压电石英力传感器刚性连接。该夹具结构简单，性能良好，成本低，可以使轴和传感器之间保持刚性连接，同时又有分载作用。可以用于轴孔类元件的固定。

Description

一种并联式六维力传感器轴用夹具装置

技术领域

本发明属于传感器及其测控领域，特别涉及检测巨型重载操作设备轴上受力状态的六维力传感器固定与分载。

背景技术

紧固夹具是传感测控领域能否准确测量数据的一项重要的环节，它的使用性能直接影响测量结果的准确性。结构简单，高精度，高灵敏性是夹具发展的一个方向。对于用压电石英力传感器实时测量巨型重载操作设备轴上六维力来说，夹具的选择和使用相当的重要。传统夹具中轴和孔的连接方式有很多种类，通过楔形直接胀紧结构使轴和孔连接在一起是其中一种，如轴和齿轮通过键紧密的连接，从而达到紧密的配合。但楔形直接胀紧结构，对轴和孔会有一定的磨损，尤其当需要传递的大力值时，会使轴和孔均遭到严重的破坏。另一种是孔径可以变化的结构，如三爪卡盘(或四爪卡盘)等结构，这种结构在机床上应用比较广泛，而且对于使用者相对也比较的简单。由于孔的直径可以在一定的范围内变化，所以轴的直径亦可以在相应的范围内变化。

上述两种结构是轴和孔夹紧配合比较常用的方式，应用范围广泛、技术成熟。但是对于巨型重载操作设备轴上六维力用压电石英力传感器测量的应用场合来说，上述两种结构都不适合。压电石英力传感器是一种测量的精密仪器，在测量过程中不能有损伤。对于楔形直接胀紧结构，如果直接对压电石英力传感器的内孔应用楔形胀紧结构，会对内孔有所损伤，破坏压电石英力传感器，而且对这种结构施加预紧时会使传感器受到一定的预紧力，从而使测量结果会发生较大的偏差。对于孔径可变的结构，需要孔的直径大小可以在一定的范围内变化，对于一个压电石英力传感器其中心孔径就是不变的，况且这种结构相对比较复杂，接触的面积不能足够大。所以传统的夹具不适合于这种轴上六维力测量的压电石英力传感器的固定。

发明内容

本发明要解决的技术难题是要克服上述传统夹具对用压电石英力传感器测量巨型重载操作设备轴上六维力准确性的影响，提出了一种有别于传统夹具的紧固装置，实现反映轴上六维力的情况的准确测量。本发明的夹具不仅具有夹紧和固定的作用，而且还有分载作用。本发明就避免了中间加载轴和压电石英力传感器内孔的直接接触，延长压电石英力传感器的使用寿命。由于压电石英的单位表面上所承受的压力是一定的，在大力值测量领域，分载有着极其重要的作用。当外力作用在夹具上时，夹具会相应的将其等比例减少后传递给压电石英力传感器，对于确定的夹具这个比例是不变的，这就保证了压电石英力传感器测量数据的准确性。这个比例与夹具的刚度，外形尺寸，螺栓的数目及其预紧力的大小有关系。

本发明的技术方案是：一种并联式六维力传感器轴用夹具装置包括上外夹具体7、上内夹具体5、下内夹具体3、下外夹具体1和上长螺栓9、上短螺栓6、下长螺栓2、下短螺栓10；上内夹具体5安装在压电石英力传感器4的上表面h′上，通过8个均布的上短螺栓6使上内夹具体5与压电石英力传感器4刚性连接在一起，上内夹具体5的结合锥面f′和上外夹具体7的结合锥面e′相接触配合，通过8个均布的上长螺栓9施加轴向力，使上外夹具体7相对上内夹具体5轴向移动，从而使得中间加载轴8和上内夹具体5刚性连接，下内夹具体3安装在压电石英力传感器的下表面h上，下内夹具体3和压电石英力传感器4通过8个均布的下短螺栓10连接，使二者刚性连接，下内夹具体3的结合锥面f和下外夹具体1的结合锥面e相接触配合，通过8个均布的下长螺栓2施加轴向力，使下外夹具体1相对于上内夹具体3轴向移动，而使得下内夹具体3箍紧中间加载轴8，使中间加载轴8和下内夹具体3刚性连接。

下内夹具体凸底面a和下外夹具体凹端面b不能接触，下外夹具体凹底面c和下内夹具体凸端面d不能接触，上内夹具体凸底面a′和上外夹具体凹端面b′不能接触，上外夹具体凹底面c′和上内夹具体凸端面d′不能接触，上外夹具体的内圆柱面g′与中间加载轴8不接触，下外夹具体的内圆柱面g与中间加载轴8不接触。

通过上下夹具的配合使得上夹具体和下夹具体能够和压电石英力传感器4刚性的连接在一起，这样压电石英力传感器4就能准确的测量轴上六维力。

本发明的显著效果是：采用外式楔形胀紧结构，这种结构避开轴和孔的之间直接连接，对传感器是一种保护。本发明是针对用压电石英力传感器实时测量巨型操作装置轴上六维大力值这一特殊用途，同时也适用于利用压电石英力传感器实时测量轴上六维中小力值，及其它轴孔类元件的固定。夹具装置结构简单、对称性好，刚性好，工艺性好、稳定性好、制造容易，寿命长，操作简单、使用方便、成本较低，灵敏度高、且横向干扰小。

