专利名称：用于承载装置的支承结构的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种用于力传递的承载装置，并且特别涉及一种用于改善力测量的衡具支承元件。
背景技术：
本领域中公知了多种载荷测量装置和衡具。例如，授予RichardS.Bradley的美国专利NO.3650340披露一种抵抗扭矩、动能和端面压力的弯曲梁构造的负载传感器，所有这些负载影响负载传感器传感器的精度。对于输出稳定性和减小水平力来说，当前得到的大多数衡具通常取决于负载传感器之间的承载结构的稳定性。例如，通过Weigh-Tronix制造的利用多个负载传感器的衡具提供链节以便减小负载传感器之间的水平力，并且吸收来自于衡具上负载的水平运动的能量。其它衡具提供垂直缆线，以便减小例如水平力的综合力，由此在力测量的方向上提供大致准直力。“综合力”这里用来指的是不在力测量方向上的力，而“准直力”是在力测量方向上。在重量测量的说明书中，垂直力是准直力，而水平力是综合力。
这种衡具在减小通过水平力造成的测量精度的不利影响的同时是昂贵的。与这些衡具相关的高成本至少部分由于需要悬挂定位在承载结构和负载传感器之间的柔性张力元件以便减小负载传感器之间的综合力(水平力)的沉重支承结构而造成的。
即使现有的衡具不需要这些沉重和昂贵的支承结构，这些衡具也存在其它问题。某些衡具在负载传感器和承载结构之间包括柔性压缩元件。例如，由Mettler Toledo和Cardinal制造的衡具提供作为负载传感器的摇臂销，其具有球面端和球面或平帽，以便减小水平力。但是，这些衡具的问题在于在衡具在受到负载的干扰时，它们不能缓冲振动或充分吸收能量，以便防止对于衡具和力测量的不利影响。虽然它们可以制成可以缓冲振动并且充分吸收能量，为此需要为这些衡具装备昂贵的抑止杆系统。
某些负载传感器的制造商用橡胶垫将调平脚旋入负载传感器以便减小经由衡具底面连接的负载传感器之间的水平力。由于橡胶垫的承载强度，这些负载传感器必须具有大的垫以便支承沉重负载。另外，负载传感器由于综合力造成的扭转和弯曲在负载传感器输出中形成误差。
某些其它的负载传感器通过使用经由枢转点连接到负载传感器上的调平脚来避免水平表面的严格要求。这种配置允许不平的地面和不对准，但是只降低了由于支承结构弯曲所造成的力。
所需要的是一种耐用的负载传递装置，该装置以成本有效的方式快速地稳定、隔离和准直垂直力。
发明内容
提供一种用于减小负载测量中的水平力分量的支承机构。支承机构包括具有两个端部的结构，两个端部具有隔开一定距离的不一致的曲率半径。两个端部可包括扁球面。该结构的端部接触压力传感器连接元件和底座连接元件，形成两个界面。每个界面包括凸出表面和凹入表面之间的接触区域。在施加水平力时，每个界面处的接触区域改变，造成该结构从没有施加水平力时所在的垂直对准位置倾斜。与传统支承机构相比，由于与球形或平界面相比，在一直限制接触应力的大小的同时，扁球面之间的界面允许较大的偏移角度，本发明的支承机构具有较低的有效高度。同样，与球形和平界面的支承结构相比，具有不一致曲率半径界面的表面允许在界面处出现较小磨损和撕裂的情况下进行偏移。该支承机构可用于例如负载传感器。
在另一方面，本发明是通过使用两个扁球面或具有不一致曲率的表面的界面来减小综合力或水平力对于负载测量的不利影响的方法。更特别是，该方法包括通过将具有不一致曲率的第一表面放置成与具有不一致曲率的第一对应表面接触以便形成第一接触表面，从而将该结构连接到第一力连接机构上。类似地，第二接触表面通过将该结构连接到第二力连接机构上来形成。这种连接通过将该结构的第二表面放置成与第二对应表面接触来完成，其中第二表面和第二对应表面都具有不一致的曲率。第一和第二接触表面在该结构响应水平力而从垂直对准位置倾斜时改变位置。该结构在去除水平力时在最小振动的情况下返回到其初始的垂直对准位置。
图1是包括多个负载传感器的衡具的透视图；
