CN105352883B - 一种针对不同咬合齿的等效静摩擦系数的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种针对不同咬合齿的等效静摩擦系数的测量装置及方法，该装置包括框架，三个施力方向的推力杆，与推力杆相配合的弹簧和导向杆，用于测量三个方向受力大小的力传感器，与外框架固连的两根支架以及其下方用于提高横向刚度的卡具，与上侧推力杆相连接的球形铰链，左咬合齿，右咬合齿和中间布满细齿的移动部件；测量时，旋转左右两侧的推力杆，通过与其相连的弹簧保持夹持力恒定，通过数字显示仪得到左右力传感器的大小N后，再旋转上方的推力杆，使中间的移动部件向前移动，当接触齿从完全咬合到发生滑脱时，记录上方传感器所测得的力的峰值F，则所测得的最大等效静摩擦系数为μ＝F/N；本发明可探究不同接触齿形状下钳位机构所能提供的等效静摩擦系数。
Description
技术领域
本发明涉及步进式压电作动器技术领域，具体涉及在步进式作动器的钳位机构中，一种针对不同形状咬合齿的最大等效静摩擦系数的测量装置及方法。
背景技术
压电作动器在航天、航空、医疗等领域应用广泛。压电步进式作动器模仿自然界尺蠖的爬行方式，通过对压电叠堆微小步距位移的积累，可实现小步距、理论行程无限大、高分辨率的精密双向步进运动，但现有的结构往往无法提供较大的锁止力，因此，通过在接触面上布上均匀的相互咬合的细齿可以很大程度地提高锁止力。然而，不同形状的咬合齿所能提供的最大等效静摩擦系数是不同的，因此我们需要一种实验装置及方法来验证不同形状的咬合齿所能提供的最大等效静摩擦系数，以便给实际生产应用提供一定的参考。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种针对不同形状咬合齿的最大等效静摩擦系数的测量装置及方法，可探究不同接触齿形状下钳位机构所能提供的等效最大静摩擦系数，为压电作动器的钳位机构的设计提供一定的理论指导。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对不同咬合齿的等效静摩擦系数的测量装置包括框架1，所述框架1内设置有相对布置的左侧推力杆2和右侧推力杆4以及与左侧推力杆2和右侧推力杆4垂直的上侧推力杆3；所述左侧推力杆2、右侧推力杆4和上侧推力杆3分别与外壳之间的左连接键7、右连接键5和上连接键6通过螺纹丝杠连接相配合；所述左连接键7和右连接键5内部设置有能够沿轴向移动的左导向杆8和右导向杆9，左导向杆8和右导向杆9外部套有左弹簧20和右弹簧21，左弹簧20和右弹簧21的一端分别与左侧推力杆2和右侧推力杆4相连，另一端分别与用于测量夹持力大小的左力传感器10和右力传感器11相连；所述上侧推力杆3前端通过球形铰链14与上方力传感器12相连；与框架1固连的两根支架13分别连接两个可调间距的第一卡具18和第二卡具19，第一卡具18和第二卡具19分别用于卡接设置在左力传感器10和右力传感器11另一端的左咬合齿15和右咬合齿16；所述左咬合齿15和右咬合齿16间咬合有移动部件17，移动部件17的上端与上方力传感器12接触，移动部件17与左咬合齿15和右咬合齿16的咬合面上布满细齿。
所述左咬合齿15和右咬合齿16的形状为矩形、三角形或余弦形。
上述所述针对不同形状咬合齿的最大等效静摩擦系数的测量装置的测量方法，包括如下步骤：
第一步：将左咬合齿15和右咬合齿16同中间的移动部件17咬合好后，安装在第一卡具18和第二卡具19内，通过调整第一卡具18和第二卡具19内部间隔保证咬合齿的横向刚度，避免在受到上方推力时发生偏转，从而影响实验精度；