附图说明

图1为轴上六维力测量夹具结构示意图，图2为上内夹具的示意图。

图中：1-下外夹具体，2-下长螺栓，3-下内夹具体，4-压电石英力传感器，5-上内夹具体，6-上短螺栓，7-上外夹具体，8-中间加载轴，9-上长螺栓，10-下短螺栓。a-下内夹具体凸底面，b-下外夹具体凹端面，c-下外夹具体凹底面，d-下内夹具体凸端面，e-下外夹具体结合锥面，f-下内夹具体结合锥面，g-下外夹具体内圆柱面，h-压电石英力传感器下表面，a′-上内夹具体凸底面，b′-上外夹具体凹端面，c′-上外夹具体凹底面，d′-上内夹具体凸端面，e′-上外夹具体结合锥面，f′-上内夹具体结合锥面，g′-上外夹具体内圆柱面，h′-压电石英力传感器上表面，A-夹具体的锥面摩擦角。

图3为轴上六维力测量的三维立体示意图。

具体实施方式

结合附图详细说明本发明的实施，如图1所示，把下外夹具体1安装在中间加载轴8上，保证锥面向上，不需要固定；用两个等高块安装下内夹具体3，安装在中间加载轴8上，锥面向下，应当注意安装的高度，以保证其他部件能够顺利的安装上。安装下内夹具体3时，应当在其内圈加少许润滑剂；然后把压电石英力传感器4安装在中间轴上，且其下表面h与下内夹具体3的上表面相接触，用8个均布的下短螺栓10预紧，使下内夹具体3和压电石英力传感器4连接在一起；再后装上下外夹具体1，用8个均布的下长螺栓2预紧，把下外夹具体1和下内夹具体3紧密的连接在一起，使得下内夹具体3和中间加载轴8紧密的连接在一起。之后去掉等高块。安装完后，一定要保证下内夹具体凹底面a和下外夹具体凹端面b不能接触，下外夹具体凹底面c和下内夹具体凸端面d也不能接触，下外夹具体结合锥面e和下内夹具体结合锥面f要紧密的结合在一起。这样就安装好了下夹具体。

如图1所示，安装上夹具体。在中间加载轴8上安装上内夹具5，使上内夹具体5的下表面与传感器上表面h′相接触，然后通过8个均布的上短螺栓6预紧，使上内夹具体5和压电石英力传感器4紧密连接在一起。再后安装上外夹具体7，通过8个均布的上长螺栓9预紧，固定上内夹具体5和上外夹具体7，使上内夹具体5和中间加载轴8紧密的连接在一起。上内夹具体凸底面a′和上外夹具体凹端面b′不能接触，上外夹具体凹底面c′和上内夹具体凸端面d′不能接触，上外夹具体结合锥面e′和上内夹具体结合锥面f′要紧密的结合在一起。这样整套夹具就安装完成了。

内夹具体和外夹具体配合施力，能够使中间加载轴8和上内夹具体5、下内夹具体3紧密的结合在一起。在由拧螺栓连接产生的轴向压紧力作用下，使得内夹具体和外夹具体抵紧，内夹具体缩小而箍紧中间加载轴8，于是在接触面间产生径向压力，载荷就靠相伴而生的摩擦力来传递。设夹具体的锥面摩擦角为α9°-20°，螺栓所加的轴向力F，因螺栓的尺寸不同，力F就不同，轴向力F应小于其能施加的安全载荷，内夹具体和中间加载轴8的摩擦系数为μ(0.07-0.16)，则内夹具体传递给中间加载轴8的压紧力F′＝Ftanα，只要内夹具所受轴向力不大于μFtanα就不会是夹具失效。

Claims (2)

1.一种并联式六维力传感器轴用夹具装置，其特征在于，它包括上外夹具体(7)、上内夹具体(5)、下内夹具体(3)、下外夹具体(1)和上长螺栓(9)、上短螺栓(6)、下长螺栓(2)、下短螺栓(10)；上内夹具体(5)安装在压电石英力传感器(4)的上表面(h′)上，通过8个均布的上短螺栓(6)使上内夹具体(5)与压电石英力传感器(4)刚性连接在一起，上内夹具体(5)的结合锥面(f′)和上外夹具体(7)的结合锥面(e′)相接触配合，通过8个均布的上长螺栓(9)施加轴向力，使上外夹具体(7)相对上内夹具体(5)轴向移动，从而使得中间加载轴(8)和上内夹具体(5)刚性连接，下内夹具体(3)安装在压电石英力传感器的下表面(h)上，下内夹具体(3)和压电石英力传感器(4)通过8个均布的下短螺栓(10)连接，使二者刚性连接，下内夹具体(3)的结合锥面(f)和下外夹具体(1)的结合锥面(e)相接触配合，通过8个均布的下长螺栓(2)施加轴向力，使下外夹具体(1)相对于下内夹具体(3)轴向移动，而使得下内夹具体(3)箍紧中间加载轴(8)，使中间加载轴(8)和下内夹具体(3)刚性连接。

2.根据权利要求1所述一种并联式六维力传感器轴用夹具装置，其特征是，下内夹具体凸底面(a)和下外夹具体凹端面(b)不能接触，下外夹具体凹底面(c)和下内夹具体凸端面(d)不能接触，上内夹具体凸底面(a′)和上外夹具体凹端面(b′)不能接触，上外夹具体凹底面(c′)和上内夹具体凸端面(d′)不能接触，上外夹具体的内圆柱面(g′)与中间加载轴(8)不接触，下外夹具体的内圆柱面(g)与中间加载轴(8)不接触。

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