CN101936848A - 一种串联结构小载荷传感器的保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种串联结构小载荷传感器的保护装置，属于机械工程测试技术领域，涉及土工高压三轴试验中轴向大小两个载荷传感器的串联测试，尤其是一种借助特殊的机械结构实现保护小载荷传感器的装置。其特征是该装置由直流减速电机、小圆锥齿轮、大圆锥齿轮、带导向槽外套筒、内套筒、转动套筒、支撑小轴套等组成。以一组有导向功能并带有梯形螺纹的套筒为主体，在保持中心加载轴不受影响的情况下，实现在竖直方向自由升降，能够加载到试验要求的最大载荷。本发明的效果和益处是：该装置结构灵巧、装调方便、成本低，具有较高稳定性和操作灵活性，并且在电动机断电情况下，能够利用自锁功能实现保护功能，实现了小载荷传感器的隔离保护。
Description
技术领域
本发明属于机械工程测试技术领域，涉及土工高压三轴试验中轴向大小两个载荷传感器的串联测试，尤其是一种借助特殊的机械结构实现保护小载荷传感器的装置。
背景技术
土工三轴试验是土工试验的一种，也是最重要的室内土工试验手段之一，常常借助三轴试验仪进行试验。现阶段为了满足针对各种复杂土质结构进行分析的需要，三轴试验仪朝着高压三轴试验仪的方向发展。载荷传感器是进行高压三轴试验必不可少的实验测量装置，其测量精度对试验结果有很大的影响，因此传感器的量程和测量精度成为了高压三轴试验仪的一项重要参数指标，其直接反应了高压三轴试验仪的性能。
目前国内外研制应用于土样的高压三轴试验仪存在加载载荷的检测问题，根据试验要求试验开始阶段需要检测小的载荷，在实验中后期阶段需要检测大的载荷。如果仅采用一个大载荷的传感器无法满足试验开始阶段检测精度的要求。为保证整个载荷区间上都具有较高的检测精度，本发明采用大小量程两个载荷传感器串联的方式实现，小载荷传感器量程为大载荷传感器量程的1/5。试验初始阶段对检测精度要求高，利用小量程载荷传感器检测。试验中后期采用大量程载荷传感器检测，这个保证了整个试验过程载荷的检测精度。但是，大小两个载荷传感器串联，由于力的加载具有连续性在试验过程中不允许拆卸小载荷传感器，试验后期载荷较大，大大超过小载荷传感器的量程，会严重损坏小载荷传感器。
发明内容
本发明的目的是解决大小两个载荷传感器的串联测试时小量程载荷传感器的保护问题，在不拆卸小量程载荷传感器的前提下实现小量程载荷传感器的隔离保护。本发明装置在保持中心加载轴不受影响的情况下，实现在竖直方向自由升降，并且有自锁功能，能够保持加载杆的平衡直至加载到试验要求的最大载荷。该装置以一组有导向功能并带有梯形螺纹的套筒为主体，利用一对直角圆锥齿轮和具有导向功能套筒将水平传动变为竖直传动，具有较高稳定性和操作灵活性，并且在电动机断电情况下，能够利用自锁功能实现保护。
本发明采用的技术方案是：高压三轴试验仪单轴小载荷传感器保护装置由面板16、直流减速电机28、左电机靠板14、右电机靠板18、带座轴承25、平键27、小圆锥齿轮24、大圆锥齿轮6、带导向槽外套筒8、带导向键套筒11、内套筒10、支撑杆2、轴承座3、带止推滚珠滚针轴承4、转动套筒5、传感器9、连接小轴套22、支撑小轴套21、盖板23组成；其中直流减速电机28、左电机靠板14、右电机靠板18、带座轴承25、支撑杆2、轴承座3、带导向槽外套筒8通过M5的内六角圆柱头螺钉与面板16紧固连接；左电机靠板14、右电机靠板18的4个内六角圆柱头螺钉的位置距面板16圆弧轴线AA’分别为145mm和155mm，按面板16中轴线BB’对称分布，带座轴承25的固定作用螺纹孔位置距面板