图2A是按照本发明的负载传感器的第一实施例的侧视图，其中负载传感器安装在衡具内；图2B是图2A负载传感器在没有衡具的情况下的透视图；图3是按照本发明的负载传感器的第二实施例的侧视图；图4A是未偏移状态下的按照本发明的支承结构的侧视图；图4B是未偏移状态下的按照本发明的支承结构中的界面的截面图；图4C是未偏移状态下的支承结构的界面在界面处的视图；图5A是图4B中的支承结构中界面的几何形状的视图；图5B是图4B和图6B中的支承结构的界面的截面图，表示未偏移和偏移状态下的相对枢转点；图5C是图2A的负载传感器的局部视图；图5D是图5C和2A的负载传感器中的应变传感器的电气示意图；图6A是偏移状态下的图4B的支承结构的截面图；图6B是偏移状态下的按照本发明支承结构中的界面的截面图；图6C是偏移状态下的支承结构的界面在界面处的视图；图7是图6A的支承结构上的力的视图；图8是图2A的负载测量装置的端视图，其中支承结构在偏移状态下；图9、10和11表示可用于负载传感器的传统摇臂销的侧视图；图12表示可用于负载传感器的传统摇臂销的侧视图；图13是图12的摇臂销的界面的截面图，表示未偏移和偏移状态下的相对枢转点；以及图14A和14B是图12的摇臂销的接触表面的视图。
具体实施例方式
这里在负载传感器的说明书中，并且特别是在多负载传感器的衡具的说明书中，描述本发明的实施例。但是，应该理解到这里提供的实施例仅仅是优选实施例，并且本发明的范围不局限于这里披露的应用或实施例。例如，支承结构可用于其中希望减小作用在所感兴趣的方向以外的方向上的综合力的任何应用中。同样，虽然披露了支承结构的圆柱形实施例，支承结构可具有适用于特定应用的任何形状。虽然披露了扁球面，本领域普通技术人员将理解到根据应用以及界面在负载下的变形，本发明可采用具有不一致曲率的任何适当转动表面，例如抛物线、双曲线、正弦曲线和指数表面。
图1是衡具4的透视图，该衡具采用承载平台6和沿着承载平台6靠近某些点定位的一个或多个安装负载传感器8。承载平台6通过负载传感器8的有效端部支承，使得在负载放置在衡具4上时，力在负载传感器8的灵敏度方向上施加。用于承载装置8的灵敏度方向通常是重力方向。承载装置8的输出进行调节，使得在负载传感器8中的力传感器的灵敏度方向上施加的准直力或总力的大小由于多个承载装置的存在而不受影响。衡具上的总力或负载的重量是每个负载传感器8的力测量值的总和，如公知那样。被检测的力难以受到承载平台6中的偏移的影响。虽然衡具4可以是用来秤重从人到卡车的任何东西的常用衡具，特别适用于会存在偏移或不对准的应用。例如，衡具4可用作卡车衡具，该衡具偏移以便从负载传感器转移停止和启动的能量，并且减小由于衡具及其基础之间的不同的热膨胀造成的不对准。
图2A是按照本发明的负载传感器8的一个实施例的侧视图。所安装的负载传感器8表示成部分封闭在衡具结构10中。所安装的负载传感器8包括通过连接到底座70上的支承结构50支承的力检测单元20。在负载放置在承载平台6(见图1)时，负载的重量造成力检测单元20的垂直偏移，该检测单元可以检测所施加的力。力检测单元20包括受到力检测单元20的相对变形影响的应变传感器25(见图5D)。
在图2A中，力检测单元20通过接触构件11和12连接到衡具结构10中。接触构件11和12经由力检测单元20和支承结构50将支承力传递到底座70上。力检测连接单元30通过延伸通过衡具结构10内的开口28的螺纹孔22和隙孔21连接到力检测单元20上。力检测连接单元30经由第一界面630将支承结构50上的力传递到负载检测单元20上。螺纹孔22提供用于垂直调节的装置，以便允许负载通过衡具4内的多个力检测单元更加均匀地支承。锁定装置40防止力检测连接单元30在无意调节的情况下意外地进行垂直调节。支承结构50通过支承在定位孔72内的底座70上的底座连接元件60经由其第二界面660支承。底座70连接到公知的基础上并由其支承，并且具有与其垂直连接的抑止板71，以便提供纵向和横向运动限制装置的参考。底座70位于基础上，使得抑止板和衡具结构10之间的纵向间隙限制衡具在长度方向上的运动。横向止挡80通过具有窄小侧81和宽阔侧82的抑止板71支承，这在横向止挡80和负载检测单元20之间提供横向间隙90的粗糙调节，限制衡具在箭头87方向上的运动。