第二步：设定一个所需的夹持力大小N，在保证左咬合齿15和右咬合齿16与中间的移动部件17完全咬合后，同时转动左侧推力杆2和右侧推力杆4，通过螺纹丝杠配合连接两根推力杆向前运动，此时左弹簧20和右弹簧21均受压，内部的左导向杆8和右导向杆9起导向作用保证弹簧能够施加轴向的载荷，弹簧所受的压力传递给左力传感器10和右力传感器11以及左咬合齿15和右咬合齿16，不断旋转左导向杆8和右导向杆9，使左力传感器10和右力传感器11的数值大小稳定在N；
第三步：转动上侧推力杆3，通过球形铰链14将上侧推力杆3所带来的扭矩转化为推力从而保证上方力传感器12不会受到附加扭矩；不断转动上侧推力杆3，直到中间的移动部件17与左咬合齿15和右咬合齿16发生滑脱；记录下上方力传感器12的时间历程曲线，读出峰值即为夹持力为N下所能提供的最大输出力F，则对应的静摩擦系数μ＝F/N。
改变N的大小，重复上述实验步骤，线性拟合得到F-N曲线，从而根据斜率得到符合实际的等效静摩擦系数。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、可探究不同接触齿形状下(如梯形，三角形，方形，正余弦形)钳位机构所能提供的等效最大静摩擦系数，为压电作动器的钳位机构的设计提供一定的理论指导。
2、该装置在左右两侧采用了刚度较小的弹簧，一是为了在施加推力时保证了接触齿在发生滑脱的时候两侧的压力大小能够保持恒定，保证了实验的准确性，二是通过弹簧导杆的配合方式，使得推力杆的旋转不会对传感器产生附加扭矩。
3、采用旋转推力杆的方式施加压力方便控制压力大小，并且
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2和图3所示，本发明一种针对不同形状咬合齿的最大等效静摩擦系数的测量装置，包括框架1，所述框架1内设置有相对布置的左侧推力杆2和右侧推力杆4以及与左侧推力杆2和右侧推力杆4垂直的上侧推力杆3；所述左侧推力杆2、右侧推力杆4和上侧推力杆3分别与外壳之间的左连接键7、右连接键5和上连接键6通过螺纹丝杠连接相配合；所述左连接键7和右连接键5内部设置有能够沿轴向移动的左导向杆8和右导向杆9，左导向杆8和右导向杆9外部套有左弹簧20和右弹簧21，左弹簧20和右弹簧21的一端分别与左侧推力杆2和右侧推力杆4相连，另一端分别与用于测量夹持力大小的左力传感器10和右力传感器11相连；所述上侧推力杆3前端通过球形铰链14与上方力传感器12相连；与框架1固连的两根支架13分别通过螺纹螺孔配合连接两个可调间距的第一卡具18和第二卡具19，第一卡具18和第二卡具19分别用于卡接设置在左力传感器10和右力传感器11另一端的左咬合齿15和右咬合齿16；所述左咬合齿15和右咬合齿16间咬合有移动部件17，移动部件17的上端与上方力传感器12接触，移动部件17与左咬合齿15和右咬合齿16的咬合面上布满细齿。
如图4所示，作为本发明的优选实施方式，所述左咬合齿15和右咬合齿16的形状为矩形、三角形或余弦形。
如图1所示，本发明针对不同形状咬合齿的最大等效静摩擦系数的测量装置的测量方法，包括如下步骤：
第一步：将左咬合齿15和右咬合齿16同中间的移动部件17咬合好后，安装在第一卡具18和第二卡具19内，通过调整第一卡具18和第二卡具19内部间隔保证咬合齿的横向刚度，避免在受到上方推力时发生偏转，从而影响实验精度；
第二步：设定一个所需的夹持力大小N，在保证左咬合齿15和右咬合齿16与中间的移动部件17完全咬合后，同时转动左侧推力杆2和右侧推力杆4，通过螺纹丝杠配合连接两根推力杆向前运动，此时左弹簧20和右弹簧21均受压，内部的左导向杆8和右导向杆9起导向作用保证弹簧能够施加轴向的载荷，弹簧所受的压力传递给左力传感器10和右力传感器11以及左咬合齿15和右咬合齿16，不断旋转左导向杆8和右导向杆9，使左力传感器10和右力传感器11的数值大小稳定在N；
