CN202836871U - 杠杆式加载机零点平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型杠杆式加载机零点平衡装置，属于试验机技术领域，目的在于解决利用第一类杠杆原理的杠杆式加载机零点平衡的问题。包括配重块、驱动电机、传动装置、位移监测装置、导向支撑机构，所述位移检测装置由位移传感器组成；所述驱动电机轴通过联轴器与传动装置中的丝杠连接，所述配重块通过螺钉与丝母固定，丝母与丝杠形成螺旋副，配重块沿导向杆轴向滑动；所述位移传感器与配重块柔性接触，所述驱动电机通过传动装置带动配重块移动。该零点平衡装置按照O线重合原理安装在杠杆式加载机上，通过电机驱动配重块的移动，通过改变配重块的力矩实现精确调整，通过位移传感器检测其位移，结构简单、安装使用方便。

Description

杠杆式加载机零点平衡装置

技术领域

本使用新型属于标准力值检测技术领域，具体涉及一种杠杆式加载机零点平衡装置。 

背景技术

利用第一类杠杆原理对试件施加载荷的加载机，在没有施加载荷以前的零位，试件本身的重力会破坏杠杆的平衡。杠杆机工作之前，必须确保杠杆的初始平衡状态，即零点应该平衡；利用第一类杠杆原理的杠杆式加载机的工作原理如图1所示；设杠杆长臂长度L，短臂长度l，支点O；在零点平衡的前提下，设砝码的质量为m，则经杠杆放大后，可以产生并通过反向架作用于被检测传感器上的作用力F符合关系F=L/l·m·g，显然，杠杆机工作之前，必须确保杠杆的初始平衡状态，即零点应该平衡。传统的零点平衡装置是使被检测测量仪的质量m₁与配重块的质量m₂符合关系m₂=L/l·m₁，其中杠杆长臂长度L，短臂长度l，由于被检测的传感器质量m₁千差万别，不但需要若干不同的配重块，还需要反复调配，因此要配好m₂往往十分困难。 

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种杠杆式加载机零点平衡装置，解决利用第一类杠杆原理的杠杆式加载机零点平衡的问题，达到精确、方便、快速和自动的调整目标。 

为实现上述目的，本实用新型的零点平衡装置包括配重块、驱动电机、传动装置、位移检测装置、导向支撑机构，所述位移检测装置由位移传感器组成；所述的驱动电机的电机轴通过联轴器与传动装置中的丝杠连接，所述配重块通过螺钉A与传动装置中的丝母A及丝母B固定，丝母A及丝母B与丝杠形成螺旋副，配重块沿导向支撑机构中的导向杆轴向滑动；所述位移传感器与配重块柔性接触，所述驱动电机通过传动装置带动配重块移动。 

所述传动装置包括一组丝杠、丝母A及丝母B；所述导向支撑机构包括两个导向杆及支撑板；两个导向杆穿过所述配重块，所述导向杆与丝杠的右侧固 定在支撑板上。 

所述传动装置包括两组丝杠、丝母A及丝母B；两组丝杠之间采用同步带连接；所述导向支撑机构包括支撑板，并通过两组丝杠实现导向；所述两组丝杠右侧固定在支撑板上。 

所述传动装置包括一组丝杠、丝母A及丝母B；所述导向支撑机构包括一个直线导轨及支撑板；所述直线导轨实现导向，所述丝杠与直线导轨的右侧固定在支撑板上。 

所述驱动电机为直线电机，所述导向支撑机构包括两个直线导轨及支撑板，所述直线导轨右侧固定在支撑板上。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型的零点平衡装置按照O线重合原理安装在杠杆式加载机上，通过电机驱动配重块的移动，实现了对杠杆式加载机的平衡调整，通过改变配重块的力矩实现精确调整，通过位移传感器检测其位移，对杠杆式加载机实时调整，结构简单、安装使用方便。 

附图说明

图1为杠杆式力标准机工作原理图； 

图2为本实用新型杠杆式加载机零点平衡装置主视图； 

图3为本实用新型零点平衡装置剖视图； 

图4为本实用新型零点平衡装置传动原理图； 

图5为两根丝杠驱动的零点平衡装置传动原理图； 

图6为直线导轨方式的零点平衡装置传动原理图； 

图7为直线电机驱动方式的零点平衡装置传动原理图； 

其中：1、反向架，2、被检测传感器，3、砝码，4、质量块安放盘，5、质量块，6、横梁，7、位移传感器，8、驱动电机，9、联轴器，10、挡板，11、丝母A，12、丝杠，13、导向杆，14、配重块，15、运动轴承，16、卡簧，17、丝母B，18、螺钉A，19、支撑板，20、锁紧螺母，21、槽钢，22、螺钉B，23、同步带，24、位移监测装置，25、传动装置，26、导向支撑机构，27、直线导轨，28、动件。 

