CN106053009B - 一种压电天平校准加载套 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种压电天平校准加载套。该装置包括加载套主体、加载钉、螺母、加载线，用于压电天平校准中施加校准载荷，确定校准载荷作用点位置以及校准载荷方向。其中，加载套主体上设置测量平面，便于测量加载套的安装位置，保证了加载载荷方向的准确性。加载钉采用由外向里插入和锥面配合的形式，保证了校准载荷力矢量加载点的位置，更换加载点位置和载荷大小更加便捷，提高了压电天平校准加载的重复性精度和校准效率。

Description

一种压电天平校准加载套

技术领域

本发明属于压电天平校准加载装置领域，具体涉及一种压电天平校准加载套。

背景技术

风洞是进行各种飞行器模型气动特性测试的主要设备，针对不同风洞的运行特点，也发明了相适应的天平。压电天平是针对激波风洞短时间脉冲运行的特点而发展的测力试验天平，满足了激波风洞毫秒级试验时间测量模型上气动力的需求。

为了在风洞试验中准确地测量作用在模型上的气动力载荷，风洞天平在试验前需要经过校准以得到天平的使用系数，在风洞试验时，根据天平的输出，再通过天平的使用系数来计算作用在模型上的气动力载荷。

单矢量载荷校准天平的方法，采用砝码作为天平校准载荷，天平的姿态确定并固定后，校准载荷力矢量的方向也就确定了，根据天平与单矢量载荷的空间位置关系，将单矢量载荷分解到天平各个分量上，形成了天平校准所需要的分量载荷。加载套上单矢量载荷作用点也就是天平校准载荷的作用点。在压电天平的校准中，根据压电天平压电元件电荷泄漏特性，使用快速卸载的方式实现反方向载荷的施加。即首先在压电天平加载套上施加砝码载荷，当校准时，将这个加载的砝码载荷快速卸掉，通过加载的反过程（卸载）实现压电天平的校准。

在压电天平的校准时，加载套上载荷施加作用点的形式决定了校准载荷加载点位置的准确性，进而决定了各个分量校准载荷的准确性。如果利用球形铰链作为加载点时，由于球形铰链摩擦的存在，每次卸载校准时，下一次加载不能严格保证卸载载荷作用点位置回到上一次加载的位置上，也就不能严格确保加载点位置的重复性，从而导致压电天平校准的重复性差，不能满足压电天平校准的重复性精度要求。

在美国专利《Single vector calibration system for multi-axis load cellsand method for calibrating a multi-axis load cell》（专利号US6629446B2）中，公开了一种采用双刀口结构加载的方案。这种加载方案对于应变天平的静态校准是有效的，但对于压电天平的动态校准，由于刀口装置的复杂性以及间隙，与球形铰链相同，也不能确保加载点位置重复，从而不能满足压电天平校准的重复性精度方面的要求。此外刀口装置本身的质量相对较大，小载荷校准较困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种压电天平加载套。

本发明的压电天平校准加载套，其特点是，所述的压电天平加载套包括加载套主体、加载钉、螺母、加载线；

所述的加载套主体为一端开口、一端封闭的，外表面开有孔和槽的壳体结构，加载套主体的前后两端分别为前端面和开口端，上下表面分别为上加载梁和下加载梁，开口端通过连接锥面与压电天平紧固连接；

所述的下加载梁的X轴对称线和X轴对称线的左右两侧上分布有加载线孔，所述的前端面的中心点上分布有加载线孔，所述的上加载梁X轴对称线和X轴对称线的左右两侧上分布有加载小孔；

所述的加载线孔采用锥销孔的结构，加载线孔朝向加载套主体外表面的方向为大端面，方便加载钉由外向里插入安装并准确定位；加载钉的锥面端与加载线孔配装，加载钉的螺纹端伸出加载线孔，在加载钉的螺纹端上加工有螺纹，螺纹与螺母配装；

所述的加载钉的内部中心轴线上开有线孔，线孔在锥面端的直径为d1，长度为L1，线孔在螺纹端的直径为d2，长度为L2；加载线的一端穿过线孔的锥面端，在线孔的螺纹端内固定，加载线的另一端吊装标准砝码；加载线的直径为d，d<d1<d2。

加载套主体的材料为铝合金或镁合金中的一种。

d2为d1的2~3倍，L2为L1的0.8~1.2倍，d略小于d1，L1大于等于4mm。

加载钉的材料为黄铜。

加载线的材料为棉线、钢丝绳或钢丝中的一种。

上加载梁的上表面有水平的测量平面，测量平面与压电天平校准加载套的水平面平行。

加载套主体是加载套的主要部件，作为承力部件，主要用于实现对压电天平校准载荷的施加。加载套主体上设置测量平面用于测量加载套主体的安装姿态。为满足同一位置不同校准载荷的需求，可设计不同d1的加载钉。由于d略小于d1，限制加载线在线孔中摆动和晃动，保证了压电天平重复校准时加载点位置的一致性，提高了压电天平校准的重复性。通过更换加载钉的安装位置，实现了同一载荷下不同加载位置校准，满足了压电天平校准量程范围方面的要求。压电天平校准时，校准载荷通过加载线施加到加载套上，最终实现校准载荷的施加。