如这里使用那样，包括在力检测单元20内的力连接机构指的是“第一力连接机构”并且连接到底座70上的力传感器指的是“第二力连接机构”。
图2B是没有衡具结构10的图2A的负载传感器8的透视图。支承结构50的下端部通过底座连接元件60支承在底座70上。底座连接元件60通过延伸到孔72内而支承在底座70上。如果底座70由低强度金属制成，例如垫片的强化支承件61可插入底座70和底座连接元件60之间，以便减小接触压力。在图2A和2B的实施例中，力检测单元20具有延伸通过力检测单元20厚度的开口28。支承结构50连接到力传感器连接元件30上，以便形成延伸通过开口28的组合结构。在此特定实施例中。力传感器连接元件30具有头部30a，以有助于使其在螺纹孔22中转动，从而调节垂直定位。锁定装置防止力传感器连接元件30在调节之后转动。图2A和2B中的负载传感器8的灵敏度方向通过标示“F”的箭头表示。
图3是没有衡具结构10的按照本发明的负载传感器8的可选择实施例的侧视图。此实施例类似于图2A和图2B，其主要不同之处在于开口28不一直延伸通过力检测单元20的厚度。相反，支承结构50延伸到部分延伸到力检测单元20内的开口28内。开口28的内侧成形，使得支承结构50的上部分通过第一界面630支承力检测单元20上的负载，如图2A和2B所示那样。图3的实施例不包括任选的垂直定位螺纹22、力检测连接元件30或锁定装置结构40(见图2A和2B)。通过与图2A和2B实施例相同的方式，支承结构50连接到底座70内。
图4A是在未偏移的状态下的按照本发明的支承结构50的侧视图。支承结构50位于力传感器连接元件30和底座连接元件60之间。在这种未偏移状态下，支承结构50与力传感器连接元件30和底座连接元件60同心布置。特别是，在它们在未偏移状态下同心布置时，垂直轴线延伸通过所有三个元件的中心。力传感器连接元件30在第一界面630处与支承结构50接合。同样，底座连接元件60在第二界面660处遇到支承结构50。按照本发明，第一界面630和第二界面660各自由具有不同尺寸的凸出表面和凹入表面制成。例如，在所示实施例中，第一界面630由接触力传感器连接元件30内的凹入表面31的支承结构50的凸出表面52制成。第二界面660由接触支承构件50的凹入表面53的底座连接元件60的的凸出表面63制成。最好是，这里描述的凸出表面和凹入表面是扁球面。在所示实施例中，凹入表面31和53具有比凸出表面52和63大的直径，使得在支承结构50倾斜时，接触区域改变位置，形成滚动动作。
在所示的特定实施例中，力传感器连接元件30在外表面上包括容纳头部30a的螺纹34。力传感器连接元件30可通过使用头部30a和锁定装置40(见图2A)固定在力检测单元20(见图2A)上。螺纹34构成允许负载均匀施加在支承结构50上的垂直定位结构的一部分。
图4B是第一界面630和第二界面660的形状的截面图，没有表示支承结构50的整个高度。凸出和凹入扁球面之间的界面比图4A更清楚表示。在负载下未偏移的状态中，第一和第二界面630、660处的接触区域靠近中心(靠近轴线y)形成。离开中心并靠近边缘，凸出表面不接触凹入表面，由此靠近第一界面630的边缘产生间隙632和652，并且靠近第二界面660的边缘形成间隙662和653。接触区域和间隙的尺寸取决于界面630和660处的扁球面的曲率半径。
图4C是图4A和4B中的第一界面630处的凸出表面52的视图。接触表面110如图所示靠近圆形界面630的中心定位。由于间隙632、652、662和653(见图4B)，靠近该边缘的凸出表面52的区域不接触凹入表面31。如所示在未偏移状态下，在支承结构是圆柱形形状时，接触表面110具有大致圆形形状。
图5A是进行转动以便在支承结构50中形成界面表面的椭圆形的几何形状的视图。如所示，第一和第二界面630、660的界面并置造成两个同心椭圆形的部分。凹入表面31表示成具有第一主轴r1的外椭圆形，并且凸出表面52表示成具有不同于r1的第二主轴r2的内椭圆形。外和内椭圆形具有公共次轴r0。r2和r1之间的差别造成在第一界面形成间隙632和652以及在第二界面660形成间隙662和653。在水平力施加在力检测单元20上时，这些间隙允许表面52和63的接触区域以及离开中心运动。“主轴”这里还指的是“直径”。