圆弧轴线AA’为106.6mm，且带座轴承25的中心轴线与面板16的中轴线BB’重合，带导向槽外套筒8的4个固定螺孔对应于面板16的螺纹孔e，支撑杆2与轴承座3的螺纹孔对应于面板16的螺纹孔a，通过4个内六角圆柱头螺钉连接；小圆锥齿轮24通过带座轴承25和直流减速电机28定位，轴线距面板垂直高度43mm，与大圆锥齿轮6相配合；带止推滚珠滚针轴承4安装在轴承座3上；转动套筒5上端为圆环面，下端为内孔φ23mm的套筒，上端面g与大圆锥齿轮6和内套筒10通过4个内六角圆柱头螺钉连接，螺钉均布，下端面f与带止推滚珠滚针轴承4配合、定位。内套筒10外圆面带有梯形传动螺纹，带导向键套筒11的内圆面也带有梯形传动螺纹，二者可相互配合，起传动及自锁作用，带导向键套筒11可沿带导向槽外套筒8的导向槽升降；传感器9下端通过M10的螺纹孔与支撑杆2的上端螺纹配合固定，上端通过G1/8”螺纹与连接小轴套22的下端螺纹孔配合、固定；支撑小轴套21下端有内孔，可沿连接小轴套22上端轴外圆面滑动及定位，上端与盖板23通过4个内六角圆柱头螺钉紧固，螺钉在R20的圆上均布。
本发明的效果和益处是：主要定位部件均固定在面板16上，可保证定位准确可靠；整体重心偏移支撑杆轴线距离小，对三轴试验加载的影响可忽略不计；通过圆锥齿轮改变力的传导方向的作用，实现直流减速电机输出的水平方向的转动变为竖直方向内套筒的转动，中间的传导不影响支撑杆的位置变化以及传感器的工作；通过带导向键套筒10上端对盖板的推力作用，带动支撑小轴套21上升，使传感器实现卸载，直至脱离工作状态，此过程运行平稳且可控，保证了三轴试验加载的平稳，轴向力变化趋于均匀；该装置实现了高压三轴试验初始阶段对测量精度的要求，以及大载荷下对小载荷传感器的保护。该装置具有结构灵巧、装调方便、扰动小、成本低、布局紧凑等特点。
附图说明
图1是高压三轴试验仪单轴小载荷传感器保护装置沿图2中AA’线的正视剖面结构示意图。
图中：1内六角圆柱头螺钉；2支撑杆；3轴承座；4带止推滚珠滚针轴承；5转动套筒；6大圆锥齿轮；7内六角圆柱头螺钉；8带导向槽外套筒；9传感器；10内套筒；11带导向键套筒；20内六角圆柱头螺钉；21支撑小轴套；22连接小轴套；23盖板；24小圆锥齿轮；25带座轴承；26内六角圆柱头螺钉；27平键；28直流减速电机。
图2是该保护装置的俯视结构示意图。
图中：12内六角圆柱头螺钉；13内六角圆柱头螺钉；14左电机靠板；15内六角圆柱头螺钉；16面板；17内六角圆柱头螺钉；18右电机靠板；19内六角圆柱头螺钉；AA’剖面线。
图3是面板结构示意图。
图中：a内环螺纹孔；b带座轴承对应的螺纹孔；c靠板前螺纹孔；d靠板后螺纹孔；e外环螺纹孔；BB’中轴线；CC’中心线。
图4是转动轴套结构示意图。
图中：f与轴承接触的端面；g与大圆锥齿轮接触的端面。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如附图1、2、3、4所示，装配时先将直流减速电机28、左电机靠板14、右电机靠板18、带座轴承25、支撑杆2、轴承座3通过M5的内六角圆柱头螺钉与面板16紧固连接，然后将带止推滚珠滚针轴承4、大圆锥齿轮6、转动轴套5和小圆锥齿轮24放置在安装位置上，再使传感器9紧固在支撑杆2上，连接小轴套22紧固在传感器9上，之后将内套筒10安放在安装位置上，进行紧固，加装带导向键套筒11和带导向槽外套筒8，最后将支撑小轴套21装配在连接小轴套22上，并用内六角圆柱头螺钉将盖板紧固于其上。带止推滚珠滚针轴承4与轴承座3是过盈配合，承受转动套筒5传递下来的压力，并将转动套筒在水平面内定位。