本发明的压电天平校准加载套具有以下优点：

1.本发明中的压电天平校准加载套，加载套主体上设有测量平面，用于测量确定加载套安装姿态，从而准确确定加载载荷的方向；

2.本发明中的压电天平校准加载套，加载套主体采用轻质材料制成，易于实现小载荷的施加；

3.本发明中的压电天平校准加载套，采用加载钉的加载方案，实现校准载荷加载位置的准确定位，由此准确确定加载载荷的作用点；

4.本发明中的压电天平校准加载套，采用加载钉的加载方案，方便加载位置的快速更换，结合不同载荷变化，满足压电天平校准量程范围方面的要求；

5.本发明中的压电天平校准加载套，能提高压电天平校准加载的重复性；

6.本发明中的压电天平校准加载套，通过更换不同的加载钉和对应的加载线，可以适应和快速更换不同加载载荷。

本发明的压电天平校准加载套，实现了压电天平校准时载荷的加载，同时保证了校准载荷加载方向和加载位置的准确性，提高了压电天平校准的重复性。而且，加载钉采用便于更换的由外向里插入和锥面配合的形式，不仅提高了加载位置变化的效率，也便于实现不同载荷校准天平变化。

附图说明

图1为本发明的压电天平校准加载套的装配示意图；

图2为本发明的压电天平校准加载套的加载套主体结构示意图；

图3为本发明的压电天平校准加载套的加载钉结构剖面图；

图中，1.加载套主体 2.加载线孔 3.连接锥面 4.加载小孔 5.加载钉 6.螺母 7.加载线 8.标准砝码 9.线孔 10.螺纹 11.前端面 12.下加载梁 13.上加载梁 14.开口端201.加载线孔Ⅰ 202.加载线孔Ⅱ 203.加载线孔Ⅲ 204.加载线孔Ⅳ 205.加载线孔Ⅴ206.加载线孔Ⅵ 207.加载线孔Ⅶ。

具体实施方案

下面结合附图和实施例详细介绍本发明。

如图1-图3所示，本发明的压电天平校准加载套，包括加载套主体1、加载钉5、螺母6、加载线7。

加载套主体1为一端开口、一端封闭的，外表面开有孔和槽的壳体结构，加载套主体1的前后两端分别为前端面11和开口端14，上下表面分别为上加载梁13和下加载梁12，开口端14通过连接锥面3与压电天平紧固连接。

加载套主体1的下加载梁12上分布有六个加载线孔2，加载线孔Ⅰ201、加载线孔Ⅱ202、加载线孔Ⅲ203、加载线孔Ⅳ204的孔中心连线沿X轴方向分布在加载套主体1的纵向对称面上，方向平行于Y轴；加载线孔Ⅴ205、加载线孔Ⅵ206的孔中心点偏离加载套主体1的纵向对称面；加载套主体1的前端面（11）的中心点上分布有加载线孔Ⅶ207，其中心线与连接锥面3轴线同轴。

加载套主体1的上加载梁13的X轴对称线和X轴对称线的左右两侧上分布有加载小孔4，加载线7可直接安装在加载小孔4内进行载荷的施加。

加载线孔2采用锥销孔的结构，加载线孔2朝向加载套主体1外表面的方向为大端面，方便加载钉5由外向里插入安装并准确定位；加载钉5的锥面端与加载线孔2配装，加载钉5的螺纹端伸出加载线孔2，在加载钉5的螺纹端上加工有螺纹10，螺纹10与螺母6配装。

在加载套主体1的上加载梁13的外表面设为测量平面，测量平面与压电天平校准加载套的水平面平行。该测量平面方便加载套主体1安装姿态的测量。

加载钉5安装在加载套主体1上，为一个头部带螺纹10的锥销，锥销和螺纹10用于将加载钉5固定安装在加载套主体1上。加载钉5锥销外表面锥度与加载线孔2的锥度相同；加载钉5的内部中心轴线上开有线孔9，线孔9轴线与加载钉5外表面锥面轴线同轴；线孔9的在锥面端的直径略大于加载线7的直径，长度大于4mm，确保加载线7在线孔9中不晃动或摆动。线孔9在螺纹端的直径为锥面端的直径的2~3倍，长度为锥面端的0.8~1.2倍，以便于加载线7在孔内打结，限制加载线7的一端线头从线孔9中滑出。

