一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，包括：固定底座，两间隔平行设置在固定底座上的直线导轨，可滑动地套设在两直线导轨上的压电陶瓷后固定板和压电陶瓷前固定板，压电陶瓷，位于压电陶瓷前固定板的前方的碟簧固定板，安装在碟簧固定板与压电陶瓷前固定板之间的碟簧，紧固连接在碟簧固定板的前侧的压力传感器后固定板，紧固连接在压力传感器后固定板的前侧的压力传感器，与压力传感器的前侧紧固连接的压力传感器前固定板，紧固连接在压力传感器前固定板的前侧的加载头，以及两位于压力传感器前固定板与固定底座之间的弹簧；其中，两直线导轨的后端设置有外螺纹，每直线导轨通过外螺纹配合连接两固定螺母和两锁紧螺母。
【专利说明】
一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，属于机械制造技术领域。
【背景技术】
[0002]在机械设备的性能测试阶段，经常需要对设备在特定载荷下的性能进行实验，加载装置的加载能力决定了工况设定的精确程度和复杂程度，会直接影响到设备检测的准确性。随着机械设备向高速、高精、高效等方向发展，对加载装置加载精度、加载频率、加载力变化规律、加载响应速度等提出了更高的要求。
[0003]加载装置一般分为单向加载和复合加载，单向加载装置作为复合加载的基础，是最基本的加载形式。单向加载装置可以分为单向压力加载装置、单向拉压力加载装置和单向拉力加载装置，其中单向压力加载装置在汽车、机床、电子等行业中应用最广。目前常见的单向压力加载装置主要有机械加载方式、液压加载方式、气动加载方式和机电加载方式。机械加载方式一般为恒定载荷加载，如螺旋加载和配重加载，不能实现动态加载，而且难以实现加载力的精确控制。液压加载动态性能较差，不能实现高频加载，而且需要配套液压站，不够清洁，整体结构复杂。气动加载方式的整体刚度较低，因此加载力的控制精度较差，响应时间较长，加载频率较低，而且噪音较大。电动加载方式一般采用线性弹簧作为加载元件，因此加载频率较低，响应时间较长。因此，上述加载装置无法同时满足高精度、高频率、快速响应的单向压力加载需求。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种加载频率高且控制精确的加载力可实时调节与测量的高频加载装置。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，其特征在于，它包括:一固定底座，两间隔平行设置在所述固定底座上的直线导轨，一可滑动地套设在两所述直线导轨上的压电陶瓷后固定板，一可滑动地套设在两所述直线导轨上的压电陶瓷前固定板，一紧固连接在所述压电陶瓷后固定板与所述压电陶瓷前固定板之间的压电陶瓷，一可滑动地套设在两所述直线导轨上且位于所述压电陶瓷前固定板的前方的碟簧固定板，一安装在所述碟簧固定板与所述压电陶瓷前固定板之间的碟簧，一紧固连接在所述碟簧固定板的前侧的压力传感器后固定板，一紧固连接在所述压力传感器后固定板的前侧的压力传感器，一可滑动地套设在两所述直线导轨上且与所述压力传感器的前侧紧固连接的压力传感器前固定板，一紧固连接在所述压力传感器前固定板的前侧的加载头，以及两分别套设在两所述直线导轨上且位于所述压力传感器前固定板与所述固定底座之间的弹簧;其中，两所述直线导轨的后端设置有外螺纹，每一所述直线导轨通过外螺纹配合连接两固定螺母和两锁紧螺母，两所述固定螺母布置在所述压电陶瓷后固定板的前、后两侧，其中一所述锁紧螺母布置在位于所述压电陶瓷后固定板前侧的固定螺母的前侧，另一所述锁紧螺母布置在位于所述压电陶瓷后固定板后侧的固定螺母的后侧。
[0006]在所述压电陶瓷前固定板的前侧设置有一中空薄壁结构，所述中空薄壁结构插入设置在所述碟簧固定板上的内孔中，所述碟簧套置在所述中空薄壁结构上，所述碟簧的内孔与所述中空薄壁结构间隙配合。