具体实施方式

相面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。 

实施例一： 

参见附图1，杠杆式力标准机工作原理图，包括反向架1、被检测传感器2、砝码3、质量块安放盘4、质量块5及横梁6，在零点平衡的前提下，设砝码3的质量为m，则经杠杆放大后，可以产生并通过反向架1作用于被检测传感器2上的作用力F符合关系F=L/l·m·g。 

参见附图2、3、4，本实用新型的零点平衡装置包括配重块14、驱动电机8、传动装置25、位移检测装置24、导向支撑机构26；所述传动装置25包括丝杠12、丝母A11及丝母B17；所述位移检测装置26由位移传感器7组成；所述导向支撑机构26包括导向杆13、运动轴承15、卡簧16及支撑板19；所述驱动电机8的电机轴通过联轴器8与传动装置25中的丝杠12连接，所述配重块14通过螺钉A18与丝母A11及丝母B17固定，丝母A11及丝母B17与丝杠12形成螺旋副，配重块14沿导向杆13轴向滑动；所述位移传感器7与配重块14柔性接触。 

所述导向杆13和左侧挡板10及右侧支撑板19构成框架，并通过螺钉B22固定在槽钢21上。 

所述丝杠12及导向杆13的右侧固定在支撑板19上。 

所述位移传感器7测量配重块14的位置和移动距离S。 

实施例二： 

参见附图5，本实施例与实施例一的区别在于：所述传动装置25包括两组丝杠12、丝母A11及丝母B17；两组丝杠12之间采用同步带23连接；所述导向支撑机构26包括支撑板19，并通过两根丝杠12实现导向；所述两根丝杠12右侧固定在支撑板19上。 

实施例三： 

参见附图6，本实施例与实施例一的区别在于：所述传动装置25包括一组丝杠12、丝母A11及丝母B17，所述导向支撑机构26包括直线导轨27及支撑板21；驱动电机8带动丝杠12转动，进而带动配重块14移动，直线导轨27实现导向；所述丝杠12与直线导轨的右侧固定在支撑板19上。 

实施例四： 

参见附图7，本实施例与实施例一的区别在于：所述驱动电机8为直线电机，所述导向支撑机构26包括支撑板19及两个直线导轨27，直线电机驱动配重块的移动；所述直线导轨27右侧固定在支撑板19上。 

实施例五： 

将附图4、5、6、7所示的装置按照O线重合的原则，固定在杠杆式力标准机的横梁6上，当满足下式时杠杆无需配重块14也可以达到零点平衡的目的； 

m₁·g·l=m₃·g·S                       （1） 

即： 

$S=\frac{m_1}{m_3}\·l=\frac{l}{m_3}\·m_1---\left(2\right)$

其中：m₁为本检测传感器质量； 

m₃为图4中配重块的质量； 

结论：对于不同的被检测传感器2质量m₁，可以通过改变配重块14相对于O线的距离S，达到使杠杆平衡的目的。 

杠杆式加载机的零点平衡状况仅影响它施加的第一级载荷，设为F₁。若第一级砝码3质量为m₀，则 

$F_1=\frac{L}{l}\·m_0\·g---\left(3\right)$

设位移S的误差为ΔS，由此引起的力值误差分析如下： 

根据公式（1）可得 

$\mathrm{\Δ}{m}_{1}g=\frac{m_{3}g}{l}\mathrm{\ΔS}---\left(4\right)$

其中Δm₁g为由于ΔS引起的力值绝对偏差，其相对误差为 

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{\Δ}{m}_{1}g}{F_1}=\frac{m_{3}g}{\frac{L}{l}{m}_{0}g\·l}\mathrm{\ΔS}---\left(5\right)$

设m₃=k×m₀，其中k为常系数，则有 

$\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{\Δ}{m}_{1}g}{F_1}=\frac{k}{L}\mathrm{\ΔS}\≤\frac{\mathrm{\ΔS}}{L}{|}_{k\≤1}---\left(6\right)$