由于具有不同的主轴，凹入表面31和凸出表面52具有不同的曲率半径。曲率半径最好用来满足某种条件。例如，靠近界面630、660的相邻表面在支承结构50不偏移时使得中心对准，并且使得较小的主轴容易在较大主轴上滚动，由此将被支承的结构与水平力隔离。同样，曲率半径使得具有较小主轴的表面相对容易滚动，同时与具有较大主轴的表面保持接触。与使用平和大半径界面的传统装置相比，界面处的扁球面造成支承结构上的磨损和撕裂现象显著减小。在未偏移时，接触区域具有同心形式的相对大的曲率半径。在偏移时，接触区域具有不太一致的曲率半径，这是由于负载的同心和周向分布的组合影响而造成的。支承结构50设计成“偏移”或“倾斜”，以响应水平力，并且这种倾斜伴随有表面52和63的接触区域偏离中心，同时在滚动动作中保持分别与表面31和53接触。通过支承结构50传递的水平力的大小与支承结构50倾斜的程度的倾斜角度θ(见下面图6B)以及支承结构的高度“h”相关。较低界面660根据与较高界面630相同的原理进行设计。
界面630、660处的凸出和凹入表面的变化的曲率可以缓冲力传感器中的摇动运动，这种运动通常由于例如负载的加速或减速而造成。允许支承结构50倾斜的凸出表面的滚动减小由于作用在力传感器灵敏度方向以外的方向上的力分量造成的不准确性。使用支承结构50的负载传感器能够不由于所施加的力偏离力传感器灵敏度方向或者由于力传感器之间的桥接元件的偏移而产生小的力。
图5B是第一界面630和第二界面660形状的截面图，而不表示支承结构650的整个高度。相对曲率半径表示在中心R0中的界面660以及接触区域R1和R2的边缘处。在负载下不偏移，第一和第二界面630、660的接触区域靠近中心形成。离开中心并靠近界面的边缘，凸出表面不接触凹入表面，由此在靠近第一界面660、630的边缘的接触区域内形成间隙。接触区域和间隙的尺寸取决于界面630和660处的负载和扁球面的曲率半径。由于表面是扁球面，中心的半径大于边缘的半径。在结构50倾斜时，它如同实体转动，并且不管曲率中的差别，整个表面围绕其中心位于点C01处的更加平均的曲率半径运动，点C0离开中心R0的距离为S0，并且离开中心R1的距离为S1。对于接触区域的中心和边缘来说，倾斜角度趋于相同。由于倾斜角度θ，该表面趋于运动一个距离。如这里使用的那样，“中心”是处于垂直于具有与曲率半径相同长度的曲面的线段的远端处的点。
通过以曲率半径R0将该表面上一点转过角度θ而在倾斜方向上运动的距离是在中心点处为Δx0＝θ.R0，并且对于曲率半径为R1来说，在边缘点处为Δx1＝θ.R1。由于R0不同于R1，趋于在该表面处出现运动差别。
Δx1-Δx0＝θ.(R1-R0)本发明的界面630、660处曲率半径的相对差别大于现有技术的机构。这种曲率半径的较大差别在运动时造成另外的力，趋于吸收通过相互贴靠的表面产生的能量，产生热量，以发散通过这种另外的力吸收的能量。这种另外的力只存在于负载下接触区域的运动过程中，并且取决于偏移，这是由于曲率的差别随着倾斜较大而增加，如图5B所示。可以看出，离开平均转动点C23的相对差别S2和S3在偏移过程中增加，由此增加运动趋势中的差别。在具有曲率半径R2的接触区域的拖尾边缘上，运动趋势是围绕平均转动点C23的过量转动。
δxx2＝δθ.S2在具有曲率半径R3的接触区域的导前边缘上，运动趋势是围绕平均转动点C23的缺量转动。
δxx3＝-δθ.S3结果是支承结构50中的两个相反力的区域在其导前接触区域中进行压缩，以及在其拖尾接触区域中进行相反的拉伸。底座连接元件60在其接触区域中具有与支承结构中的那些区域相对的一组力区域。靠近接触区域的边缘，接触压力减小，如公知那样。在该区域以滚动动作在拖尾边缘处运动时，这些表面上的力释放，将材料返回到较低应力等级。在该边缘处没有出现磨损，并且这种动态减小磨损的原理超出了本发明的范围。不局限于特定理论，这种动态减小磨损的可能的说明是应力场产生热弹性加热和冷却，在没有摩擦的情况下，这种热弹性加热和冷却产生膨胀和收缩以及热损失，造成能量吸收和发散。
