CN1171842A - 带有径向刚性钢丝悬挂的支承装置 - Google Patents

带有径向刚性钢丝悬挂的支承装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及测量或敏感仪器,包括(但不限于)粘度计,具有一位于传动轴和从动轴组件(18、16)之间的琴用钢丝支承(20)或类似的高抗拉强度钢丝支承和相称的支架,以消除、特别是在高转速下消除阻力、摩擦、径向准直误差和振动等问题,整个地提高仪器的精度、测量速度或其他方面的灵敏度,包括允许大角偏转或小角偏转(一度以下的全满标)以及提供轴向和径向刚度。仪器在使用中还可带一板件,以便测量锥形板、摆动和法向力。

Description

带有径向刚性钢丝悬挂的支承装置
发明的背景
本发明涉及用于测量旋转扭矩的仪器装置，其特征是该装置具有一用作扭转连接件的轴向和径向刚性支承。
现有扭转连接件如盘簧所存在的问题是：速度高、旋转力大而由钢丝伸张和摩擦阻力所引起的明显误差使径向准直性较差。现有技术仪器的例子是美国马萨诸塞州Stoughtan区Brookfield Engineering Laboratories公司的DV-2，3型粘度计。
本发明的目的是克服上述困难。
本发明的另一目的是提供一种极高速的性能。
本发明的另一目的是取得精确的准直度。
本发明的另一目的是减小或消除刚性支承结构中的旋转摩擦。
本发明的再一目的是提供一种减振装置，对这类扭转装置的扭转准确性来说振动是很有害的。
发明的概述
本发明涉及测量或敏感仪器，包括(但不限于)粘度计，具有一位于驱动轴和从动轴组件(18、16)之间的琴用钢丝(琴弦)支承(20)或类似的高抗拉钢丝支承和相称的支架以消除特别是在高转速下消除阻力、摩擦、径向准直误差和振动等问题，提高整个仪器的精度、测量速度或其他方面的灵敏度，包括允许大角偏转或小角偏转(一度以下的满标)的特性以及轴向和径向刚度。仪器在使用中还可带一板件，以便测定摆动和法向作用力。
本发明提供一种具有高抗拉强度的钢丝扭转支承，如琴用钢丝扭转支承，这种钢丝为一种淬硬钢丝，其抗拉强度为90,000 psi，弹性模量(E)为27.6×106psi，扭转切变模量(G)为10.6×106psi。但本发明可广泛地来用E和G值很高、足以取得轴向支承而可承受较大扭转弹性变形的钢丝，使钢丝即使承受10磅以上的轴向负荷(在本文的下一段落内典型地取为2-4磅，但在本文的其他部分内负荷则与此不同)也不会产生永久性轴向变形。
在粘度计部分内，一般采用的钢丝直径为0.003-0.025英寸，典型的为0.006或0.012英寸。这种钢线装在粘度计旋转传动装置的旋转中心上，由于其直径很细而长度相对较长(典型的长度为2英寸，直径为0.012英寸，一般长与直径之比超过100∶1)。其旋转扭矩很小，即使在高速旋转下也基本上无离心力。在其满标角偏转为45-90°(典型的约为75°)时，其扭矩为0-10,000 dyne-cm(典型的约为7,000)。钢丝靠近其两端或在其两端周围装有宝石轴承作为径向支承，从而保证了旋转传动装置的精确的同心的准直度。扭转组件的径向偏移倾向基本上为轴承所抵消。上述长度与直径之比在某些情况是可以改变的，例如，在以下实施例中采用多钢丝的情况下就是这样。采用较短的长度和(或)较小的长度与直径之比(也就是超过50∶1).可产生较小的角偏转。较小的角偏转允许采用较低的刚度，而在给定的刚度下可取得较高的灵敏度，也可对这些参数进行组合选定。
本发明的其他目的、特点和优点可从以下按附图对一些优选实施例所作说明中显现出来，附图中：
附图的简要说明：
图1为本发明一优选实施例的剖面图；
图1A、1B为以上实施例上、下装卡部分的放大剖面图，图1C为沿图1中C-C线的剖面图；
图2为本发明另一采用多钢丝连接的优选实施例的剖面图，图2A、2B、2C对应于图1A、1B、1C，图1D为钢丝连接部分的放大剖面图。
优选实施例的详细说明
图1示出一粘度计10，它具有带测量表面14的旋转从动件12(转轴)和支承轴16以与需测量的流体相互作用。马达M和传动装置G将高速旋转传给传动组件18，组件不是通过普通的经校准的盘簧而是通过长为2-6英寸、典型的为4英寸的由高强度钢丝一类材料构成的钢丝20连接在支承轴上，如上所述。作为非限制性示例，这种钢丝为人所熟悉的琴用钢丝。流体的粘度在与其从动件12相互作用下使钢丝20扭转一个满标约为80°的角度。采用滑环24的读出传感器、其他显示器或变换器22的测量精度为满标偏转的0.001以内或更高。角偏转大些可取得较高的灵敏度。但，必须使偏转保持在钢丝材料的纯弹性范围内。
钢丝通过两个装卡销P夹持在上支架26和下支架38之间。上支架如图1A所示具有固定螺钉26-1，可松开和拧紧钉以便进行零角度调定。锁定在传动系中的快件26-2用作钢丝组件上端的非破坏性夹持件。粘结或固定在钢丝上的环26-3用作止动件，用以对轴20-1作轴向定位和控制其向上的移动，一般将此移动限制在0.003-0.005英寸。在下支架(图1B)内，琴用钢丝压装在直径为0.062英寸的销P内，此销具有相应的孔以便压入钢丝。可旋转的管20-1围绕钢丝而根据上下支架的性质与钢丝20作旋转安装。对钢丝和管件之间的环状空间20-2可充以减振流体(例如高粘度硅油或类似流体)。
仪器具有一固定的板状构件30，以与旋转组件的缩颈段32适配，使其在一轴承或轴套31内旋转。
旋转组件整个地作轴向和径向刚性的悬挂而对关键性的钢丝20或管20-1并不要求采用轴向轴承，(这里，轴套31无损于灵敏度)，这是在灵敏悬挂结构上的一项重要革新。钢丝的上下支架使钢丝保持径向刚直，但不对外界构成干扰却能对钢丝提供基本的轴向支承。
由于管7围住传感轴16而与从动轴18-4作刚性连接，旋转中传感轴组件的不对称段为同样旋转着的部分所遮掩，因而消除了在高转速下空气的扰动和风力的影响。
如上所述，扭转组件整个的来说对粘度计和其他仪器(如电压表、电流表和其他电表的度盘显示器)、一般的电磁传感器和扭矩传感器以及非仪表领域(如用于时钟发条机构、显示器和叶片支承式指针的推动装置)都是非常有用的。后者是一种在下端锁定在轴16上的从动(管状)轴件。传动构件包括直接由马达M和传动装置G驱动的构件18-1、18-2、18-3、18-4和传动轴16，这些轴在其间受到在扭转的钢丝20上所受到的角偏转。
图2、2A、2B、2C、2D示出作为另一优选实施例的仪器10’，此实施例与图1实施例除钢丝20分成两段20A、20B而以其交接端固定在中间销P’内这一主要区别外是相同的。这种结构的优点是：钢丝支承组件的两端固定在从动构件18-4上而将钢丝宝石轴承的支承装置装在传感轴20-1上。这样就完全消除了轴向游隙而并不降低灵敏度或增加摩擦。但，这种结构却会加大旋转刚性和要求较细的钢丝和(或)较小的满标角偏转。这里一个主要的优点是：可使流变仪在改变转速时迅速而连续地追随流变性质而不必在每次调定速度时要求一定的稳定期。对于给定的钢丝直径来说，将长度如图2D所示分成两段可获得加大到4位的刚度。图2钢丝组件虽会绕曲，但，(与图1中微量轴向游隙相比)完全消除了轴向移动。
对熟悉本专业的人来说不难理解，还可作出与上述说明相应、包括在以下权利要求书所限定的本发明范围内的其他实施例、改进、细节和应用，此权利要求书应根据专利法及等同物理论来给予解释。

