CN105043663B - 空气轴承式扭矩标准机 - Google Patents

Abstract

一种空气轴承式扭矩标准机，包括基座、标准力臂、空气轴承、砝码加载装置、减速机、伺服电机、输出主轴、位移传感器和扭矩传感器。标准力臂通过输出主轴安装在空气轴承上，空气轴承固定在基座上，标准力臂两端设置有砝码悬吊部件；减速机安装在基座上，由伺服电机驱动，减速机的水平输出轴中心线与输出主轴的中心线在同一直线上；扭矩传感器设置在减速机的水平输出轴与输出主轴之间；位移传感器设置在基座上，用于检测标准力臂的水平状态；砝码加载装置设置在基座的两侧、标准力臂的砝码悬吊部件下方，砝码加载装置包括至少一个砝码，砝码加载装置能够使至少一个砝码悬挂在砝码悬吊部件上，从而作用在标准力臂上。

Description

空气轴承式扭矩标准机

技术领域

本发明涉及扭矩测试领域，特别涉及一种空气轴承式扭矩标准机。

背景技术

随着我国工业水平的不断发展，扭矩传感器的检定与校准需求越来越大，尤其是大量程、高精度扭矩传感器的检定与校准需求越来越高。近年来，许多科研单位和生产厂家都在使用进口的扭矩传感器，而国内的常规扭矩标准机已经无法为其检定或校准，导致这些扭矩传感器无法溯源，为其进一步的使用带来了很多困难。

目前，中国计量科学研究院保存着三台扭矩基准机，量程分别为50Nm、1kNm和5kNm，其扩展测量不确定度都为0.01％(k＝3)，都采用刀口支承。另外，国家计量院研制了100Nm扭矩标准机，其扩展测量不确定度小于5×10^-5(k＝2)，半自动加载，采用了空气轴承支承，减小了摩擦扭矩，提高了扭矩标准机的精度等级。中船重工第七〇四研究所研制的50kNm扭矩标准机采用刀口支承，全自动加载，其扩展测量不确定度为0.05％(k＝2)。不难发现，国内的扭矩标准机在量程或精度上受到了制约，对大量程、高精度的扭矩传感器的检定或校准存在一定的困难，在一定程度上阻碍了国内工业的发展，加大了与工业发达国家之间的差距。

发明内容

本公开的目的是提供一种高精度、大量程的空气轴承式扭矩标准机，其量程达到20kNm。

本公开采用的解决方案是：

一种空气轴承式扭矩标准机，包括基座、标准力臂、空气轴承、砝码加载装置、减速机、伺服电机、输出主轴、位移传感器和扭矩传感器；其中所述标准力臂通过所述输出主轴安装在所述空气轴承上，所述空气轴承固定在所述基座上，所述标准力臂两端设置有砝码悬吊部件；所述减速机安装在所述基座上，由所述伺服电机驱动，所述减速机的水平输出轴中心线与所述输出主轴的中心线在同一直线上；所述扭矩传感器设置在所述减速机的水平输出轴与所述输出主轴之间；所述位移传感器设置在所述基座上，用于检测所述标准力臂的水平状态；所述砝码加载装置设置在所述基座的两侧、所述标准力臂的砝码悬吊部件下方，所述砝码加载装置包括至少一个砝码，所述砝码加载装置能够使所述至少一个砝码悬挂在所述砝码悬吊部件上，从而作用在所述标准力臂上。

优选地，所述输出主轴上设置有第一液压抱闸，所述第一液压抱闸固定至第一挠性联轴器的一端，所述第一挠性联轴器的另一端固定至第二液压抱闸；所述减速机的输出轴上设置有第三液压抱闸，所述第三液压抱闸固定至第二挠性联轴器的一端，所述第二挠性联轴器的另一端固定至第四液压抱闸，所述扭矩传感器设置在所述第二液压抱闸与第四液压抱闸之间。