图5C表示力检测单元20的示例性实施例。这种特定的力检测单元20的细节在授予Richard S.Bradley的美国专利NO.3650340中披露过，该专利整体结合于此作为参考。
图5D表示包括图5C的力传感器20中的应变传感器25A、25B、25C和25D公知的示例性回路。
图6A是在偏移状态下的按照本发明的支承结构50的截面图。如上所述，力传感器连接元件30固定在力检测单元20(见图2A)上，并且因此保持垂直对准。同样，底座连接元件60固定在底座70上，并且保持垂直对准。因此，在施加水平力时，只有支承结构50变得如所示通过在界面630、660处滚动的凸出表面52和63而偏移。在支承结构50倾斜时，力传感器连接元件30和底座连接元件60变得不对准，并且轴线y不再延伸通过力传感器连接元件30和底座连接元件60的中心。例如，在图6A中，虽然轴线y还延伸通过底座连接元件60的中心，但是与力传感器连接元件30偏离一个距离“d”。这在衡具上的实际负载加速或减速时允许吸收水平能量。
图6B是在支承结构50偏移时界面630和660的视图。在力传感器连接元件30和底座连接元件60保持在垂直位置，同时支承结构50倾斜时，凸出和凹入表面之间的接触区域偏离中心。在界面630处，接触表面运动到附图所示的中心右侧。在界面660处，接触表面运动到与界面630处出现的移动方向相反的方向上。由于支承结构50的倾斜，间隙632和653变得更大。倾斜量可以通过倾斜角度θ测量。水平力越大(例如来自于振动)，倾斜角度θ更大。两个界面630、660的中心偏离一个距离“d”。“h”表示支承结构50的高度，只有支承结构的一部分表示在图6B中。
图6C是在支承结构50倾斜时界面630的形状的视图。在支承结构50倾斜时，接触表面110的形状改变成非圆形形状并且偏离中心。在偏移期间，力传感器连接元件30和底座连接元件60的轴向不对准造成应变只围绕该部件所在的平面对称，在垂直于此平面的方向上在两个方向上重新分布该力。本领域普通技术人员将理解到图6C表示几乎是最大偏移状态的状态，其中接触区域靠近凹入表面31的边缘，并且较小的力造成图4C和图6C所示情况之间的偏移状态。本领域普通技术人员还将理解到如何控制凸出表面52和61的曲率以实现所需目的。通常，承载压缩负载表面内的较大曲率半径造成较小的接触应力，而较小的半径增加应力。在偏移的发明中，由于这种分布使得较小的曲率半径靠近该边缘，并且在较短的高度“h”处增加倾斜范围“d”，应力不在此基础上增加。
本发明的一个优点在于，与传统结构相比，本发明允许具有较小有效高度的结构。在偏移时界面630、660处出现的接触区域的移动量与传递的水平力的大小相关。因此，为了中和具有给定大小的水平力，在界面630、660处，接触区域出现一定的移动量。在未偏移的状态下启动时，或正常静止状态下，本发明的凸出和凹入扁球面在界面630、660处允许更大的接触区域移动，以响应给定力的大小。在衡具上由于惯性力产生的偏移，至少部分由于较大的阻力，由给定力产生的移动量随着已经完成的移动量逐渐减小。由于移动范围、峰值、恢复力以及能量吸收增加，柱50不必须如同传统结构(例如球形)那样高，以便水平运动相同的量，并且在未偏移时始终具有小的水平力。
图7是图6A的支承结构50上力的视图。图7可以是施加具有F0方向的分量和F1方向的分量力时支承结构的视图。作为选择，图8表示倾斜到其极限的支承结构50的视图，该极限由衡具结构10设置。衡具结构10通过闭合间隙91和变宽间隙92来设置倾斜极限。与衡具结构10进行冲击吸收大量能量，该能量超过了通过本发明经由更加刚性的金属结构的弹性柔曲所吸收的能量。力的F1分量造成力传感器连接元件30在F1方向上移动，继而造成支承结构50如所示倾斜。倾斜力F1在力测量装置上在与F1相反的方向上具有反作用力F2。倾斜减小重量测量上的水平力F1，造成垂直力F0的更加准确的测量。