可见，位移S的精确度直接影响力值误差大小。一般第一级砝码3的质量 大于被测试件的质量，所以由于位移精度引起的力值误差不大于位移精度与杠杆长臂短长度的比值。 

所述O线重合原则具体为：所述零点平衡装置的质心位于杠杆式加载机的O线上。 

被检测传感器2质量计量误差引起的力值误差分析如下： 

设被检测传感器2质量计量误差Δm₁，由此引起的力值相对误差为： 

$\mathrm{\Δ}=\mathrm{\δ}+{\mathrm{\δ}}_1\≤\frac{\mathrm{\Δ}{m}_1}{m_0}\·\frac{l}{L}+\frac{\mathrm{\ΔS}}{L}{|}_{k\≤1}---\left(7\right)$

可见，位移和质量称量精度越高、放大比越大、第一级砝码3质量越大力值误差越小。 

实施例六： 

利用第一类杠杆原理的杠杆式加载机，最常用的设备是杠杆式力标准机。以下以一种60kN规格杠杆式力标准机为例，说明本实用新型装置的使用及其效果。 

基本参数：杠杆长短臂长度L=1500mm，l=150mm。 

规格：60kN（拉压双向）； 

精度等级：0.03； 

平衡装置的参数： 

配重块14质量m₃=5kg； 

位移长度最大值S=150mm； 

位移计量最大误差ΔS=0.02mm； 

被检测传感器2称量最大误差：Δm₁=m₁×0.1%=0.003kg（称量精度0.1%） 

误差计算： 

$\mathrm{\Δ}\≤\frac{\mathrm{\Δ}{m}_1}{m_0}\·\frac{l}{L}+\frac{\mathrm{\ΔS}}{L}{|}_{k\≤1}=4.33\×{10}^{-5}=0.00433\%---\left(8\right)$

即零点平衡装置引起的力值误差不大于十万分之五。 

装置按照上述O线重合原理，通过紧定螺钉固定在机器的杠杆横梁6的侧面。安装后，保证在没有被测试件的情况下，当杠杆处于平衡状态时，这一状 态不被破坏，而且，配重块14移动的方向线应为水平线，该线与杠杆支点的轴线垂直。 

将配重块14质量m₃=5kg，l=150mm作为常系数存到控制计算机程序内。被检测传感器2质量m₁，通过称量精度不低于0.1%的衡器称量，并将称量值送入控制计算机。根据公式（2）可以计算出配重块14需要移动的距离S。工作时，在进行第一个数据读取前，将配重块14按照该计算值进行位移即可。该位移值在需要改变m₁之前无需更动。改变m₁时，只需根据二者的差值做相应位移变化即可。 

Claims (5)

1.杠杆式加载机零点平衡装置，其特征在于，包括配重块（14）、驱动电机（8）、传动装置（25）、位移检测装置（24）、导向支撑机构（26），所述位移检测装置（24）由位移传感器（7）组成；所述的驱动电机（8）的电机轴通过联轴器（9）与传动装置（25）中的丝杠（12）连接，所述配重块（14）通过螺钉A（18）与传动装置（25）中的丝母A（11）及丝母B（17）固定，丝母A（11）及丝母B（17）与丝杠（12）形成螺旋副，配重块（14）沿导向支撑机构（26）中的导向杆（13）轴向滑动；所述位移传感器（7）与配重块（14）柔性接触，所述驱动电机（8）通过传动装置（25）带动配重块（14）移动。

2.根据权利要求1所述的杠杆式加载机零点平衡装置，其特征在于，所述传动装置（25）包括一组丝杠（12）、丝母A（11）及丝母B（17）；所述导向支撑机构（26）包括两个导向杆（13）及支撑板（19）；两个导向杆（13）穿过所述配重块（14），所述导向杆（13）与丝杠（12）的右侧固定在支撑板（19）上。

3.根据权利要求1所述的杠杆式加载机零点平衡装置，其特征在于，所述传动装置（25）包括两组丝杠（12）、丝母A（11）及丝母B（17）；两组丝杠（12）之间采用同步带（23）连接；所述导向支撑机构（26）包括支撑板（19），并通过两组丝杠（12）实现导向；所述两组丝杠（12）右侧固定在支撑板（19）上。

4.根据权利要求1所述的杠杆式加载机零点平衡装置，其特征在于，所述传动装置（25）包括一组丝杠（12）、丝母A（11）及丝母B（17）；所述导向支撑机构（26）包括一个直线导轨（27）及支撑板（19）；所述直线导轨（27）实现导向，所述丝杠（12）与直线导轨的右侧固定在支撑板（19）上。

5.根据权利要求1所述的杠杆式加载机零点平衡装置，其特征在于，所述驱动电机（8）为直线电机，所述导向支撑机构（26）包括两个直线导轨（27）及支撑板（19），所述直线导轨（27）右侧固定在支撑板（19）上。 

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