优选地，所述减速机通过直线导轨安装在所述基座上。

优选地，所述基座采用铸造件。

优选地，所述标准力臂的有效长度为1.6m，材料为合金钢。

优选地，所述标准力臂包括：前主梁、后主梁、边刀固定件、边刀；彼此平行设置的前主梁和后主梁位于所述空气轴承两侧，且所述输出主轴穿过前主梁的中心孔和后主梁的中心孔；前主梁和后主梁组成力臂杠杆，所述力臂杠杆以主轴所述输出主轴为转动轴，前主梁和后主梁分别连接至连接件组件的两侧，以加固所述力臂杠杆；两个边刀固定件分别位于力臂杠杆的左右两端，每个边刀固定件的两侧分别固定至前主梁和后主梁，且边刀固定件与前主梁和后主梁相垂直，边刀以刀刃向上的方向固定在边刀固定件上。

优选地，所述连接件组件包括四个连接板，所述四个连接板分为位于所述输出主轴两侧的两组，每组包括两个连接板，该两组连接板相对于经过所述输出主轴轴线的竖直面对称，且每组中的两个连接板相对于经过所述输出主轴轴线的水平面对称，所述四个连接板中位于对角位置的任意两个连接板相对于所述输出主轴轴线中心对称。

优选地，所述砝码加载装置包括：旋转升降台，所述旋转升降台能够正反向旋转以及沿竖直方向升降；承载部件，所述承载部件设置于所述旋转升降台上，能够随所述旋转升降台旋转和升降；以及砝码组，所述砝码组包括至少一个砝码并由所述承载部件承载，所述砝码组中的一个或多个砝码能够通过所述砝码悬吊部件悬吊至所述标准力臂上。

优选地，所述旋转升降台包括：底座；升降机构，设置于所述底座上，所述升降机构包括升降驱动电机、能够上下移动的第一承载部件、连接至所述升降驱动电机和所述第一承载部件的升降传动机构，所述升降传动机构用于将所述升降驱动电机的旋转运动转换为所述第一承载部件的上下移动；旋转机构，所述旋转机构包括旋转驱动电机、能够转动的第二承载部件、连接至所述旋转驱动电机和所述第二承载部件的旋转传动机构，所述旋转传动机构用于将所述旋转驱动电机的旋转运动传递至所述第二承载部件；以及支撑机构，所述支撑机构将所述第二承载部件支撑于所述第一承载部件上方并允许所述第二承载部件转动。

优选地，所述升降传动机构包括连接至所述升降驱动电机的蜗杆、与所述蜗杆啮合的蜗轮和固定连接至所述蜗轮的丝杆，所述第一承载部件固定连接至所述丝杠；所述旋转传动机构包括连接至所述旋转驱动电机的外齿轮，所述外齿轮与所述第二承载部件底部设置的内齿轮相啮合；所述支撑机构是大轴承，所述大轴承的外侧固定于所述第一承载部件上，内侧与所述第二承载部件固定，从而支撑所述第二承载部件并允许所述第二承载部件转动。

本公开的空气轴承式扭矩标准机的优点是精度高，量程大，能进行全自动测量，适用于大量程、高精度的扭矩传感器。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是根据示例性实施例的扭矩标准机的主视图；

图2是根据示例性实施例的扭矩标准机的侧视图；

图3是根据示例性实施例的标准力臂的主视图；

图4是根据示例性实施例的标准力臂的侧视图；

图5是根据示例性实施例的砝码加载装置的主视图；

图6是根据示例性实施例的砝码加载装置的侧视图；

图7是根据示例性实施例的砝码自动加载装置的砝码示意图；

图8是根据示例性实施例的砝码自动加载装置的砝码吊钩与悬吊部件示意图；

图9是根据示例性实施例的砝码自动加载装置的旋转升降台示意图。

主要附图标记如下：

1-基座，2-标准力臂，3-空气轴承，4-砝码加载装置，7-砝码悬吊部件，9-减速机，10-伺服电机，11-输出主轴，12-激光位移传感器，13-直线导轨，14-扭矩传感器，15-液压抱闸，16-挠性联轴器，17-液压抱闸，18-液压抱闸，19-挠性联轴器，20-液压抱闸；

331-悬挂件，332-边刀，333-刀承，335-边刀固定件，336-前主梁，337-后主梁，338-连接板，3311-前配重部件，3312-右配重部件，3313-螺杆，3315-左配重部件，3316-螺杆；