该装置在三轴试验过程中，通过直流减速电动机28传出8N.m的转矩，带动小圆锥齿轮24转动，经过大圆锥齿轮6，将运动转变为内套筒10绕轴心的转动，由于内套筒10与带导向键套筒11配合处为梯形螺纹，螺距为4mm，接触高度为32mm，通过带导向槽外套筒8作用，带导向键套筒11将在竖直方向升降，上升时将推盖板23起到抬升的作用，进而支撑小轴套21与连接小轴套22脱离，此过程对传感器9卸载，直至隔离；当直流减速电动机28停止运转时，带导向键套筒11和内套筒10上的梯形螺纹将产生自锁作用，力的传递方向是支撑杆2，轴承座3，带止推滚珠滚针轴承4，转动套筒5，大圆锥齿轮6，内套筒10，带导向键套筒11，盖板23，再与上端加载杆连接传递压力。由此将传感器9隔离在传力链外，起到了保护的作用。该过程可以根据控制需要对电机进行正反转控制达到卸力或隔离的效果。
该高压三轴试验仪单轴小载荷传感器保护装置具有较高的稳定性和操作灵活性，自锁功能保证了在电动机断电情况下稳定加载，并且带梯形螺纹的套筒可成为传力链一环节，对传感器进行保护隔离，实现无须更换传感器的情况下进行高压三轴试验的精确测量。另外，该保护装置机构结构灵巧，操作方便，具有较高的经济性。
Claims (1)
1.一种串联结构小载荷传感器的保护装置，由面板(16)、直流减速电机(28)、左电机靠板(14)、右电机靠板(18)、带座轴承(25)、平键(27)、小圆锥齿轮(24)、大圆锥齿轮(6)、带导向槽外套筒(8)、带导向键套筒(11)、内套筒(10)、支撑杆(2)、轴承座(3)、带止推滚珠滚针轴承(4)、转动轴套(5)、传感器(9)、连接小轴套(22)、支撑小轴套(21)、盖板(23)、螺纹孔(a)、上端面(g)、下端面(f)组成；
其特征在于：直流减速电机(28)、左电机靠板(14)、右电机靠板(18)、带座轴承(25)、支撑杆(2)、轴承座(3)、带导向槽外套筒(8)通过M5的内六角圆柱头螺钉与面板(16)紧固连接；左电机靠板(14)、右电机靠板(18)的4个内六角圆柱头螺钉的位置距面板(16)圆弧轴线AA’分别为145mm和155mm，按面板(16)中轴线BB’对称分布，带座轴承(25)的固定作用螺纹孔位置距面板圆弧轴线AA’为106.6mm，且带座轴承(25)的中心轴线与面板(16)的中轴线BB’重合，带导向槽外套筒(8)的4个固定螺孔对应于面板(16)的螺纹孔(e)，支撑杆(2)与轴承座(3)的螺纹孔对应于面板(16)的螺纹孔(a)，通过4个内六角圆柱头螺钉连接；小圆锥齿轮(24)通过带座轴承(25)和直流减速电机(28)定位，轴线距面板垂直高度43mm，与大圆锥齿轮(6)相配合；带止推滚珠滚针轴承(4)安装在轴承座(3)上；转动套筒(5)上端为圆环面，下端为内孔φ23mm的套筒，上端面(g)与大圆锥齿轮(6)和内套筒(10)通过4个内六角圆柱头螺钉连接，螺钉均布，下端面(f)与带止推滚珠滚针轴承(4)配合、定位；内套筒(10)外圆面带有梯形传动螺纹，带导向键套筒(11)的内圆面也带有梯形传动螺纹，二者可相互配合，起传动及自锁作用，带导向键套筒(11)可沿带导向槽外套筒8的导向槽升降；传感器(9)下端通过M10的螺纹孔与支撑杆(2)的上端螺纹配合固定，上端通过G1/8”螺纹与连接小轴套(22)的下端螺纹孔配合、固定；支撑小轴套(21)下端有内孔，可沿连接小轴套(22)上端轴外圆面滑动及定位，上端与盖板(23)通过4个内六角圆柱头螺钉紧固，螺钉在R20的圆上均布。
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