第三步：转动上侧推力杆3，通过球形铰链14将上侧推力杆3所带来的扭矩转化为推力从而保证上方力传感器12不会受到附加扭矩；不断转动上侧推力杆3，直到中间的移动部件17与左咬合齿15和右咬合齿16发生滑脱；记录下上方力传感器12的时间历程曲线，读出峰值即为夹持力为N下所能提供的最大输出力F，则对应的静摩擦系数μ＝F/N。
改变N的大小，重复上述实验步骤，线性拟合得到F-N曲线，从而根据斜率得到符合实际的等效静摩擦系数。
Claims (3)
1.一种针对不同咬合齿的等效静摩擦系数的测量装置，包括框架(1)，其特征在于：所述框架(1)内设置有相对布置的左侧推力杆(2)和右侧推力杆(4)以及与左侧推力杆(2)和右侧推力杆(4)垂直的上侧推力杆(3)；所述左侧推力杆(2)、右侧推力杆(4)和上侧推力杆(3)分别与外壳之间的左连接键(7)、右连接键(5)和上连接键(6)通过螺纹丝杠连接相配合；所述左连接键(7)和右连接键(5)内部设置有能够沿轴向移动的左导向杆(8)和右导向杆(9)，左导向杆(8)和右导向杆(9)外部套有左弹簧(20)和右弹簧(21)，左弹簧(20)和右弹簧(21)的一端分别与左侧推力杆(2)和右侧推力杆(4)相连，另一端分别与用于测量夹持力大小的左力传感器(10)和右力传感器(11)相连；所述上侧推力杆(3)前端通过球形铰链(14)与上方力传感器(12)相连；与框架(1)固连的两根支架(13)分别连接两个可调间距的第一卡具(18)和第二卡具(19)，第一卡具(18)和第二卡具(19)分别用于卡接设置在左力传感器(10)和右力传感器(11)另一端的左咬合齿(15)和右咬合齿(16)；所述左咬合齿(15)和右咬合齿(16)间咬合有移动部件(17)，移动部件(17)的上端与上方力传感器(12)接触，移动部件(17)与左咬合齿(15)和右咬合齿(16)的咬合面上布满细齿。
2.根据权利要求1所述的针对不同咬合齿的等效静摩擦系数的测量装置，其特征在于：所述左咬合齿(15)和右咬合齿(16)的形状为矩形、三角形或余弦形。
3.权利要求1所述的针对不同咬合齿的等效静摩擦系数的测量装置的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：将左咬合齿(15)和右咬合齿(16)同中间的移动部件(17)咬合好后，安装在第一卡具(18)和第二卡具(19)内，通过调整第一卡具(18)和第二卡具(19)内部间隔保证咬合齿的横向刚度，避免在受到上方推力时发生偏转，从而影响实验精度；
第二步：设定一个所需的夹持力大小N，在保证左咬合齿(15)和右咬合齿(16)与中间的移动部件(17)完全咬合后，同时转动左侧推力杆(2)和右侧推力杆(4)，通过螺纹丝杠配合连接两根推力杆向前运动，此时左弹簧(20)和右弹簧(21)均受压，内部的左导向杆(8)和右导向杆(9)起导向作用保证弹簧能够施加轴向的载荷，弹簧所受的压力传递给左力传感器(10)和右力传感器(11)以及左咬合齿(15)和右咬合齿(16)，不断旋转左导向杆(8)和右导向杆(9)，使左力传感器(10)和右力传感器(11)的数值大小稳定在N；
第三步：转动上侧推力杆(3)，通过球形铰链(14)将上侧推力杆(3)所带来的扭矩转化为推力从而保证上方力传感器(12)不会受到附加扭矩；不断转动上侧推力杆(3)，直到中间的移动部件(17)与左咬合齿(15)和右咬合齿(16)发生滑脱；记录下上方力传感器(12)的时间历程曲线，读出峰值即为夹持力为N下所能提供的最大输出力F，则对应的静摩擦系数μ＝F/N；
改变N的大小，重复上述实验步骤，通过线性拟合得到F-N曲线，从而根据斜率得到符合实际的等效静摩擦系数。
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