552-砝码组，553-旋转升降台，554-托盘，555-台阶，556-万向节，557-吊钩，558-吊耳，559-销轴，5510-凹槽，5511-凸起；

991-底座，992-导向杆，993-直线轴承，994-止推轴承，995-滚动轴承，996-蜗轮，997-蜗杆，998-升降驱动电机，999-丝杠，9910-信号接收器，9911-信号发生器，9912-旋转驱动电机，9913-外齿轮，9914-旋转托盘，9915-大轴承，9916-升降托盘，9917-支架，9918-信号接收器，9919-支架，9920-信号发生器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本公开的空气轴承式扭矩标准机包括基座、标准力臂、空气轴承、砝码加载装置、减速机、伺服电机、输出主轴、位移传感器和扭矩传感器。其中标准力臂通过输出主轴安装在空气轴承上，空气轴承固定在基座上，标准力臂两端设置有砝码悬吊部件。减速机安装在基座上，伺服电机驱动减速机，减速机的水平输出轴中心线与输出主轴的中心线在同一直线上。扭矩传感器设置在减速机的水平输出轴与输出主轴之间。位移传感器设置在基座上，用于检测标准力臂的水平状态。砝码加载装置设置在基座的两侧、标准力臂的砝码悬吊部件下方，砝码加载装置包括至少一个砝码，砝码加载装置能够使至少一个砝码悬挂在砝码悬吊部件上，从而作用在标准力臂上。本公开的扭矩校准机采用空气轴承作为支承，极大减少了摩擦扭矩对扭矩测量的影响，从而提高了测量精度，可对大量程、高精度的扭矩传感器进行检定或校准,量程达到20kNm。

传统大型扭矩标准装置采用刀口支撑，在使用过程中只能承受垂直方向受力，无法承受侧向弯矩。本公开采用大型静态空气轴承作为支撑，可承受侧向弯矩。左右两侧采用边刀垂挂支撑，比传统钢带垂挂更可靠，失效率底。维护更保养方便。轮盘式砝码组可通过更换砝码扩展扭矩标准装置测量范围。比传统内外圈式砝码组量程选择更灵活，砝码拆卸维护更方便。本公开通过超大扭矩减速电机、高强度长力臂和可更换式砝码组实现比传统扭矩标准装置更大量程范围、更高测量值的测试能力。

优选地，输出主轴上设置有第一液压抱闸，第一液压抱闸固定至第一挠性联轴器的一端，第一挠性联轴器的另一端固定至第二液压抱闸；减速机的输出轴上设置有第三液压抱闸，第三液压抱闸固定至第二挠性联轴器的一端，第二挠性联轴器的另一端固定至第四液压抱闸，扭矩传感器设置在第二液压抱闸与第四液压抱闸之间。通过使用液压抱闸和挠性联轴器，保证了输出主轴、扭矩传感器与减速机之间的高同轴度，能够提高检测精度。

优选地，减速机可通过直线导轨安装在基座上，从而可以调整减速机在基座上的安装位置。

优选地，基座可采用铸造件。

在示例性实施例中，标准力臂的有效长度为1.6m，材料为合金钢。标准力臂的有效长度是指支撑点(空气轴承中心)到边刀顶点(边刀332的中垂线上)的距离，也就是用来计算标准扭矩值时的标准力臂长度。此外，除了合金钢以外，标准力臂也可由其他材料制成。

在示例性实施例中，标准力臂包括前主梁、后主梁、边刀固定件、边刀。彼此平行设置的前主梁和后主梁位于空气轴承两侧，且输出主轴穿过前主梁的中心孔和后主梁的中心孔。前主梁和后主梁组成力臂杠杆，力臂杠杆以主轴输出主轴为转动轴，前主梁和后主梁分别连接至连接件组件的两侧，以加固力臂杠杆。两个边刀固定件分别位于力臂杠杆的左右两端，每个边刀固定件的两侧分别固定至前主梁和后主梁，且边刀固定件与前主梁和后主梁相垂直，边刀以刀刃向上的方向固定在边刀固定件上。

连接件组件包括四个连接板，四个连接板分为位于输出主轴两侧的两组，每组包括两个连接板，该两组连接板相对于经过输出主轴轴线的竖直面对称，且每组中的两个连接板相对于经过输出主轴轴线的水平面对称，四个连接板中位于对角位置的任意两个连接板相对于输出主轴轴线中心对称。

