CN105466612B - 一种双弹簧恒定压力施加装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双弹簧恒定压力施加装置，属于电接触测试领域。该装置包括：支架、连接件、伺服电机、中心轴、施力杆、压力传感器、螺旋弹簧、板簧、滚珠丝杠、滑块、控制单元和电气柜。伺服电机通过连接件安装在支架顶端，与伺服电机连在一起的滚珠丝杠将电机的转动转换为滑块的平动，进而驱动与滑块固定一起的施力杆做上下运动，施力杆套通过依次套在中心轴上段的压力传感器和螺旋弹簧，将位移传递给与中心轴固定在一起的板簧。本发明施加的压力值可以是规定范围内的连续任意值，压力值被实时检测，并且通过双弹簧的应用和反馈调节机制可以有效减弱由于突发弹跳、变形引起的压力剧变，提高竖直压力施加的准确性和恒定性。
Description
技术领域
本发明涉及弱电电接触测试领域，特别涉及一种双弹簧恒定压力施加装置。
背景技术
电接触广泛存在于电子和电力系统中，元件之间、电路之间、设备之间乃至元件内部之间都需要可靠的电子连接。在电子连接的两个元件之间，存在接触电阻，影响接触电阻的因素主要有接触斑点形状、接触形式、接触压力、温度、污染、接触面的光洁度、导体材料性质、表面镀层等。
其中，接触压力是一项重要因素。没有足够的压力，只靠加大接触面的外形尺寸，并不能使接触电阻有明显的下降。
接触电阻包括收缩电阻和膜层电阻，当增大接触压力F，材料受压超过弹性变形的极限，就会产生塑性变形，这时接触面增加，接触点数也增加，收缩电阻减小。同时，增大接触压力可以压碎金属表面的薄膜，使膜层电阻下降。所以接触压力的大小，会显著影响接触电阻值的大小。
此外，在微动和滑动过程中，接触压力的大小直接影响接触对的摩擦力的大小，进而影响接触对的摩擦和磨损特性。接触压力的大小会对接触电阻造成显著的影响。
为保证电接触的可靠性，得到低值而稳定的接触电阻。进行相关的实验是电接触研究中必不可少的环节。在电接触领域，特别是对于通信用低压连接器，采用的接触压力较小，但接触压力的变化范围较宽，从几克力到上百克力。因此，要求实验装置必须可以进行小压力的准确施加，在动态接触电阻测试中更要求实验装置本身的侧向（相对实验装置的垂直方向）刚度大能抵抗侧向剪切力，垂直方向刚度小，可减少加载力的损失，同时要有一定的抗反弹能力，可减小实验中触头的跳动，保证接触压力的准确稳定。
图2为现有的电接触测试系统中法向压力（接触压力）施加装置示意图。参见图2，该法向压力施加装置包括砝码201、滚花圆螺母202、导柱203、平衡弹簧204、线性轴承205、支撑板206以及触头夹具207。其中，
砝码201，用于调整施加在接触区上的法向压力的大小；
滚花圆螺母202，通过内螺纹与导柱203配合，用于调节导柱203相对于线性轴承205上、下的位移，即调节触头相对于样片之间的距离；
导柱203，为阶梯轴，贯穿整个结构，上端通过螺纹与滚花圆螺母202配合，由平衡弹簧平衡其重量，砝码201可加载于导柱203顶端，由导柱203将砝码201产生的负载传递至底端的接触区；
平衡弹簧204，导柱203从平衡弹簧204中心穿过，滚花圆螺母202架设置在平衡弹簧204上，用于平衡滚花圆螺母202、导柱203、触头夹具207和触头的重量，平衡弹簧204的一端设置在滚花圆螺母202上，另一端设置在导柱203的台阶上；
线性轴承205，通过螺钉将其固定在支撑板206上，用于限制导柱203的自由度，使导柱203只能上下运动；
支撑板206，用螺母固定在在支撑柱上，将整个法向压力施加装置架起一定的高度，提供合适的操作空间；
触头夹具207，通过过盈配合和导柱203装配在一起，用于将触头固定在导柱203底部；
该法向压力施加装置可以通过旋转滚花圆螺母202，从而调整导柱203下伸的长度，从而调整导柱203下端装夹的触头与样片之间的距离，实验开始前首先调整触头和样片之间的距离，把触头调整到刚刚接触到样片，接触压力为零的初始位置，然后加载砝码201，开始实验。
由上述可见，现有的电接触测试系统中法向压力施加装置存在以下不足：
