CN107677417A - 一种杠杆式的力标准机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种杠杆式的力标准机，包括基座和支撑于所述基座上的设置有力输出结构的杠杆，基座包括下端设置有转动支撑结构的支杆，支杆的上端设置有支杆圆弧支撑面，杠杆包括沿左右方向延伸的杠杆本体，杠杆本体上设置有与支杆圆弧支撑面滚动接触配合的杠杆圆弧支撑面，杠杆圆弧支撑面的轴线、支杆圆弧支撑面的轴线和转动支撑结构的轴线在同一竖直平面内，支杆圆弧支撑面的半径大于杠杆圆弧支撑面的半径，杠杆本体上还设置有与杠杆圆弧支撑面同轴线设置的杠杆轴，力标准机还包括用于与杠杆轴挡止配合以限制杠杆左右移动的挡止结构。本发明提供了一种可以减小支撑位置阻力矩，同时又可降低成本的杠杆式的力标准机。
Description
技术领域
本发明涉及计量领域中的杠杆式的力标准机。
背景技术
目前，在整个力值检定系统中，杠杆起着重要的作用，力标准机可分为两类：第一类为产生力值的固定式标准器。这类标准器按结构为分为净重式，杠杆式、液压式和叠加式；第二类为传递力值的各种便携式标准器，这种标准器按其测量原理可分为百分表式、水银箱式、光学式、激光式、应变式、压磁式、电感式、电容式、振弦式等测力仪。
杠杆式力标准机以砝码产生的力作为标准负荷，经过适当的杠杆机构放大后把力值或扭矩值加到被检测力仪上。杠杆式力标准机的杠杆如中国专利CN201210102Y公开的“一种杠杆式力标准机用的杠杆” ，包括基座和通过刀刃、刀承支撑于基座上的杠杆。在杠杆式力标准机对被检定器件检定时，刀刃与刀承之间的阻力矩会影响检定精度，因此传统意义上都需要该处的阻力矩能够达到最小，才能保证检定精度，所以在传统技术的刀刃、刀承支撑后，相继出现了气浮轴承、油浮轴承、磁浮轴承等先进轴承来减小阻力矩，用的较多的气浮轴承，但是这类轴承的价格往往较贵，导致杠杆式力标准机的成本较高。发明内容
本发明的目的在于提供一种可以减小支撑位置阻力矩，同时又可降低成本的杠杆式的力标准机。
为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：
一种杠杆式的力标准机， 包括基座和支撑于所述基座上的设置有力输出结构的杠杆，基座包括下端设置有转动支撑结构的支杆，支杆的上端设置有支杆圆弧支撑面，杠杆包括沿左右方向延伸的杠杆本体，杠杆本体上设置有与支杆圆弧支撑面滚动接触配合的杠杆圆弧支撑面，杠杆圆弧支撑面的轴线、支杆圆弧支撑面的轴线和转动支撑结构的轴线在同一竖直平面内，支杆圆弧支撑面的半径大于杠杆圆弧支撑面的半径，杠杆本体上还设置有与杠杆圆弧支撑面同轴线设置的杠杆轴，杠杆轴与杠杆本体构成T形结构，力标准机还包括用于与杠杆轴挡止配合以限制杠杆左右移动的挡止结构。
挡止结构包括两对分别设置于杠杆轴两端的转动轴承，各对转动轴承中的两个转动轴承沿杠杆轴轴向间隔布置，两对分别与对应一对转动轴线相配合的挡块，每对挡块中的一个挡块挡于对应一对转动轴承中的一个转动轴承的左侧，另外一个挡块挡于该对转动轴承中的另外一个转动轴承的右侧。
所述力输出结构包括与所述杠杆圆弧支撑面同轴线设置的扭矩输出轴。