每个边刀固定件的两侧都可具有台阶式连接结构。每个边刀固定件的两侧可通过台阶式连接结构分别固定至前主梁和后主梁。

两个边刀固定件可都具有向外的凸起。边刀可安装在凸起的上表面上。

标准力臂还可包括悬挂件。悬挂件上可具有与边刀的刀刃相配合的刀承，且悬挂件上可具有砝码悬吊部件。

在示例性实施例中，，砝码加载装置包括旋转升降台，旋转升降台能够正反向旋转以及沿竖直方向升降；承载部件，承载部件设置于旋转升降台上，能够随旋转升降台旋转和升降；以及砝码组，砝码组包括至少一个砝码并由承载部件承载，砝码组中的一个或多个砝码能够通过砝码悬吊部件悬吊至标准力臂上。

砝码组可包括至少一组砝码，每组砝码包括一个砝码或者上下叠放且连接在一起的多个质量相同、外径相等的砝码。在示例性实施例中，砝码组包括4组砝码，每组包括多个砝码。但显然，砝码组的数量可以是任意的，每组砝码中砝码的个数也可以是任意的，只要能够被承载部件支撑即可。

每组砝码的中心优选地位于以所承载部件的中心为圆心的同一圆周上，从而承载部件旋转时，可使任意一组砝码的中心旋转至悬吊部件的下方，提高砝码加载效率。

优选地，每组砝码的最上方一块砝码的顶端可带有纵向剖面为T字形的吊钩。悬吊部件为矩形边框结构，且下边框设置有供吊钩穿过的槽口。显然，最上方一块砝码和悬吊部件也可以采取本领域技术人员容易想到的其他结构，只要悬吊部件能够将第一块砝码吊起即可。

每组砝码的最上方一块砝码的周边设置至少一个通过连接销进行连接的吊耳，吊耳下端设有腰型孔，供下一层砝码的销轴穿过。每组砝码的第二块至倒数第二块砝码的周边设置至少一个通过连接销进行连接的吊耳和至少一个销轴，吊耳下端也设有腰型孔，供下一层砝码的销轴穿过，销轴穿过上一层砝码的吊耳的腰型孔。每组砝码的最下方一块砝码的周边设置至少一个销轴。在示例性实施例中，每块砝码的吊耳和销轴的数量均为3个，但是可以根据需要改变吊耳和销轴的数量。此外，本领域技术人员可以理解，也可以通过其他结构设置使得一组砝码从上到下连接起来，从而一组砝码中的一块或多块砝码均能被悬吊在力臂梁上。

为了防止相邻层的砝码相对滑动，优选地，每块砝码底部设置有凹槽，顶部对应于凹槽设置有凸起，凸起能够插入上一层砝码的凹槽中，起到定位作用。

优选情况下，每组砝码下方设置有台阶，从而每组砝码顶部处于同一水平位置，可以提高砝码加载效率。

旋转升降台包括底座；升降机构，设置于底座上，升降机构包括升降驱动电机、能够上下移动的第一承载部件、连接至升降驱动电机和第一承载部件的升降传动机构，升降传动机构用于将升降驱动电机的旋转运动转换为第一承载部件的上下移动；旋转机构，旋转机构包括旋转驱动电机、能够转动的第二承载部件、连接至旋转驱动电机和第二承载部件的旋转传动机构，旋转传动机构用于将旋转驱动电机的旋转运动传递至第二承载部件；以及支撑机构，支撑机构将第二承载部件支撑于第一承载部件上方并允许第二承载部件转动。

优选地，升降传动机构可包括连接至升降驱动电机的蜗杆、与蜗杆啮合的蜗轮和固定连接至蜗轮的丝杆，第一承载部件固定连接至丝杠。旋转传动机构可包括连接至旋转驱动电机的外齿轮，外齿轮与第二承载部件底部设置的内齿轮相啮合。所述支撑机构可以是大轴承，大轴承的外侧固定于第一承载部件上，内侧与第二承载部件固定，从而支撑第二承载部件并允许第二承载部件转动。显然，升降传动机构、旋转机构和支撑机构也可以采用本领域技术人员常用的其他特定结构，只要能够实现旋转升降功能即可。

空气轴承式扭矩标准机

图1和图2分别显示根据示例性实施例的空气轴承式扭矩标准机的主视图和侧视图。如图1和图2所示，根据示例性实施例的扭矩标准机包括基座1、标准力臂2、空气轴承3、砝码加载装置4、输出主轴11、伺服电机10、减速机9、扭矩传感器14、直线导轨13、液压抱闸15、17、18和20、挠性联轴器16和19。