[0007]所述直线导轨的一端通过螺纹与所述固定底座配合连接，另一端通过螺母锁紧。
[0008]所述固定底座与位于被加载设备上的设备安装板紧固连接。
[0009]所述压电陶瓷前固定板与每一所述直线导轨之间通过一直线轴承连接。
[0010]所述弹簧为圆柱拉压弹簧。
[0011]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明可以通过选用不同的压电陶瓷适应不同的加载频率需求，最大加载频率可以达到1KH，在加载过程中，加载频率可以在压电陶瓷的最大谐振频率以下自由选择与变换。2、本发明可以通过选取不同刚度的碟簧以及不同的碟簧组合，适应不同的加载力需求，最大可以实现1KN的加载力，在加载过程中，加载力可以在最大加载力以下自由选择与变换。3、本发明可以实时精确测量加载力的大小。4、本发明可以自由设计不同的加载力实时变化规律，适应不同的需求场合，并且通过对压电陶瓷的闭环控制可以实现加载力的精确控制。5、本发明通过点接触进行加载，无需对被加载体进行加工处理，而且本装置为一体化设计，安装方便。6、本发明自身能够实现较大的轴向位置调节，因此对将本发明装置固定在受载设备上的安装定位结构的精度要求不高，降低了安装难度和成本。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的整体结构示意图；
[0013]图2是本发明的拆分结构示意图；
[0014]图3是本发明的加载力控制原理示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0016]如图1、图2所示，本发明包括提出了一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，它包括一固定底座I，在固定底座I上间隔平行设置两直线导轨2，在两直线导轨2上可滑动地套设一压电陶瓷后固定板3和一压电陶瓷前固定板4，在压电陶瓷后固定板3与压电陶瓷前固定板4之间紧固连接一压电陶瓷5。在压电陶瓷前固定板4的前方设置有一碟簧固定板6，碟簧固定板6可滑动地套设在两直线导轨2上。在压电陶瓷前固定板4与碟簧固定板6之间安装一碟簧7。在碟簧固定板6的前侧紧固连接一压力传感器后固定板8，在压力传感器后固定板8的前侧紧固连接一压力传感器9，在压力传感器9的前侧紧固连接一压力传感器前固定板10，压力传感器前固定板10可滑动地套设在两直线导轨2上。在压力传感器前固定板10的前侧紧固连接一加载头11。在两直线导轨2分别套设一弹簧12，每一弹簧12位于压力传感器前固定板10与固定底座I之间。两直线导轨2的后端设置有外螺纹，每一直线导轨2通过外螺纹配合连接两固定螺母13和两锁紧螺母14，其中，两固定螺母13布置在压电陶瓷后固定板3的前、后两侧，其中一锁紧螺母14布置在位于压电陶瓷后固定板3前侧的固定螺母13的前侧，另一锁紧螺母14布置在位于压电陶瓷后固定板3后侧的固定螺母13的后侧。
[0017]上述实施例中，在压电陶瓷前固定板4的前侧设置有一中空薄壁结构，中空薄壁结构插入设置在碟簧固定板6上的内孔中；碟簧7套置在中空薄壁结构上，碟簧的内孔与中空薄壁结构间隙配合。
[0018]上述实施例中，弹簧12可具体采用圆柱拉压弹簧。
[0019]上述实施例中，直线导轨2的一端通过螺纹与固定底座I配合连接，另一端通过螺母15锁紧。
[0020]上述实施例中，固定底座I与位于被加载设备上的设备安装板16紧固连接。
[0021]上述实施例中，压电陶瓷前固定板4与每一直线导轨2之间通过一直线轴承18连接。
[0022]上述实施例中，压力传感器后固定板8与碟簧固定板6之间通过螺钉连接，并且螺钉孔布置在压力传感器后固定板8和碟簧固定板6的上下两侧，以确保压力传感器9在安装过程中不被损坏。
[0023]本发明的安装调节过程如下:本发明安装在被载设备上之后，首先将加载头11接触加载对象17，再通过调节压电陶瓷后固定板3的位置，使得压力传感器9的读数刚刚大于零，之后旋紧各固定螺母13和各锁紧螺母14。