一、动态接触电阻测试实验中法向压力不稳定，在滑动情况下，因为触头和样片表面不是绝对的平滑，都有一定的粗糙度，所以在触头相对于样片进行滑动的时候，由于弹簧的刚度较小，触头会因为瞬时向上的冲击产生跳跃现象，而该法向压力施加装置并没有抑制触头向上弹跳的结构，导致法向压力的大小会突变，并且触头向上弹跳的时候造成触头和样片之间的电路会断路，导致实验数据突变；
二、结构侧向间隙没有消除，不能抵抗侧向剪切力，导柱与线性轴承是过渡配合，他们之间有间隙，在滑动这种大幅度往复运动情况下，导柱就会周期性的对线性轴承产生撞击，时间长了，会影响设备的实验精度；
三、施加的压力值只能是特定值不是连续可调的，通过砝码施加压力，砝码的数量是有限的，其组合搭配的种类数量也是有限的，并且不是连续的，所以只能施加有限种类的压力值。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个主要目的在于提供一种结构合理，提高滑动接触电阻测试中施加连续可调的接触压力的准确性、恒定性，操作简单、方便，提高测试效率和质量的双弹簧恒定压力施加装置。
为达到上述目的，本发明的结构特点是：包括支架，支架边侧通过连接件中部安装有伺服电机，连接件末端固设有向下延伸的滑块，滑块中部设有上下延伸的长条状限位槽，限位槽内设有沿限位槽上下滑动的施力杆，伺服电机通过滚珠丝杠与施力杆内端传动配合并驱动施力杆上下滑动，支架中部安装有横向设置的板簧，板簧中部固设有竖直设置的中心轴，中心轴上部套装有压力传感器，压力传感器和板簧之间的中心轴上支撑套装有螺旋弹簧，施力杆外端设有与中心轴上下滑动套装配合的孔或槽，施力杆外端与压力传感器顶面按压配合，还包括与伺服电机和压力传感器电连接的控制单元和电气柜。
作为改进，板簧通过两端的固定孔安装在支架上，板簧中心部设有与中心轴插装配合的中心孔，板簧中部开有若干调节孔。
作为进一步改进，所述调节孔的形状是圆形或多边形或条带形，各调节孔相对中心轴对称设置。
作为改进，所述控制单元包括控制电脑和数据采集卡，电气柜包括端子板、电机驱动器和压力监控器，数据采集卡通过PCI插槽与控制电脑相连接，数据采集卡的引出线与端子板相连接，电机驱动器和压力监控器通过数据线连接到端子板的相应数据端口上，伺服电机通过数据线与电机驱动器连接，压力传感器通过数据线与压力监控器相连接。
伺服电机通过连接件安装在支架顶端，与伺服电机连在一起的滚珠丝杠将电机的转动转换为滑块的平动，进而驱动与滑块固定一起的施力杆做上下运动，施力杆套通过依次套在中心轴上段的压力传感器和螺旋弹簧，将位移传递给与中心轴固定在一起的板簧。所述的双弹簧是板簧与螺旋弹簧的结合，板簧通过两端的固定孔安装在支架上，板簧表面开有调节孔以此来调节板簧的倔强系数，调节孔的形状是圆形、多边形、条带形的组合和阵列。
控制单元包括控制电脑和数据采集卡，电气柜包括端子板、电机驱动器和压力监控器，数据采集卡通过PCI插槽与控制电脑相连接，数据采集卡的引出线与端子板相连接，电机驱动器和压力监控器通过数据线连接到端子板的相应接口上。
其中，支架用于支撑整套装置，将整个装置架起一定的高度，提高需要的工作空间，并方便安装固定连接件与板簧。
连接件，固定安装在支架的顶端，用于固定伺服电机。
伺服电机，用于对接触点施加压力，通过压力传感器的压力值控制伺服电机的正向、反向转动及停止转动，从而提供恒定压力。
中心轴，用于将伺服电机施加的压力准确的传递至接触区，并使触头沿垂直线固定，中心轴上段穿过施力杆、压力传感器、螺旋弹簧，下端固定在板簧上，施力杆与板簧分别固定并隔开一定的距离，提高整个机构的侧向刚度，从而提高了系统的抗侧向剪切力能力。
施力杆，用于将伺服电机产生的压力通过自身传递至压力传感器，进而通过螺旋弹簧和板簧施加到接触区，施力杆的刚度大，可使伺服电机产生的压力全部传递至接触区。
压力传感器，是一种环状的压电型压力传感器，用于检测伺服电机通过施力杆施加的压力大小。
螺旋弹簧，用于将伺服电机通过施力杆施加的压力传递至接触区。
板簧，使用锡磷青铜制造并进行热处理，用于配合螺旋弹簧减弱由于突发弹跳、变形引起的压力剧变，提高竖直压力施加的准确性和恒定性。