加载线7的一端穿过线孔9的锥面端，在线孔9的螺纹端内固定，加载线7的另一端吊装标准砝码8。标准砝码8通过加载线7作用在加载套主体1上，最后通过加载套主体1传递到压电天平上，实现对压电天平的加载。

不同载荷对应使用不同d的加载线7，并使用相对应d1的加载钉5，满足校准载荷大小变化方面的需求。

实施例

在压电天平校准时，首先将压电天平固定安装在校准座上，再将加载套主体1初步安装在压电天平上，此时加载套主体1与压电天平没有紧固连接，可以适当变化加载套主体1的姿态，通过加载套主体1上的测量平面测量并调整与压电天平的相对位置关系，随后固定加载套主体1与压电天平的连接，并确保在压电天平的校准过程中相对位置不改变。加载线7一端通过线孔9安装在加载钉5上，另一端连接标准砝码8。加载钉5安装在加载套主体1的加载线孔2上，通过螺母6将加载钉5固定在加载套主体1上，加载钉5安装完成后，加载钉5的大端面与加载套主体1的外表面齐平。标准砝码8的载荷通过加载线7施加在加载套主体1上，再通过加载套主体1传递到压电天平上。在压电天平校准的过程中，通过改变加载钉5在加载线孔2上的位置来改变加载载荷的位置，也就实现了加载矢量作用点的变化，载荷加载的方向由重力作用来保证，校准载荷方向的改变由压电天平姿态变化实现，加载载荷的大小变化由改变加载钉5以及对应的加载线7并结合改变砝码质量大小来实现。

为满足不同校准载荷的需求，可设计不同d1的加载钉5，线孔9的d1与加载线7的直径d相等或稍大，使得加载线7穿入线孔9后不会在直径方向上松动或晃动，线孔9与加载钉5外表面锥销同轴。

在需要更换校准载荷的位置时，将螺母6松开后，加载钉5可以方便地从加载套主体1上一个加载线孔2由里向外取出，并由外向里更换安装到另一个加载线孔2上。

为减轻加载套的质量对天平校准结果的影响，加载套主体1选用强度高、密度小的铝合金或镁合金制成。

为满足快速卸载的要求，加载线7选用高强度、变形小的细线，包括尼龙绳、棉线、细钢丝、细钢丝绳。

加载钉5采用黄铜制成。

Claims (6)

1.一种压电天平校准加载套，其特征在于，所述的压电天平校准加载套包括加载套主体（1）、加载钉（5）、螺母（6）、加载线（7）；

所述的加载套主体（1）为一端开口、一端封闭的，外表面开有孔和槽的壳体结构，加载套主体（1）的前后两端分别为前端面（11）和开口端（14），上下表面分别为上加载梁（13）和下加载梁（12），开口端（14）通过连接锥面（3）与压电天平紧固连接；

所述的下加载梁（12）的X轴对称线和X轴对称线的左右两侧上分布有加载线孔（2），所述的前端面（11）的中心点上分布有加载线孔（2），所述的上加载梁（13）X轴对称线和X轴对称线的左右两侧上分布有加载小孔（4）；

所述的加载线孔（2）采用锥销孔的结构，加载线孔（2）朝向加载套主体（1）外表面的方向为大端面，方便加载钉（5）由外向里插入安装并准确定位；加载钉（5）的锥面端与加载线孔（2）配装，加载钉（5）的螺纹端伸出加载线孔（2），在加载钉（5）的螺纹端上加工有螺纹（10），螺纹（10）与螺母（6）配装；

所述的加载钉（5）的内部中心轴线上开有线孔（9），线孔（9）在锥面端的直径为d1，长度为L1，线孔（9）在螺纹端的直径为d2，长度为L2；加载线（7）的一端穿过线孔（9）的锥面端，在线孔（9）的螺纹端内固定，加载线（7）的另一端吊装标准砝码（8）；加载线（7）的直径为d，d<d1<d2。

2.根据权利要求1所述的压电天平校准加载套，其特征在于，加载套主体（1）的材料为铝合金或镁合金中的一种。

3.根据权利要求1所述的压电天平校准加载套，其特征在于，d2为d1的2~3倍，L2为L1的0.8~1.2倍，d略小于d1，L1大于等于4mm。

4.根据权利要求1所述的压电天平校准加载套，其特征在于，加载钉（5）的材料为黄铜。

5.根据权利要求1所述的压电天平校准加载套，其特征在于，加载线（7）的材料为棉线、钢丝绳或钢丝中的一种。

6.根据权利要求1所述的压电天平校准加载套，其特征在于，上加载梁（13）的上表面有水平的测量平面，测量平面与压电天平校准加载套的水平面平行。