CN107764470A - 一种杠杆式力学标准机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种杠杆式力学标准机，包括杠杆，杠杆上设置有用于与相应杠杆连接件连接的配件连接结构，所述配件连接结构包括上端设置有转动支撑结构的支杆，支杆下端设置有支杆圆弧支撑面，杠杆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处于同一竖直平面内，支杆圆弧支撑的半径大于杠杆圆弧支撑面的半径。本发明提供了一种可以减小杠杆连接件与杠杆之间阻力矩，同时又可降低成本的杠杆式力学标准机。

Description

一种杠杆式力学标准机
技术领域
本发明涉及计量领域中的杠杆式力学标准机。
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。
力学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。力学标准机的杠杆如中国专利CN201210102Y公开的“一种力学标准机用于的杠杆”，该杠杆包括基座和通过刀刃、刀承支撑于基座上的杠杆。检测时，在杠杆上连接砝码和被检定器件，砝码和被检定器件都分别可以称为杠杆连接件，在高精度检定过程中，砝码、被检定器件与杠杆的连接结构至关重要，以为该连接结构会产生一定的阻力矩，该阻力矩会影响最终的检定精度，因此传统意义上都需要该处的阻力矩能够达到最小，才能保证精度。针对杠杆与基座的配合位置也是如此，传统技术中的刀刃、刀承连接出现后，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，用的较多的是气浮轴承，但是这类轴承的价格往往较贵，导致力学标准机的成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以减小杠杆连接件与杠杆之间阻力矩，同时又可降低成本的杠杆式力学标准机。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
杠杆式力学标准机， 包括杠杆，杠杆上设置有用于与相应杠杆连接件连接的配件连接结构，所述配件连接结构包括上端设置有转动支撑结构的支杆，支杆下端设置有支杆圆弧支撑面，杠杆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处于同一竖直平面内，支杆圆弧支撑的半径大于杠杆圆弧支撑面的半径。
所述配件连接结构为砝码连接结构和/或被检器件连接结构。
所述转动支撑结构为用于实现与连接件相连的连接转轴。
所述杠杆包括沿左右方向延伸的杠杆本体和设置于杠杆本体端部的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，杠杆式力学标准机还包括用于与所述杠杆轴挡止配合以限制杠杆左右移动的杠杆移动限位结构。
杠杆轴的每一端均设置有两个间隔布置的转动轴承，杠杆移动限位结构包括位于其中一个转动轴承左侧的左挡块和位于另外一个转动轴承右侧的右挡块，各挡块与对应轴承之间均为线接触，挡块与对应轴承间的接触线与杠杆圆弧支撑面的轴线处于同一高度。
本发明的有益效果为：假设杠杆连接件（杠杆连接件为砝码或被检器件）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杠杆与杠杆连接件间阻力矩的目的。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图；
图2是图1的俯视图
图3是图1的左视图；
图4是图1中配件连接结构处的受力分析图。
具体实施方式
一种杠杆式力学标准机的实施例如图1~4所示：包括基座和支撑于基座上的杠杆，杠杆包括杠杆本体3及设置于杠杆本体右端的用于与砝码1连接的配件连接结构。杠杆本体右端设置有轴线沿前后方向延伸的杠杆轴28，杆杆轴为分体设置的两段式结构，杠杆轴与杠杆本体一起构成了T字形结构，在各段杠杆轴上均沿前后方向间隔布置有两个转动轴承25，每个杠杆轴均对应一对挡块，其中一个挡块为挡止对应转动轴承左侧的左挡块27，另外一个挡块为挡止在另外一个转动轴承右侧的右挡块22，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。在两个杠杆轴之间设置有支撑凸轮，支撑凸轮的顶部为上凸的杠杆圆弧支撑面26，杠杆圆弧支撑面26与杠杆轴同轴线设置。配件连接结构包括上端设置有转动支撑结构的支杆21，本实施例中转动支撑结构为一个与支杆转动配合的连接转轴20，支杆21的下端设置有下凸的支杆圆弧支撑面24，支杆圆弧支撑面24与杠杆圆弧支撑26面滚动接触配合，转动支撑结构的轴线、支杆圆弧支撑面的转动轴线和杠杆圆弧支撑面的转动轴线处于同一竖直平面中，支杆圆弧支撑面24的半径大于杠杆圆弧支撑面26的半径，本实施例中支杆圆弧支撑面的半径为杠杆圆弧支撑面的半径的一百倍。挡块与对应转动轴承之间为线接触关系，挡块与对应转动轴承之间的接触线与杠杆圆弧支撑面的轴线处于同一高度，这样挡块对转动轴承的作用力会过杠杆圆弧支撑面的轴线，不会产生额外的力矩值。
基座包括基座支撑板11，与基座支撑板转动配合的基座支撑轴6，基座支撑板11与杠杆之间也采用类似杠杆圆弧至此面和支杆圆弧支撑面的配合结构，以达到降低该处位置阻力矩的目的，在此对其具体的结构不再详述。图中项9表示设置于杠杆上的左端上圆弧支撑面，项7表示设置于基座支撑板上端的支撑板圆弧支撑面，支撑板圆弧支撑面与左端上圆弧支撑面接触滚动配合，基座支撑轴的轴线、支撑板圆弧支撑面的轴线、左端上圆弧支撑面的轴线同一竖直平面内，在杠杆的左端设置有轴线沿前后方向延伸的扭矩输出轴13，该扭矩输出轴与对应左端上圆弧支撑面同轴线设置。图中项4表示与扭矩输出轴同轴线设置的限位轴。
使用时，将待检定的扭矩传感器连接于扭矩输出轴上，将砝码连接于连接转轴上，以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，同时不产生额外的力矩值。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，转动支撑轴处的切向摩擦力为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表示杠杆所受的压力即mg。图中F3表示杠杆对支杆的支撑力；F4表连接转轴对支杆的压力。
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：杠杆轴、转动轴承和挡块均可以不设；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；砝码也可以不是本力学标准机的一部分，消费者可以自配砝码；本力学标准机也可以不是针对扭矩传感器进行检定，此时不需设置扭矩输出轴，在杠杆远离发明的一端设置有用于与力传感器连接的连接结构，该连接结构可以与配件连接结构相同，也可以不同，当该连接结构采用本实施例中的减矩比结构时，砝码与杠杆之间也可以采用减矩比结构，比如说只是将砝码简单的挂在杠杆上。