标准力臂2通过输出主轴11安装在空气轴承3上，空气轴承3固定在基座1上，基座1可采用铸造件。减速机9通过直线导轨13安装在基座1上，伺服电机10用于驱动减速机9，减速机9的水平输出轴中心线与输出主轴11的中心线在同一直线上。输出主轴11上安装液压抱闸15，液压抱闸15固定挠性联轴器16的一端，挠性联轴器16的另一端固定液压抱闸17。减速机9的输出轴上安装液压抱闸20，液压抱闸20固定挠性联轴器19的一端，挠性联轴器19的另一端固定液压抱闸18。液压抱闸17与液压抱闸18之间安装扭矩传感器14。通过使用液压抱闸和挠性联轴器，保证了输出主轴11、扭矩传感器14与减速机9之间的高同轴度。

优选地，激光位移传感器12设置在基座1上，用于准确检测标准力臂2的水平状况。

在本实施例中，标准力臂2的有效长度为1.6m，材料为合金钢。

标准力臂

以下参考图3和图4描述标准力臂2的结构。如图3所示，标准力臂2通过输出主轴11安装在空气轴承3上，标准力臂2包括前主梁336、后主梁337、边刀固定件335、边刀332。彼此平行设置的前主梁336和后主梁337位于空气轴承3两侧，且主轴11穿过前主梁336的中心孔和后主梁337的中心孔。前主梁336和后主梁337组成力臂杠杆，该力臂杠杆以主轴11为转动轴。前主梁336和后主梁337分别连接至连接件组件的两侧，以加固该力臂杠杆。两个边刀固定件335分别位于标准力臂的左右两端，每个边刀固定件335的两侧分别固定至前主梁336和后主梁337，且边刀固定件335与前主梁336和后主梁337相垂直。边刀332以刀刃向上的方向固定在边刀固定件335上。前主梁336、后主梁337以及两侧的边刀固定件335可组成一个牢固的四边形结构，并且通过连接在前主梁336和后主梁337之间的连接件组件使该结构得以进一步加固，使其牢固稳定且不易变形。

本示例性实施方式中，连接件组件可包括4个连接板338。该4个连接板338可分为位于主轴11两侧的两组，每组可包括两个连接板338。该两组连接板338可相对于经过主轴11的轴线的竖直面对称，且每组中的两个连接板338可相对于经过主轴11的轴线的水平面对称。四个连接板338中位于对角位置的任意两个连接板可相对于主轴11的轴线中心对称。发明人经过反复推导和实验证明，采用这种加固方式的力臂杠杆系统具有非常高的结构稳定度。

此外，如图4所示，每个边刀固定件335的两侧都具有台阶式连接结构，每个边刀固定件335的两侧通过该台阶式连接结构分别固定至前主梁336和后主梁337。这种连接结构与传统的“L型”连接结构相比，可具有更高的稳定度。

如图3所示，位于标准力臂2左右两端的两个边刀固定件335可都具有向外的凸起，边刀332可安装在该凸起的上表面上。该结构更便于施加施力部件向力臂施力。例如，该凸起可以是钩状凸起，边刀332可安装在钩状部位的上表面上。

如图4所示，该标准力臂2还可包括可置于力臂杠杆两端的边刀固定件335上的悬挂件331。悬挂件331上可具有与边刀332的刀刃相配合的刀承333，边刀332和刀承333间可以为线接触，以提高校准的灵敏度。悬挂件331还可具有砝码悬吊部件7。本领域技术人员可根据需要设置任意适当的砝码悬吊部件7，例如图中所示的爪钩。爪钩用于悬吊砝码，为矩形边框结构，且下边框带有供砝码的吊钩穿过的槽口。

该标准力臂2还可包括配重部件，配重部件可用于调节该标准力臂的质心位置。如图2所示的示例性实施例中，该标准力臂可包括前配重部件3311、右配重部件3312和左配重部件3315。前配重部件3311可通过内壁上有螺纹的孔安装在前主梁336外侧的主轴11上，该孔内壁上的螺纹与主轴11上相应部位的螺纹相配合。可通过旋转前配重部件3311以使其沿着主轴11前后移动。右配重部件3312可通过螺杆3313安装在力臂杠杆右端的边刀固定件335向内的一侧，左配重部件3315可通过螺杆3316安装在力臂杠杆左端的边刀固定件335向内的一侧。左、右配重部件3315、3312可沿着各自的螺杆3316、3313左右移动。

