专利名称：刚性叠加式力标准机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测称重传感器计量特性的叠加式力标准机。
背景技术：
静重式力标准机是根据力的动力效应，直接利用已知质量砝码的重力来复现标准力值，多級砝码，能按级按一个方向加载卸载，停电机测试被检称重传感器，这一原理确保测试值的准确性和真实性。
叠加式力标准机是用一个比被检定的称重传感器准确度高的标准传感器作为标准，与被检称重传感器串联，以液压方式或机械方式施加负荷，进行比较测量，来确定被检称重传感器的计量特性。
现有技术，目前国内外叠加式力标准机的加载系统，主要有三种原理1)液压原理，例如北京101所生产的DL型液压叠加式力标准机，主要由自控增压泵給油缸增压或降压的加载卸载系统，动横梁作检定辅助空间调节。
2)压电陶瓷原理，例如吉林工业大学生产的BFSM型叠加式力标准机，在施加粗负荷后，根据物理学中的“逆压电效应”原理，通过控制施加于“压电陶瓷力发生装置”上的电场强度，改变它产生的微小变形量，从而达到精密控制调节力值的目的。动横梁作检定辅助空间调节和粗加载。
3)滚珠丝杆副机械原理，一般只能实现小力值，如六吨以下的叠加式力标准机，按纯机械设计者，因为一直未找到能承受大吨位的适合叠加式力标准性能要求的加载机构，若采用丝杆传动副，虽能承受大吨位，能自锁，但磨擦力太大，机构运动的滞后就太大，作为叠加式力标准机不能用，只好采用滚珠丝杆副，却不能自锁，整个系统就构不成封闭刚性系统，所以测试时电机也不能停，所以也只能达到前两种原理所能达到的性能。
国内外叠加式力标准机的加载机构，采用目前三种原理都不能构成封闭刚性静态力学平衡系统，所以都不能停电机测试，只能在加载动平衡过程中同步测试。液压原理和压电陶瓷原理的加卸载性能，都达不到叠加式力标准机所要求的的灵敏度，就不能从一个方向稳步加载卸载到所需的指定值，又加上因为电机也不能停，就只能靠电控闭环自动跟踪技术，以过冲反復波浪式或叫阻尼衰减式逐渐接近标准值，达不到静重式力标准机那样理想的加载卸载性能，所以就带来几个重要测试技术问题，几十年来一直未能攻克1.三种原理的加卸载系统粗加卸载后，都是在缓慢的加卸载过程中，以过冲反復波浪式或叫阻尼衰减式逐渐接近标准值，不能实现从一个方向加卸载的方法，稳定时间过长，不能滿足”称重传感器国家标准”GB7551-87和“称重传感器计量规程”(OIML)60号国际建议中加载卸载时间和稳定时间的要求。
2 三种原理的加载系统，都不能停电机，只能在载荷波动的状态下，同步测试被检称重传感器，这对被检称重传感器存在随时有补偿的作用，产生检定误差，影响测试数据的准确性，尤其测称重传感器的蠕变值，因为测试中不能停电机，实质上是在给传感器的蠕变在补偿，所以测不准传感器的真实蠕变值。
3 三种原理的加载系统都无法获得”称重传感器国家标准”GB7551-87和“称重传感器计量规程”(OIML)60号国际建议中最小静负荷的要求。这一性能对称重传感器很重要，不能实现最小静负荷的原因，主要是回程卸载时都不能准确回到最小静负荷值，这是原理和结构所决定，只能回到零载为止，即测量头完全脱离被检称重传感器，这只符合力传感器的要求，不能完全符合称重传感器计量的测试需要。正因为这种脱离，被检传感器的传力件和夹具，因为没有外力维持状态不变，在各个自身重力作用下，位置或状态总有微小变化，这就带来重新接触的初始误差，影响重复性。从回程卸载时都不能准确回到最小静负荷值这一现象，刚好也说明不停电机，对比同步测试，严格讲，测出的数据准确性都较差。
因为2吨以上的静重式力标准机造价太昂贵，所以在生产现场暂时只能接受这种造价低，性能较差的现有的叠加式力标准机，为了能真正贯彻执行”称重传感器国家标准”GB7551-87和“称重传感器计量规程”(OIML)60号国际建议，让生产厂能准确测试称重传感器的性能参数，所以有必要寻找新原理，开拓设计出能达到静重式力标准机那些性能效果的，价格低的叠加式力标准机。因为叠加式力标准机是比对性质，虽然精度不能达到静重式力基准机的水平，但应该追求叠加式力标准机的加载卸载性能要达到静重式力标准机的水平，这样才有利于生产厂提高测试称重传感器的性能参数的准确性和真实性，才能真正达到”称重传感器国家标准”GB7551-87和“称重传感器计量规程”(OIML)60号国际建议规定的要求，同行们也寻求解决的办法，但几十年来一直未解决叠加式力标准机存在的三个重要枝术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种刚性叠加式力标准机，它的工作性能像静重式力标准机加载卸载性能一样，能实现从一个方向加载卸载，按分级停电机或同步测试被检称重传感器性能参数，能停电机测试称重传感器的蠕变值，能获得稳定的最小静负荷，基本解决国内外目前叠加式力标准机存在的三个重要技术问题。