杠杆上远离所述杠杆圆弧支撑面的一端设置有砝码连接结构，所述力输出结构包括设置于所述杠杆上的挂连结构，挂连结构和砝码连接结构分设于所述杠杆圆弧支撑面的轴线的两侧。
所述杠杆圆弧支撑面为下凸弧面，所述支杆圆弧支撑面为上凸弧面。
本发明的有益效果为：假设砝码的重量为mg，转动支撑结构的转动半径为R3，转动支撑结构处的切向摩擦力为F1，支杆圆弧支撑面的半径为R2，杠杆圆弧支撑面的半径为R1，支杆圆弧支撑面受杠杆的切向摩擦力为F2，杠杆圆弧支撑面受支杆的切向摩擦力为F0。F1=μmg，μ表示滚动摩擦系数，mg表示砝码的重量，F0与F2互为反作用力，F1与F2方向相反，大小相同，且F1*R3=F2*R2，所以F0=F2=F1*R3/R2，杠杆圆弧支撑面位置产生的阻力矩T0=F0*R1=F1*R3*R1/R2，而现有技术中的标准阻力矩T=F1*R3，由此可见R1/R2的比值又称减矩比，对阻力矩有决定性作用，由于本发明中R1小于R2，因此本发明达到了减小阻力矩的目的。
附图说明
图1是本发明的实施例1的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的左视图；
图4是图1的各部件的受力分析图；
图5是本发明的实施例2的结构示意图。
具体实施方式
一种杠杆式的力标准机的实施例1如图1~4所示：包括基座和支撑于所述基座上的杠杆，杠杆包括杠杆本体3及设置于杠杆本体左端的轴线沿前后方向延伸的杠杆轴4杠杆轴，杠杆轴为分段式结构，两段杠杆轴分设于杠杆本体的前后两侧，杠杆轴与杠杆本体一起构成了T字形结构。在各杠杆轴上均沿前后方向间隔布置有两个转动轴承10，每个杠杆轴均对应一对挡块，其中一个挡块8挡在对应转动轴承的左侧，另外一个挡块8挡在另外一个转动轴承的右侧，转动轴承和挡块构成用于与杠杆轴挡止配合以限制杠杆左右移动的挡止结构。其中一个杠杆轴上设置有用于扭矩输出的扭矩输出轴13。在两个杠杆轴之间设置有支撑凸轮12，支撑凸轮的底部为下凸的杠杆圆弧支撑面9，杠杆圆弧支撑面9与杠杆轴同轴线设置。杠杆本体的右端设置有砝码连接结构2，本实施例中砝码连接结构为一个挂孔，使用时，砝码可以挂接在挂孔中。挡块与转动轴承之间为线接触，挡块与转动轴承的接触线与杠杆圆弧支撑面的轴线处于同一高度且平行，这样挡块对杠杆轴的作用力过杠杆圆弧支撑面的中心线，不会产生额外扭矩。
基座包括下端设置有转动支撑结构的支杆11，本实施例中转动支撑结构为一个转动支撑轴6，支杆的上端设置有上凸的支杆圆弧支撑面7，支杆圆弧支撑面7与杠杆圆弧支撑面9支撑滚动配合，杠杆圆弧支撑面9的轴线、支杆圆弧支撑面7的轴线和转动支撑轴6的轴线在同一竖直平面内，杠杆圆弧支撑面9的直径小于支杆圆弧支撑面7的直径，本实施例中杠杆圆弧支撑面的直径为支杆圆弧支撑面直径的一百分之一。
使用时，将待检定的扭矩传感器连接于扭矩输出轴上，在发明连接结构上挂装砝码来实现对扭矩传感器的检定，两对配合的挡块可以防止杠杆左右移动。为保证检定结果的精度，应当尽量减小杠杆圆弧支撑面处的阻力矩。本发明中的受力分析如图4所示：定义砝码的重量为mg，转动支撑轴转动半径为R3，转动支撑结构处的切向摩擦力为F1，支杆圆弧支撑面的半径为R2，杠杆圆弧支撑面的半径为R1，支杆圆弧支撑面受杠杆的切向摩擦力为F2，杠杆圆弧支撑面受支杆的切向摩擦力为F0；F表示转动支撑轴对支杆的支撑力。图中F3表示杠杆对支杆的压力；F4表连接转轴对支杆的支撑力。