砝码加载装置

在示例性实施例中，空气轴承式扭矩标准机设置有两套砝码加载装置。以下参考图5至图7描述砝码加载装置。如图5所示，砝码加载装置包括旋转升降台553、设置于旋转升降台553上的托盘554和由托盘554承载的砝码组552。

如图5至图8所示，在本示例性实施例中，砝码组552包括4组砝码。每组包括多个质量相同、外径相等的砝码，且从下至上叠放于托盘554上。4组砝码的中心均位于以托盘554的中心为圆心的同一圆周上。设置旋转升降台553相对于砝码悬吊部件7的位置，使得托盘554旋转时，任意一组砝码的中心可旋转至砝码悬吊部件7下方。

每组砝码中最上方的一块砝码顶端带有吊钩557。吊钩557的纵向剖面为T字形，从而吊钩557可以从侧面(即垂直于纸面的方向)进入砝码悬吊部件7，下部狭长部分穿过砝码悬吊部件7的槽口，上部悬吊于砝码悬吊部件7的下边框，从而可以被砝码悬吊部件7吊起。砝码周边均布3个吊耳558。吊耳558为立方体结构，上端通过连接销与砝码连接，且可绕连接销自由转动。吊耳558的下端有腰型孔，可供固定于下一层砝码的销轴559穿过。砝码的吊耳558和销轴559具有限位功能，而且销轴559与吊耳558之间采用小间隙配合，从而吊耳558可以绕销轴559自由摆动，使得下层砝码可自适应的自由悬挂至上层砝码，从而避免了砝码之间的过定位状态的出现。

每组砝码中第二块砝码到倒数第二块砝码结构相同，设置有通过连接销连接至砝码的3个吊耳558和3根销轴559。吊耳558下端设有腰型孔，供下一层砝码的销轴559穿过。销轴559穿过上一层砝码的吊耳558的腰型孔。

每组砝码中最下方的一块砝码只有3根销轴559，没有吊耳558和相应的连接销。

优选地，每块砝码底部设置有锥形凹槽5510，顶部对应于凹槽5510设置有锥形凸起5511，从而凸起5511能够插入凹槽5510中，如图7所示。通过上层砝码的凹槽5510与下层砝码的凸起5511相配合，能够保持上下层砝码相对固定，有效的实现砝码定位功能。还能使得叠加后一组砝码的中心位于同一竖直直线位置，确保砝码每次加载/卸载后相互之间的位置保持一致。

优选地，由于每组砝码的高度可能不同，因此可在每组砝码下方垫有不同高度的台阶555，以保证各组砝码顶部都处于同一水平位置，提高操作的便利性。

在优选情况下，砝码悬吊部件7上端设置万向节556，万向节556可自由转动，从而可以提高砝码悬吊部件7工作时的灵活性。

旋转升降台

图9显示根据示例性实施例的砝码加载装置的旋转升降台。旋转升降台在电机推动下可上下移动，也可正反向双向旋转，从而带动设置于其上的托盘上下移动和旋转。

旋转升降台553包括底座、升降机构、旋转机构和支撑机构。

升降机构设置于底座991中间位置，升降机构可包括升降驱动电机998、连接至升降驱动电机998的蜗杆997、与蜗杆997啮合的蜗轮996、固定连接至蜗轮996的丝杆999、以及固定连接至丝杠999的升降托盘9916。升降机构还可包括其他必要的支撑部件如滚动轴承995、止推轴承994，以及连接固定支架。升降驱动电机998用于驱动蜗杆997转动，从而带动蜗轮996平移。蜗轮996与丝杠999固定连接，从而带动丝杆999转动，丝杠999的转动可带动丝杆999顶部的升降托盘9916上下移动。

升降托盘9916底部可安装支架9919，支架9919上安装有信号发生器9920。底座991上安装有支架9917，支架9917上安装有信号接收器9918，信号接收器9918能够接收所述第一信号发生器9920发射的信号。当上下两组信号发生器9920与信号接收器9918均对应时，表示升降机构已经达到下降最低位置。当上侧信号接收器9918与下侧信号发生器9920对应时，表示升降机构已经达到上升最高位置。通过调节两组信号发生器9920和信号接收器9918的位置，可以调节升降机构上升下降行程。信号发生器9920与信号接收器9918的位置可以对换，即在支架9919上安装信号接收器9918，在支架9917上安装信号发生器9920，使用原理是相同的。