滚珠丝杠，用于将伺服电机产生的转动转换为直线运动，从而带动滑块和施力杆做竖直方向的运动。
滑块，用于固定施力杆，进而带动施力杆做竖直运动。
控制单元，用于输出伺服电机控制信号和接受压力监控器反馈的压力信号，通过设定压力值，根据压力监控器的检测值判定是否符合压力设定值，从而通过控制伺服电机驱动器控制伺服电机的正向、方向转动及停止转动，最终得到设定的压力值。
由上述的技术方案可见，本发明提供的一种双弹簧恒定压力施加装置，通过压力传感器可以实时测量压力的数值，通过反馈保持压力的恒定，并且通过双弹簧的应用可以有效减弱由于突发弹跳、变形引起的压力剧变，提高竖直压力施加的准确性和稳定性。
附图说明
图1是本发明的三维结构示意图；
图2是传统压力施加装置结构示意图；
图3是板簧结构示意图；
图4是压力传感器示意图；
图5是本发明的工作流程图；
图6是本发明的电气控制原理框图。
图中：101-支架；102-连接件；103-伺服电机；104-中心轴；105-施力杆；106-压力传感器；107-螺旋弹簧；108-板簧；109-滚珠丝杠；110-滑块；111-控制单元；112-电气柜；201-砝码；202滚花圆螺母；203-导柱；204-平衡弹簧；205-线性轴承；206-支撑板；207-触头夹；301-固定孔；302-调节孔；303-中心轴孔。
具体实施方式
为了进一步理解本发明的技术方案，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
各部件介绍如下：
支架101，用于支撑整套装置，将整个装置架起一定的高度，提高需要的工作空间，并方便安装固定连接件102与板簧108。
连接件102，固定安装在支架101的顶端，用于固定伺服电机103，实际应用中，可根据伺服电机103的形状改变连接件102的形状，从而方便固定伺服电机103。例如，采用T型连接件102，不仅保证安装固定伺服电机103的方便性，而且保证了滑块110的运动路径是沿垂直方向的，进而确保对接触区施加的力是垂直方向的。
伺服电机103，用于对接触点施加压力，通过压力传感器106的压力值控制伺服电机103的正向、反向转动及停止转动，从而提供恒定的压力。
中心轴104，用于将伺服电机103施加的压力准确的传递至接触区，并使触头沿垂直线固定，中心轴104上段穿过施力杆105、压力传感器106、螺旋弹簧107，下端固定在板簧108上，施力杆105与板簧108分别固定并隔开一定的距离，提高整个机构的侧向刚度，从而提高了系统的抗侧向剪切力能力。
施力杆105，用于将伺服电机103产生的压力通过自身传递至压力传感器106，进而通过螺旋弹簧107和板簧108施加到接触区，施力杆105的刚度大，可使伺服电机103产生的压力全部传递至接触区。
较佳的，施力杆105的顶端设有与中心轴104配合的通孔，方便使用安装配合，并且使施力杆105传递的压力完整的施加在压力传感器106上，保证了压力传感器106检测到的压力误差最小。
压力传感器106，用于检测伺服电机103通过施力杆105施加的压力大小。
图4为本发明双弹簧恒定压力施加装置的压力传感器106结构示意图。压力传感器中心为圆孔，用于与中心轴104相互配合安装。
螺旋弹簧107，用于将伺服电机103通过施力杆105施加的压力传递至接触区。
板簧108，用于配合螺旋弹簧107减弱由于突发弹跳、变形引起的压力剧变，提高竖直压力施加的准确性和恒定性。
图3为本发明双弹簧恒定压力施加装置的板簧108结构示意图。板簧108是由锡磷青铜制造并进行热处理，板簧108中心开中心轴孔303，用于与中心轴104相配合，中心轴104与板簧108之间通过螺纹固定安装在一起，由此消除了施力部件之间的间隙，提高了施力侧向稳定性。板簧通过两端的固定孔301安装在支架101上，板簧表面开有调节孔302用于调节板簧108的倔强系数，调节孔302的形状是圆形、多边形、条带形的组合和阵列，调节孔302的数量可以根据实际需要确定，例如，根据螺旋弹簧107的弹性以及侧向刚度等因素确定，本发明中，调节孔302的数量设置为左右对称的，每侧设置9个。
滚珠丝杠109，用于将伺服电机103产生的旋转运动转换为直线运动，从而带动滑块110和施力杆105做垂直方向的运动。