F1=μF=μmg，μ表示滚动摩擦系数，F0与F2互为反作用力，F1与F2方向相反，大小相同，且F1*R3=F2*R2，所以F0=F2=F1*R3/R2，杠杆圆弧支撑面位置产生的阻力矩T0=F0*R1=F1*R3*R1/R2=现有技术中的标准阻力矩T=F1*R3，由此可见R1/R2的比值又称减矩比。假设本实施例中，R1=3mm，R3=30mm，R2=300mm，T：T0=100:1。转动支撑轴承担主要重量，R3在满足强度情况下，可以尽量地做小，如现有技术中到刀刃、刀承转动支撑结构。决定减小阻力矩的关键是R1、R2的比值。
在本发明的其它实施例中：转动轴承还可以不设，此时挡块可以直接顶在杠杆轴上；杠杆轴也可以是整根轴结构；杠杆圆弧支撑面也可以是上凹的圆弧支撑面，此时支杆圆弧支撑面为上凸的圆弧支撑面；转动支撑结构还可以是支撑孔；支杆圆弧支撑面也可以是下凹的圆弧支撑面，此时杠杆圆弧支撑面为下凸的圆弧支撑面；R1与R2之间的比值可以根据需要进行选择，比如说R2可以是R1的50倍、150倍或其它大于1的任意倍数。
一种力标准机的实施例2如图5所示：实施例2与实施例1不同的是：力输出结构包括设置于杠杆上的挂连结构14，挂连结构和砝码连接结构2分设于杠杆圆弧支撑面9的轴线的两侧，使用时将力传感器挂在挂连结构上，实现力传感器的检定。
Claims (5)
1.一种杠杆式的力标准机， 包括基座和支撑于所述基座上的设置有力输出结构的杠杆，其特征在于：基座包括下端设置有转动支撑结构的支杆，支杆的上端设置有支杆圆弧支撑面，杠杆包括沿左右方向延伸的杠杆本体，杠杆本体上设置有与支杆圆弧支撑面滚动接触配合的杠杆圆弧支撑面，杠杆圆弧支撑面的轴线、支杆圆弧支撑面的轴线和转动支撑结构的轴线在同一竖直平面内，支杆圆弧支撑面的半径大于杠杆圆弧支撑面的半径，杠杆本体上还设置有与杠杆圆弧支撑面同轴线设置的杠杆轴，杠杆轴与杠杆本体构成T形结构，力标准机还包括用于与杠杆轴挡止配合以限制杠杆左右移动的挡止结构。
2.根据权利要求1所述的力标准机，其特征在于：挡止结构包括两对分别设置于杠杆轴两端的转动轴承，各对转动轴承中的两个转动轴承沿杠杆轴轴向间隔布置，两对分别与对应一对转动轴线相配合的挡块，每对挡块中的一个挡块挡于对应一对转动轴承中的一个转动轴承的左侧，另外一个挡块挡于该对转动轴承中的另外一个转动轴承的右侧。
3.根据权利要求1所述的力标准机，其特征在于：所述力输出结构包括与所述杠杆圆弧支撑面同轴线设置的扭矩输出轴。
4.根据权利要求1所述的力标准机，其特征在于：杠杆上远离所述杠杆圆弧支撑面的一端设置有砝码连接结构，所述力输出结构包括设置于所述杠杆上的挂连结构，挂连结构和砝码连接结构分设于所述杠杆圆弧支撑面的轴线的两侧。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的力标准机，其特征在于：所述杠杆圆弧支撑面为下凸弧面，所述支杆圆弧支撑面为上凸弧面。
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