信号发生器9920和信号接收器9918可以是接触式，也可以是非接触式。

旋转机构包括旋转驱动电机9912、连接至旋转驱动电机9912的外齿轮9913和旋转托盘9914。旋转托盘9914底部设置有与外齿轮9913啮合的内齿轮。旋转驱动电机9912驱动外齿轮9913转动，从而带动旋转托盘9914转动。

旋转托盘9914底部可安装信号发生器9911，与安装于升降托盘9916顶部的信号接收器9910配合使用，可检测旋转托盘9914是否旋转到预定位置。检测到的信号反馈给旋转驱动电机9912，可实现自动控制。例如当检测到旋转托盘9914旋转到预定位置时，可控制旋转驱动电机9912停止旋转。

在示例性实施例中，支撑机构可以是大轴承9915。大轴承9915外侧固定于升降托盘9916上，内侧与旋转托盘9914固定，从而将旋转托盘9914支撑于升降托盘9916上方，并允许旋转托盘9914自由转动。

为了保证升降托盘在上升和下降过程中保持水平，还可设置导向机构，其可包括与升降托盘9916固定连接的导向杆992和与底座991固定连接的直线轴承993，导向杆992穿过直线轴承993并由其支撑，从而共同保持升降托盘9916在上升和下降过程中保持在水平状态。优选地，可设置4组导向机构，4组导向机构可以升降机构为中心，分布在底座991的四角。

空气轴承式扭矩标准机的工作过程

下面参考附图描述根据示例性实施例的空气轴承式扭矩标准机的工作过程。工作时，首先通过调节配重将标准力臂2调整到随遇平衡状态。利用液压抱闸和挠性联轴器将输出主轴11、扭矩传感器14与减速机9串联固定，根据所需的扭矩量程，通过砝码加载装置4将适当的砝码加载到标准力臂2上，形成一个标准扭矩值，即力值与长度的乘积。此时，标准力臂2将发生倾斜，通过激光位移传感器12的监测，将读取的数据反馈到伺服电机10上。伺服电机10作用于减速机9，通过减速机9将标准力臂2调整到水平状态后，读取扭矩传感器14的示值。比较扭矩传感器14的示值与标准扭矩值，分析扭矩传感器14的误差，从而实现对扭矩传感器14的检定校准。

本公开采用高精度的位移传感器对标准力臂进行监测。利用液压抱闸和挠性联轴器作为连接件，保证了输出主轴、扭矩传感器与减速机之间的高同轴度。采用空气轴承作为支承，极大减少了摩擦扭矩对扭矩测量的影响，从而提高了测量精度，可对大量程、高精度的扭矩传感器进行检定或校准,量程达到20kNm。整个过程为全自动测量，测量精度高、可靠性好，易于操作。

本文中应用了具体示例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。

Claims (9)

1.一种空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，包括基座(1)、标准力臂(2)、空气轴承(3)、砝码加载装置(4)、减速机(9)、伺服电机(10)、输出主轴(11)、位移传感器(12)和扭矩传感器(14)；

其中所述标准力臂(2)通过所述输出主轴(11)安装在所述空气轴承(3)上，所述空气轴承(3)固定在所述基座(1)上，所述标准力臂(2)两端设置有砝码悬吊部件(7)；

所述减速机(9)安装在所述基座(1)上，由所述伺服电机(10)驱动，所述减速机(9)的水平输出轴中心线与所述输出主轴(11)的中心线在同一直线上；

所述扭矩传感器(14)设置在所述减速机(9)的水平输出轴与所述输出主轴(11)之间；

所述位移传感器(12)设置在所述基座(1)上，用于检测所述标准力臂(2)的水平状态；

所述砝码加载装置(4)设置在所述基座(1)的两侧、所述标准力臂(2)的砝码悬吊部件(7)下方，所述砝码加载装置(4)包括至少一个砝码，所述砝码加载装置(4)能够使所述至少一个砝码悬挂在所述砝码悬吊部件(7)上，从而作用在所述标准力臂(2)上；