通过偏移距离“d”(见图6B)而吸收的能量(E)通过偏移距离“d”上的惯性力的积分来确定，并且等于停止由作用力F1造成衡具运动的功E=∫0dF1·dx]]>对于峰值力F1max和偏移“d”来说，所吸收的能量大致通过采取力与距离的线性函数的等式来表示E=12F1max·d.]]>恢复力等于反作用力，并与其相反，如公知那样。F1方向上的作用力与垂直负载F0成正比F1=F0·RH]]>这表示出在没有偏移时，没有侧向力。对于小偏移来说，侧向力小。阻力等于偏移力。在最大偏移时，衡具停止运动，并且阻力变成恢复力，一旦运动通过支承来缓冲时，该恢复力将衡具返回到静止位置。
图8是图2A的负载传感器8的端视图，其中支承结构50倾斜。如所示，支承结构50的倾斜不影响负载检测装置20的总体尺寸或位置，该装置20提供围绕支承结构50的空间，以便适应开口28内的偏移(见图2A)。
图9、10和11表示按照本发明的支承结构50的不同实施例。虽然图4A的实施例中的力传感器连接元件30是连接机构，该机构具有螺纹34以便容纳螺纹孔22，图9、10和11的实施例不包括螺纹34(见图4A)。如所示，力传感器连接元件30、支承结构50以及底座连接元件60的形状可以通过本领域普通技术人员在认为适当的情况下进行变化。另外，不同区段之间的界面还可变化。
图9和图11表示组成第一界面630的凹入表面31和凸出表面52的不同实施例。在图9中，凹入表面31是力传感器连接机构30的一部分，并且凸出表面52是支承结构50的一部分。相比之下，凹入表面31和凸出表面52的位置在图11的实施例中颠倒。在图11中，凹入表面31是支承结构50的一部分，而凸出表面52是力传感器连接机构30的一部分。通常，除非设置保护罩，由于图11的面向上的凹入表面31趋于收集灰尘和污物，图9的实施例优选于图11的实施例。由于需要较少的加工，并且连接部件相同，图11的实施例优选于具有罩的图9的实施例。
图4A和图10表示组成第二界面660的凹入表面53和凸出表面63的不同实施例。在图4A中，凸出表面63是底座连接元件60的一部分，并且支承结构50具有容纳凹入表面63的凸出表面53。相比之下，在图10中，凸出表面63形成支承结构50的端部，并且在底部连接元件60上具有凹入表面53。优选的是将凸出表面63放置在底座连接元件60上，而不是放置在支承结构50上，其中污染是主要问题，这是由于如果定位在底座连接元件60上，凹入表面53面向上并且收集灰尘和污物。图9和图10所示的实施例在极大的负载下具有很少磨损的趋势，这是由于总作用力和反作用力垂直于接触表面，并且在界面接触区域上形成最小的表面剪切。在凹入表面和凸出表面的位置上的两种类型的表面这里还指的是“扁球面”和“对应扁球面”。
图12表示用于负载传感器的传统摇臂销的侧视图。如所示，摇臂销不包括凸出表面和凹入表面的界面来传递水平和振动力。图13表示由多个衡具制造商(例如Mettler Toledo，Fairbanks)使用的摇臂柱负载传感器的界面。这种摇臂柱负载传感器还允许某种倾斜，以便传递减小的水平力。在界面160处，如图所示，出现某种倾斜。但是，由于没有凹入扁球面和凸出扁球面，与本发明的支承结构50相比，可以出现的倾斜量更加受到限制。因此，使用界面160需要圆筒150具有更大的高度，圆筒150倾斜以响应水平力。这些摇臂柱负载传感器通常具有带有平表面的固定端连接件，并且在支承柱150上需要大的球端半径，以便防止接触时由于沉重负载而屈服。
如图14所示，即使接触区域190移动以响应水平力时，界面160之一处的接触表面190也保持圆形形状。摇臂柱负载传感器对于由衡具上的惯性负载造成的运动具有非常小的缓冲。因此，稳定衡具所需的时间在许多应用中是主要问题。现有技术的恢复力和吸收能量的等式同样有效。这样，由于高度较大，恢复力减小并且吸收较少的能量。由于使用具有一致的曲率半径的球端，接触区域不能改变其形状。出现某种界面的压缩，产生曲率变化。再者，摇臂柱负载传感器不能实现通过本发明改变曲率而获得的对于接触区域形状上的影响。