滑块110，用于固定施力杆105，进而带动施力杆105做上下运动。
图5、图6分别为本发明双弹簧恒定压力施加装置工作流程图和电气控制图。
控制单元111包括控制电脑和数据采集卡，电气柜112包括端子板、电机驱动器和压力监控器，数据采集卡通过PCI插槽与控制电脑相连接，数据采集卡的引出线与端子板相连接，电机驱动器和压力监控器通过数据线连接到端子板的相应接口上。
控制单元111，用于设定压力值、输出电机的控制信号并接受压力监控器反馈的信号，根据压力监控器的检测值判定是否符合压力设定值，从而通过控制电机驱动器控制伺服电机103的正向、反向转动及停止转动，即控制中心杆104向下、向上和停止运动，进而可控制施加压力值的增大、减小和保持不变，从而得到设定的压力值。
参见图5、图6，预先在控制单元111内设定压力值，伺服电机103施加的压力通过压力传感器106检测反馈到控制单元111进行对比判定，根据判定结果改变伺服电机103的转动，例如，如果压力值小于设定值，伺服电机103正向转动，继续施加压力，达到设定值为止，如果压力等于设定值，伺服电机103停止转动，保持施加的压力恒定不变，如果压力大于设定值，伺服电机103反向转动，减小施加的压力，达到设定值为止。控制单元111判定压力值和控制电机转动是实时的。
本发明可以施加在规定范围内的连续可变的任意压力值，在实验过程中压力值是被实时检测，并且通过双弹簧的应用和反馈机制可以有效减弱由于突发弹跳、变形引起的压力剧变，提高竖直压力施加的准确性和恒定性。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明所主张的权利范围应以本发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (4)
1.一种双弹簧恒定压力施加装置，其特征在于：包括支架（101），支架（101）边侧通过连接件（102）中部安装有伺服电机（103），连接件（102）末端固设有向下延伸的滑块（110），滑块（110）中部设有上下延伸的长条状限位槽，限位槽内设有沿限位槽上下滑动的施力杆（105），伺服电机（103）通过滚珠丝杠（109）与施力杆（105）内端传动配合并驱动施力杆（105）上下滑动，支架（101）中部安装有横向设置的板簧（108），板簧（108）中部固设有竖直设置的中心轴（104），中心轴（104）上部套装有压力传感器（106），压力传感器（106）和板簧（108）之间的中心轴（104）上支撑套装有螺旋弹簧（107），施力杆（105）外端设有与中心轴（104）上下滑动套装配合的孔或槽，施力杆（105）外端与压力传感器（106）顶面按压配合，还包括与伺服电机（103）和压力传感器（106）电连接的控制单元和电气柜。
2.如权利要求1所述的一种双弹簧恒定压力施加装置，其特征在于：板簧（108）通过两端的固定孔（301）安装在支架（101）上，板簧（108）中心部设有与中心轴（104）插装配合的中心孔（303），板簧（108）中部开有若干调节孔（302）。
3.如权利要求2所述的一种双弹簧恒定压力施加装置，其特征在于：所述调节孔（302）的形状是圆形或多边形或条带形，各调节孔（302）相对中心轴（104）对称设置。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的一种双弹簧恒定压力施加装置，其特征在于：所述控制单元（111）包括控制电脑和数据采集卡，电气柜（112）包括端子板、电机驱动器和压力监控器，数据采集卡通过PCI插槽与控制电脑相连接，数据采集卡的引出线与端子板相连接，电机驱动器和压力监控器通过数据线连接到端子板的相应数据端口上，伺服电机（103）通过数据线与电机驱动器连接，压力传感器（106）通过数据线与压力监控器相连接。
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2015
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