[发明专利]一种基于全剪切效应石英晶片的多维力/力矩测量方法

权利要求书

1.一种基于全剪切效应石英晶片的多维力/力矩测量方法，包括中央体A以及剪切效应石英晶片；其特征在于：所述的基于全剪切效应石英晶片的多维力/力矩测量方法即切削力测试中只采用具有剪切效应的剪切效应石英晶片进行测量，将剪切效应石英晶片布置在长方体形状的中央体A的侧面、底面中央，每个方向的力均有剪切效应石英晶片进行获取，布置时使每个晶片的最大灵敏度方向与其所测量的力方向一致，通过静摩擦力对外力进行传递，实现多维力/力矩的测量；

所述的中央体A，包括侧面以及上下底面，侧面与上下底面垂直，下底面与坐标面XOY重合，每个安装面尺寸大于剪切效应石英晶片尺寸，中央体A被设置在具有坐标轴X、Y、Z的直角坐标系中，其中一个侧面与竖直工作面YOZ重合，实现中央体与坐标轴对应；

剪切效应石英晶片的布置方式：即在中央体A的其中两个或三个表面放置剪切效应石英晶片或中央体A的表面上每个位置所布置的晶组中剪切效应石英晶片数量变化；或每个面布置剪切效应石英晶片的位置变化；或在一个面设置多个晶组放置位置；

具体如下：

布置方式一、分别在中央体的两相对侧面与底面进行剪切效应晶组布置，每个晶组内y0效应晶片数量若干；其中主向Z方向力通过两相对侧面上的晶组进行测量，两个晶组的石英晶片最大灵敏度方向竖直向下，与被测力方向一致；侧向X方向力通过布置在底面上的一剪切效应晶组进行测量，晶组内晶片最大灵敏度方向指向X向；侧向Y方向力则通过布置在底面上的另一剪切效应晶组进行测量，晶组内晶片最大灵敏度方向指向Y向；当有外力作用在中央体上表面上时，该种布置方式的三个方向力求解公式如公式(1)所示：

其中，F_x,F_y,F_z为三个方向外力；F_1-1,F_1-2,F_1-3,F_1-4为每个位置石英晶组的输出力值；

布置方式二、在中央体的四个侧面分别布置两个剪切效应晶组；其中X方向力通过中央体的两相对侧面上的两个晶组获得，Y方向力通过中央体另外两相对侧面上的两个晶组获得；各晶组内晶片的最大灵敏度方向与被测力方向一致；主向Z方向力的测量则通过放置在中央体四个侧面的另外四个晶组进行测量，晶组内晶片的最大灵敏度方向竖直向下，与Z方向力重合；

该布置方式中的三向力以及三向扭矩的力学求解模型如公式(2)所示；

其中，F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z为该布置方式中的三个方向力与扭矩；F_2-1,F_2-2,F_2-3,F_2-4,F_2-5,F_2-6,F_2-7,F_2-8为每个位置晶组的输出力值；a为中央体的宽，b为中央体的长；

布置方式三、基于布置方式二的布置方案，在中央体的四个侧面各增加一个剪切效应石英晶组，这四个石英晶组内石英晶片的最大灵敏度方向顺时针布置，与水平扭矩方向一致；

该种方式下三向力与三向力矩的求解如公式(3)所示；

其中，F_x,F_y,F_z,M_x,M_y,M_z为该布置方式中的三个方向力与扭矩；F_3-1,F_3-2,F_3-3,F_3-4,F_3-5,F_3-6,F_3-7,F_3-8,F_3-9,F_3-10,F_3-11,F_3-12为每个位置晶组的输出力值。