本发明的应用包括动态负载应用，其中在例如产生振动的设备和动物容器的不吸收动态能量的情况下，支承负载的结构受到损坏。通过本发明，减小负载传感器上的水平力，可以改善高精度的衡具性能，并进行快速响应。使用本发明，车辆衡具寿命较长，并以较低的成本更加快速地产生稳定的静态重量测量。
使用变型和实例描述了本发明，使得本领域的普通技术人员可理解本发明。多种变型将是显而易见的，本领域普通技术人员应该参考本发明的权利要求，而不是以上的实例，而相对于权利要求评价所授予的权利。
权利要求
1.一种用于减小水平力对于负载测量的影响的支承机构，该支承结构包括在第一端部和第二端部处具有不一致曲率半径的表面的结构，第一端部和第二端部形成具有可松开地接合在该结构上的力传感器连接元件和底座连接元件的界面，其中每个界面包括位于凸出表面和凹入表面之间的接触表面。
2.如权利要求1所述的支承机构，其特征在于，具有不一致曲率半径的表面是扁球面。
3.如权利要求1所述的支承机构，其特征在于，每个界面具有中心，并且在不施加水平力时界面的中心大致在重力方向上对准，但是在变得不对准以响应倾斜该结构的水平力。
4.如权利要求1所述的支承机构，其特征在于，凸出表面和凹入表面之一倾斜，以响应水平力，并且另一表面保持与没有水平力的情况相同的取向。
5.如权利要求1所述的支承机构，其特征在于，凹入表面具有比凸出表面大的主轴，使得接触表面能够改变其位置，同时保持与凹入表面和凸出表面接触，减小水平力对于通过连接到支承结构上的力检测单元所进行的垂直力测量的影响。
6.如权利要求5所述的支承机构，其特征在于，用于凹入表面和凸出表面的曲率半径使得在接触表面改变位置时接触表面的形状改变。
7.如权利要求1所述的支承机构，其特征在于，第一端部是凸出端部，并且第二端部是凹入端部，凸出端部与力传感器连接元件的凹入表面形成第一接触表面，并且凹入端部与底座连接元件的凸出表面形成第二接触表面。
8.如权利要求1所述的支承机构，其特征在于，该结构具有圆柱形形状。
9.一致用于传递准直力同时减小综合力的装置，该装置包括结构；在第一界面处连接到该结构上的力连接机构，第一界面包括形成在第一凸出扁球面和第一凹入扁球面之间的第一接触区域，其中第一凸出扁球面和第一凹入扁球面具有不同的曲率半径；以及在第二界面处连接到该结构上的底座连接机构，第二界面包括形成在第二凸出扁球面和第二凹入扁球面之间的第二接触区域，其中第二凸出扁球面和第二凹入扁球面具有不同的曲率半径。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，在没有水平力时，垂直轴线延伸通过力连接机构、该结构和底座连接机构的中心，其中该结构倾斜以响应水平力，使得延伸通过该结构的中心的偏移轴线相对于垂直轴线形成一个角度。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，倾斜将水平力转换成施加在第一界面处的第一水平力分量和施加在第二界面处的第二水平力分量，其中第一和第二水平力作用在相反方向上。
12.一种在垂直力测量中对于水平力的影响具有减小灵敏度的负载测量装置，该装置包括具有第一扁球面和第二扁球面的结构，第一扁球面与连接到第一连接机构上的第一对应扁球面形成第一接触表面，并且第二扁球面与连接到第二连接机构上的第二对应扁球面形成第二接触表面，其中在结构倾斜以响应水平力时，第一和第二接触表面的位置改变位置。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括力测量单元，其中第一对应扁球面经由延伸通过力检测单元内的开口的第一连接机构连接到力检测单元上，并且其中第一对应扁球面允许结构相对于第一连接机构垂直定位。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，第一和第二对应扁球面具有比第一和第二扁球面小的直径。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，第一和第二对应扁球面具有不同于第一和第二扁球面的曲率半径。
