[实用新型]内式六分量应变天平

说明书

本实用新型涉及一种测量装置，尤指一种适用于风洞试验的滚转力矩高灵敏度的内式六分量应变天平。

现有技术公开的印度NAL实验室的单分量天平(只能测滚转力矩Mx一个分量)，如图1所示，采用“双交叉绕曲弹性枢轴”结构方案，滚转力矩单元的两对共四片交叉弹性梁即纵向两片和侧向两片交替等距布置，内轴元件和弹性梁及外套元件等呈装配结构。该天平不仅结构尺寸大，整体刚度差，且装配时弹性梁产生较大的内应力，这种既无法控制也不能消除的内应力则会直接影响天平的使用效能；另外风洞试验时的冲击不回零和机械滞后现象较为严重。装配式天平由于需要一定的装配结构及装配空间，限制了这类天平向小型系列化的发展。该天平仅是单分量结构形式，只能测量滚转力矩一个单元的载荷，这样不仅限制了天平的使用范围，且由于吹风费用昂贵，一次吹风只测得一个分量的载荷也很不经济。NAL实验室给出的天平限位机构采用了限位块的结构形式，这种限位形式不仅结构尺寸大，同时由于装配过程本身将不可避免地带来一定的误差，而这一误差和限位间隙t是处在同一个量级上，因此准确调整双向限位间隙将是非常困难的。

本实用新型的目的在于提供一种新型高灵敏度内式六分量应变天平。该天平能同时测量六种载荷分量，包括：法向力Y、俯仰力矩Mz、侧向力Z、偏航力矩My、轴向力Q及滚转力矩Mx，尤其能高灵敏度测量滚转力矩；整个天平纵向承载能力强；限位间隙调节准确。

本实用新型方案是这样实现的，采用“双交叉绕曲弹性枢轴”结构方案，在布置滚转力矩单元的两对共四片交叉弹性梁时，将纵向两片布置在外侧，侧向两片布置在内侧；同时将两个矩形截面梁分别布置在交叉弹性梁的两端；天平采用整体结构，即直接在内轴元件上切出四片弹性梁，与外套元件嵌套，内轴元件及弹性梁与外套元件焊接固熔为一个整体；天平限位机构采用限位销。

本实用新型由于采用了纵向两片布置在外侧和侧向两片布置在内侧的结构，提高了天平的纵向承载能力，提高了滚转力矩单元测量灵敏度；由于内轴元件和弹性梁及外套元件采用整体结构，完全消除了弹性梁的内应力，提高了天平的整体刚度，减少了非线性干扰；由于采用了限位销，且内轴元件与外套元件上的孔是焊后一次成型的，因此大大简化了限位结构，且周边限位准确，并可更换不同的限位销方便地调节限位间隙；由于能同时测得六个分量，提高了天平使用效能，并可降低试验成本。

图1为NAL实验室天平结构示意图。

图2为本实用新型结构示意图。

下面对照附图进一步阐述本实用新型。

如图2所示的内式六分量应变天平，由内轴元件和弹性梁及外套元件等组成。首先在内轴元件1上切出两组共四片交叉弹性梁，即两片纵向弹性梁2及两片侧向弹性梁3，同时使弹性梁之外的部分保持为圆柱实体，弹性梁的外端要高出内轴元件的圆柱外表面，其次在外套元件4上镗孔以包容内轴元件及弹性梁，并保留一定的变形间隙，然后在该部分用电火花打出两条通槽，通槽的轴向及周向位置应与内轴元件上的两组弹性梁相对应。高出内轴元件圆柱外表面的弹性梁与外套元件上的通槽嵌套，并用电子束焊接，通槽的其余部分用镶条填补再焊接，使天平的内轴与外套元件完全固熔为一个整体，再经真空时效即可完全消除弹性梁上的内应力。焊接完后在内轴元件与外套元件上一次打出限位销孔，这样可以严格保证孔的同心度。然后将限位销5车成台阶形并与该孔装配，销的中间与内轴元件为过渡配合，两端与外套元件上的孔形成周边限位间隙；至此就完成二分量测力元件(Mx和Q)双交叉绕曲弹性枢轴结构的加工与装配。然后，在该结构两端各切制一个矩形截面梁6，用于测量Mz、Y、My、Z四个分量。相应地，在内轴及外套元件上的对应位置开设贴片窗口粘贴应变片，其粘贴位置均靠近两组弹性梁的根部即天平轴线附近。这样就完成了内应式六分量天平结构方案。