[0024]本发明工作过程如下:压电陶瓷5在电压的作用下会有规律地伸长，推动压电陶瓷前固定板4向前运动，由于加载头11与加载对象17相接触，碟簧固定板6、压力传感器后固定板8、压力传感器9、压力传感器前固定板10和加载头11之间均为固定连接，相对运动可以忽略，因此碟簧7会产生挤压变形，轴向变形量与压电陶瓷5的伸长量相等，从而产生轴向推力，该推力依次传递给碟簧固定板6、压力传感器后固定板8、压力传感器9、压力传感器前固定板10、加载头11，最终传递给加载对象17。压力传感器9的测量值即为加载力值。
[0025]本发明实现加载力精确控制的过程如图3所示，详述如下:将加载力随时间变化的曲线输入到压电陶瓷驱动器中，压电陶瓷驱动器向压电陶瓷输出规律的电压信号，使压电陶瓷产生相应的伸长运动，压缩碟簧产生加载力，由压力传感器实时测量加载力大小，由于碟簧的力/位移曲线是确定的，因此可以通过力/位移转化将压力传感器测得的加载力转化为压电陶瓷的位移，将压电陶瓷位移信号反馈给压电陶瓷驱动器实现闭环控制，从而提高加载力的加载精度。
[0026]上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，其特征在于，它包括: 一固定底座， 两间隔平行设置在所述固定底座上的直线导轨， 一可滑动地套设在两所述直线导轨上的压电陶瓷后固定板， 一可滑动地套设在两所述直线导轨上的压电陶瓷前固定板， 一紧固连接在所述压电陶瓷后固定板与所述压电陶瓷前固定板之间的压电陶瓷，一可滑动地套设在两所述直线导轨上且位于所述压电陶瓷前固定板的前方的碟簧固定板， 一安装在所述碟簧固定板与所述压电陶瓷前固定板之间的碟簧， 一紧固连接在所述碟簧固定板的前侧的压力传感器后固定板， 一紧固连接在所述压力传感器后固定板的前侧的压力传感器， 一可滑动地套设在两所述直线导轨上且与所述压力传感器的前侧紧固连接的压力传感器前固定板， 一紧固连接在所述压力传感器前固定板的前侧的加载头，以及两分别套设在两所述直线导轨上且位于所述压力传感器前固定板与所述固定底座之间的弹簧； 其中，两所述直线导轨的后端设置有外螺纹，每一所述直线导轨通过外螺纹配合连接两固定螺母和两锁紧螺母，两所述固定螺母布置在所述压电陶瓷后固定板的前、后两侧，其中一所述锁紧螺母布置在位于所述压电陶瓷后固定板前侧的固定螺母的前侧，另一所述锁紧螺母布置在位于所述压电陶瓷后固定板后侧的固定螺母的后侧。2.如权利要求1所述的一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，其特征在于，在所述压电陶瓷前固定板的前侧设置有一中空薄壁结构，所述中空薄壁结构插入设置在所述碟簧固定板上的内孔中，所述碟簧套置在所述中空薄壁结构上，所述碟簧的内孔与所述中空薄壁结构间隙配合。3.如权利要求1所述的一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，其特征在于，所述直线导轨的一端通过螺纹与所述固定底座配合连接，另一端通过螺母锁紧。4.如权利要求1所述的一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，其特征在于，所述压力传感器后固定板与所述碟簧固定板之间通过螺钉连接，且螺钉孔布置在所述压力传感器后固定板和所述碟簧固定板的上下两侧。5.如权利要求1所述的一种加载力可实时调节与测量的高频加载装置，其特征在于，所述压电陶瓷前固定板与每一所述直线导轨之间通过一直线轴承连接。
【文档编号】G01L5/00GK105973624SQ201610286078
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】李铁民, 李福华, 姜峣, 杜云松, 贾石
【申请人】清华大学