[发明专利]多功能力加载装置及六维力传感器标定方法

权利要求书

1.一种多功能力加载装置，该装置包括滑动横梁（1），Z向垂直加载机构（2），圆板式拉压力传感器（3），支撑立柱（4、4’），上横梁（5），电动机（6），锥齿轮（7、7’），同步带（8），丝杠（9、9’），标定工作台（10），X向水平加载机构（11），预紧套（12、12’），调节螺母（13、13’），刻度尺（14），锥齿轮减速器（15），手轮（16），摇杆（17），水平尺（18），Y向水平加载机构（19），齿轮齿条机构（20），其中：标定工作台（10）上开有均布T型槽，支撑立柱（4、4’）垂直固定在标定工作台（10）对角线上，支撑立柱（4、4’）顶端与上横梁（5）固定，丝杠（9、9’）对称放置于上横梁的两端，锥齿轮（7、7’）相互垂直90°的方式啮合，一锥齿轮（7）固定在丝杠（9）上，另一锥齿轮（7’）固定在电机轴上，电机（6）固定在上横梁（5）上，同步带（8）套在丝杠（9、9’）的上端，丝杠（9、9’）下端有调节螺母（13、13’），滑动横梁（1）套在支撑立柱（4、4’）和丝杠（9、9’）上，Z向垂直加载机构（2）放置在滑动横梁（1）中，水平尺（18）、刻度尺（14）和摇杆（17）全放置在滑动横梁（1）的一侧，X向水平加载机构（11）、Y向水平加载机构（19）以相互正交的方式固定在标定工作台（10）上，X向水平加载机构（11）、Y向水平加载机构（19）和Z向垂直加载机构（2）三者的轴线正交与标定工作台的中心。

2.一种六维力传感器标定方法，其特征在于：为实现对被标定传感器六个力/力矩分量F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z的独立加载和复合加载，在调节滑动横梁高度时，通过电机（6）带动相互垂直的锥齿轮（7、7’）旋转，进而带动丝杠（9）转动，通过同步带（8）带动另一丝杠（9’）同步转动，使得滑动横梁（1）能够在支撑立柱（4、4’）上下移动，当调节到适合高度时，通过滑动横梁（1）与支撑立柱（4、4’）之间的预紧套（12、12’）固定，支撑立柱（4、4’）起到支撑和导向的作用，同时丝杠上有调节螺母（13、13’），也用于固定滑动横梁（1）和调节滑动横梁（1）水平的作用；在调节Z向垂直加载机构时，需要转动摇杆（17），带动齿轮齿条机构（20）运动，使得Z向垂直加载机构（2）在滑动横梁（1）上水平移动，同时用刻度尺（14）记录移动的距离，调节到合适的位置，固定齿轮齿条机构（20），便于Z向垂直加载，可实现单向力F_z及复合扭矩M_x、M_y；在调节X向或Y向水平加载机构时，首先利用长螺杆（28）旋转推到加载机构在平移用直线导轨（21）上左右移动，并固定，螺旋套（27）上标有一定的刻度值，采用螺旋测位移读数的方法记录左右移动的距离，其次通过摇杆（17）的转动，带动圆柱齿轮齿条机构（24）运动，从而带动加载器内壳体（23）在加载器外壳体内（22）上下移动，并固定，同时在加载器内壳体（22）的上刻有一定的刻度线，用于记录上下移动的距离，可实现单向力F_x、F_y和复合扭矩M_x、M_y及复合扭矩M_z。

3.根据权利要求1所述的多功能力加载装置，其特征在于：X向水平加载机构与Y向水平加载机构具有相同的结构形式，包括圆板式拉压力传感器（3）、摇杆（17）、平移用直线导轨（21）、加载器外壳体（22）、加载器内壳体（23）、圆柱齿轮齿条机构（24）、主螺套（25）、支撑板（26）、螺旋套（27）、长螺杆（28）、小手轮（29）、行星轮减速器减速器（30）、防转销（31）、小手轮（29）通过行星轮减速器减速器（30）带动内部主螺杆转动，主螺套（25）因受防转销（31）的限制只能前后移动不能转动，从而将小手轮（29）的转动变为主螺套（25）的直线移动，主螺套（25）前端安装有圆板式拉压力传感器（3）。

4.根据权利要求1所述的多功能力加载装置，其特征在于：可实现从一维到六维的多维力传感器力和力矩标定，也可用于其他场合如：材料拉伸、扭转和剪切等实验中力值的加载。