Claims (5)

1.一种杠杆式力学标准机， 包括杠杆，杠杆上设置有用于与相应杠杆连接件连接的配件连接结构，其特征在于：所述配件连接结构包括上端设置有转动支撑结构的支杆，支杆下端设置有支杆圆弧支撑面，杠杆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处于同一竖直平面内，支杆圆弧支撑的半径大于杠杆圆弧支撑面的半径。
2.根据权利要求1所述的杠杆式力学标准机，其特征在于：所述配件连接结构为砝码连接结构和/或被检器件连接结构。
3.根据权利要求1所述的杠杆式力学标准机，其特征在于：所述转动支撑结构为用于实现与连接件相连的连接转轴。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的杠杆式力学标准机，其特征在于：所述杠杆包括沿左右方向延伸的杠杆本体和设置于杠杆本体端部的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，杠杆式力学标准机还包括用于与所述杠杆轴挡止配合以限制杠杆左右移动的杠杆移动限位结构。
5.根据权利要求4所述的杠杆式力学标准机，其特征在于：杠杆轴的每一端均设置有两个间隔布置的转动轴承，杠杆移动限位结构包括位于其中一个转动轴承左侧的左挡块和位于另外一个转动轴承右侧的右挡块，各挡块与对应轴承之间均为线接触，挡块与对应轴承间的接触线与杠杆圆弧支撑面的轴线处于同一高度。
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