所述标准力臂(2)包括：

前主梁(336)、后主梁(337)、边刀固定件(335)、边刀(332)；

彼此平行设置的前主梁(336)和后主梁(337)位于所述空气轴承两侧，且所述输出主轴(11)穿过前主梁(336)的中心孔和后主梁(337)的中心孔；

前主梁(336)和后主梁(337)组成力臂杠杆，所述力臂杠杆以所述输出主轴(11)为转动轴，前主梁(336)和后主梁(337)分别连接至连接件组件的两侧，以加固所述力臂杠杆；

两个边刀固定件(335)分别位于力臂杠杆的左右两端，每个边刀固定件(335)的两侧分别固定至前主梁(336)和后主梁(337)，且边刀固定件(335)与前主梁(336)和后主梁(337)相垂直，边刀(332)以刀刃向上的方向固定在边刀固定件(335)上；

每个边刀固定件的两侧都具有台阶式连接结构，每个边刀固定件的两侧可通过台阶式连接结构分别固定至前主梁和后主梁。

2.根据权利要求1所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述输出主轴(11)上设置有第一液压抱闸(15)，所述第一液压抱闸(15)固定至第一挠性联轴器(16)的一端，所述第一挠性联轴器(16)的另一端固定至第二液压抱闸(17)；所述减速机(9)的输出轴上设置有第三液压抱闸(20)，所述第三液压抱闸(20)固定至第二挠性联轴器(19)的一端，所述第二挠性联轴器(19)的另一端固定至第四液压抱闸(18)，所述扭矩传感器(14)设置在所述第二液压抱闸(17)与第四液压抱闸(18)之间。

3.根据权利要求1所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述减速机(9)通过直线导轨(13)安装在所述基座(1)上。

4.根据权利要求1所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述基座(1)采用铸造件。

5.根据权利要求1所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述标准力臂(2)的有效长度为1.6m，材料为合金钢。

6.根据权利要求1所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述连接件组件包括四个连接板(338)，所述四个连接板(338)分为位于所述输出主轴(11)两侧的两组，每组包括两个连接板(338)，该两组连接板(338)相对于经过所述输出主轴(11)轴线的竖直面对称，且每组中的两个连接板(338)相对于经过所述输出主轴(11)轴线的水平面对称，所述四个连接板(338)中位于对角位置的任意两个连接板(338)相对于所述输出主轴(11)轴线中心对称。

7.根据权利要求1所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述砝码加载装置(4)包括：

旋转升降台(553)，所述旋转升降台(553)能够正反向旋转以及沿竖直方向升降；

承载部件，所述承载部件设置于所述旋转升降台(553)上，能够随所述旋转升降台(553)旋转和升降；以及

砝码组(552)，所述砝码组(552)包括至少一个砝码并由所述承载部件承载，所述砝码组(552)中的一个或多个砝码能够通过所述砝码悬吊部件(7)悬吊至所述标准力臂(2)上。

8.根据权利要求7所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述旋转升降台(553)包括：

底座；

升降机构，设置于所述底座上，所述升降机构包括升降驱动电机、能够上下移动的第一承载部件、连接至所述升降驱动电机和所述第一承载部件的升降传动机构，所述升降传动机构用于将所述升降驱动电机的旋转运动转换为所述第一承载部件的上下移动；

旋转机构，所述旋转机构包括旋转驱动电机、能够转动的第二承载部件、连接至所述旋转驱动电机和所述第二承载部件的旋转传动机构，所述旋转传动机构用于将所述旋转驱动电机的旋转运动传递至所述第二承载部件；以及

支撑机构，所述支撑机构将所述第二承载部件支撑于所述第一承载部件上方并允许所述第二承载部件转动。

9.根据权利要求8所述的空气轴承式扭矩标准机，其特征在于，所述升降传动机构包括连接至所述升降驱动电机的蜗杆、与所述蜗杆啮合的蜗轮和固定连接至所述蜗轮的丝杆，所述第一承载部件固定连接至所述丝杆 ；

所述旋转传动机构包括连接至所述旋转驱动电机的外齿轮，所述外齿轮与所述第二承载部件底部设置的内齿轮相啮合；

所述支撑机构是大轴承，所述大轴承的外侧固定于所述第一承载部件上，内侧与所述第二承载部件固定，从而支撑所述第二承载部件并允许所述第二承载部件转动。