Claims (15)

1.一种带悬挂装置的仪器，具有一由原动机驱动而由测量件支承轴和传动轴构成的组件，其特征是：支承轴和传动轴通过一钢丝相互连接，钢丝具有如此细的直径和(相对于直径)长的长度，以使其具有小的扭转阻力却仍保持足够的抗拉强度以支承高达5磅的负荷而无永久变形，所述钢丝分别以其一端固定在支承轴和传动轴上并具有用于通过自由的轴件对钢线两端进行支承和使其径向准直的位置。
2.按权利要求1所述仪器，其中：钢丝的扭转模量和直径使其在一个45°或大于45°的角度范围内具有10,000 dyne-cm以下的扭转阻力。
3.按权利要求1所述仪器，其中：钢丝的扭转模量和直径使其在一个小于45°的角度范围内具有10,000 dyne-cm以下的扭转阻力。
4.按权利要求3所述仪器，其中：钢丝的扭转模量和直径使其在一个小于2°的角度范围内具有10,000 dyne-cm以下的扭转阻力。
5.权利要求1、2、3或4中任一项所述仪器是作为一粘度计进行制造和安装的。
6.按权利要求1或2所述仪器，其中：仪器具有一种装置，用于对传感轴和传动轴建立一固定而受控的轴向相对定位；所述装置在所述轴件之间建立优选的轴向间距，以限制支承轴在钢丝压缩方向上的轴向移动。
7.权利要求6所述仪器是作为一粘度计进行制造和安装的。
8.按权利要求7所述仪器，其中：钢丝具有一越过从动固定装置的延伸部分；其中从动固定装置可以重新夹紧，以便通过延伸部分对支承轴和传动轴进行相对的旋转定位，从而取得零值信号和/或转动停顿调定性能。
9.按权利要求1所述仪器，其中：钢丝具有一越过从动固定装置的延伸部分；其中从动固定装置可作重新夹紧，以便通过延伸部分对支承轴和传动轴进行相对的旋转定位，从而取得零值信号和/或转动停顿调定性能。
10.按权利要求1或9所述仪器，具有围绕支承轴并与从动轴刚性连接的装置，使支承轴的非对称段完全被同样旋转的部分所遮掩，从而消除高转速下空气的扰动和风力的影响。
11.按权利要求6所述仪器，具有围绕支承轴并与从动轴刚性连接的装置，使支承轴的非对称段完全被同样旋转的部分所遮掩，从而消除高转速下空气的扰动和风力的影响。
12.按权利要求7所述仪器，具有围绕支承轴并与从动轴刚性连接的装置，使支承轴的非对称段完全被同样旋转的部分所遮掩，从而消除高转速下空气的扰动和风力的影响。
13.按权利要求1、2、3或9中任一项所述仪器，其中：在支承轴和钢丝之间提供有减振流体，以减小钢丝在高转速下和/或由于粗糙的传动装置所产生的振动和噪音。
14.按权利要求5所述粘度计，其中：在支承轴和钢丝之间提供有减振流体，以减小钢丝在高转速下和/或由于粗糙的传动装置所产生的振动和噪音。
15.按权利要求8所述粘度计，其中：在支承轴和钢丝之间提供有减振流体，以减小钢丝在高转速下和/或由于粗糙的传动装置所产生的振动和噪音。
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