16.如权利要求12所述的装置，其特征在于，第一扁球面和第一对应扁球面具有相同的次轴，但具有不同长度的主轴，不同主轴造成间隙围绕第一接触表面形成。
17.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括具有开口的力检测单元，其中该结构通过插入开口而连接到力检测单元上。
18.如权利要求12所述的装置，其特征在于，在没有水平力的情况下，第一和第二接触表面具有圆形形状，但是改变形状以响应水平力。
19.如权利要求12所述的装置，其特征在于，第一扁球面是凸出的，第一对应扁球面是凹入的，使得凸出表面在凹入表面内滚动。
20.如权利要求12所述的装置，其特征在于，该结构的倾斜将水平力转换成在第一接触表面处施加的第一水平力分量以及在第二表面处施加的第二水平力分量，其中第一和第二水平力具有相反方向，由此提供将支承结构返回到其未偏移位置的恢复动能，防止水平力影响垂直力测量。
21.一种减小水平力对于负载测量的影响的方法，该方法包括通过将结构的表面放置成与对应表面接触以便形成弯曲接触表面，而将该结构连接到力连接机构上，其中该表面和对应表面各自具有不一致的曲率半径。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，弯曲接触表面是第一接触表面，还包括将该结构的第二表面放置成与第二对应表面接触，以便形成第二接触表面，使得在该结构从垂直对准位置倾斜以响应水平力时，第一和第二接触表面改变位置，其中第二表面和第二对应表面各自具有不一致的曲率半径。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，至少一个第一和第二表面是凸出表面，并且其对应表面是凹入表面，其中凸出表面在凹入表面内滚动，以便改变接触表面位置，以响应水平力。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括分别选择不同于第一和第二对应表面直径的第一和第二表面的直径。
25.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括调节该结构的高度以及该表面和对应表面的曲率半径，以便控制结构的偏移角度以及与偏移角度相对应的水平力的传递量。
26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，该表面具有不同于对应表面的曲率半径。
27.一种衡具，包括力检测单元；以及连接到力检测单元上的支承结构，其中支承结构包括凹入扁球面和凸出扁球面之间的接触表面，其中该接触表面改变其位置，以响应水平力，从而减小水平力对于力检测单元的影响。
28.如权利要求27所述的衡具，其特征在于，还包括负载承载平台，其中支承结构支承负载承载平台。
29.一种具有在垂直力测量中减小对于水平力影响的灵敏度的负载测量装置，该装置包括具有第一扁球面和第二扁球面的负载检测结构，第一扁球面与连接到第一力连接机构上的第一对应扁球面形成第一接触表面，并且第二扁球面与连接到第二力连接机构上的第二对应扁球面形成第二接触表面，其中在该结构倾斜以响应水平力时，第一和第二接触表面的位置改变位置。
全文摘要
提供一种在负载测量中减小水平力的机构。该机构在两端具有不一致曲率半径的表面(例如扁球面)的结构。该结构的端部接触力检测器连接元件和底座连接元件，形成两个界面。每个界面包括凸出表面和凹入表面之间的接触区域。在施加水平力时，每个界面处的接触区域改变，允许结构从没有施加水平力时所在的垂直对准位置倾斜。与传统机构相比，本发明的结构具有较低的有效高度，这是由于扁球面之间的界面允许比平界面大的偏移角度。与平界面结构相比，扁球面界面还允许在界面处较小磨损和撕裂的情况下进行偏移。
文档编号G01N3/04GK1898546SQ200480038079
公开日2007年1月17日 申请日期2004年11月22日 优先权日2003年12月18日
发明者T·H·约翰逊, R·J·哈尔 申请人:艾弗里韦－特罗尼克斯有限责任公司