本发明实现的技术方案构思的依据被检称重传感器和标准传感器，一般都是按额定力值大小，弹性体的刚度以产生1000μm/m设计，则弹性变形量都很小，所以需要加载机构产生的位移量都很小，只要将被检称重传感器和标准传感器串联置于一个刚性大的封闭静态力学平衡系统中，作为其中的一个组成部分，则只要该刚性封闭静态力学平衡系统内部出现位移，能产生被检称重传感器和标准传感器所需要的内力，刚性封闭静态力学平衡系统中各部分自然按本身刚度的大小产生相应的微小弹性变形，自然会稳定保持拉性质的内力衡等于压性质的内力，系统内部出现的位移量在轴向衡等于受压、受剪、受拉、受弯等零部件，产生的微小弹性变形在轴向之和，该系统就自然处于稳定的静态力学平衡状态，因为微小弹性变形状态反应是自然的快，又是一种最稳定的静态力学平衡状态，刚好满足这种只要小位移，大载荷，为特征的叠加式力标准机的性能要求。而目前国内外叠加式力标准机三种原理的加载系统刚性都差，所以测试时都不能停电机，所以整台设备都无法构成刚性封闭静态力学平衡系统。本发明为了获得稳定的刚性封闭静态力学平衡系统所要求的微小弹性变形，所以本发明完全按刚度的观点设计，除个别按300μm/m之外都是按100-200μm/m设计，以实现刚性叠加式力标准机特别需要的三项重要功能。
叠加式力标准机的载荷性质为单一方向的轴向力，对这一特徵比较理想的办法是采用三点为一力面，自动对中的结构力学原理设计。
技术方案刚性叠加式力标准机由螺母、伺服电机(图中未显示)、变速箱、轴向自动对中机构、转摆螺旋式加载机构、上下力柱、测试台、被检称重传感器、标准传感器、固定横梁悬挂式回转上下直移机构，各环节之间都是靠刚性联结、或靠自锁、或靠刚性接触、电机停转但电机轴仍被抱死，一旦加上初载，整台设备就构成一个稳定的刚性封闭静态力学平衡系统。其中1.转摆螺旋式加载机构是这样实现的一套小螺距大直径只可以转摆三分之一螺距即转摆120°的加载机构。该机构由三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面和三段相同无坡度的小扇形平面，分别相间组成三等分的下园环形螺旋面导轨，因三点构成一个稳定力面，三个园锥滚子均布在三等分的下园环形螺旋面导轨上纯滚动，三个园锥滚子由三槽保持架约束，该保持架由摩擦系数极小的聚四氟乙稀做成的侧衬，消除保持架三槽侧面与三个园锥滚子之间的间隙；为了提高保持架的灵话性可采用三个以上的滚珠托取的保持架处于纯滚动状态。由电机，减速箱，蜗轮副，使三个园锥滚子分别在三段相同无坡度的小扇形平面上纯滚动时，上圆环形导轨在二个以上的直线滚珠轴承的约束下，无上下位移，实现无加载卸载状态，刚性封闭静态力学平衡系统内这时无任何内力变化，保持最小静负荷稳定状态；三个园锥滚子分别在三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面上纯滚动时，驱使上圆环形导轨在二个以上的直线滚珠轴承的约束下，上下位移，使这个刚性封闭静态力学平衡系统内部产生内力，使各部份按各自的刚度大小作相应的微小弹性变形，因为这个刚性封闭静态力学平衡系统中标准传感器和被检称重传感器的敏感区刚度最小，则变形也最大，实现对标准传感器和被检称重传感器加载卸载功能。因为微小弹性变形状态是一种最稳定的静态力学平衡状态，刚好满足这种只要小位移，大载荷，为特征的叠加式力标准机的性能要求。
2.固定横梁悬挂式回转上下直移机构，该机构由电机或摇动手柄(图中未显示)转动小蜗杆，带动蜗轮螺母转动，丝杆顺着导键上下移动，蜗轮螺母由上面螺母悬挂，支承在横梁内孔顶面的推力球轴承之上，由压力位置螺旋保持机构维持悬挂性能不变。压力位置螺旋保持机构是由一套不同螺距的内外螺纹副，中间夹着弹性件的两个螺母用两个螺钉联接构成，蜗轮螺母凸肩上表面与横梁内孔下端面之间应预留备用间隙，该备用间隙不但使这套悬挂系统不但减少了下支承的摩擦，转动较灵活，最重要是为这套悬挂组合件的自重作为最小静负荷施加到被检称重传感器上，提供了避开其它外力影响的必要空间条件，该备用间隙的大小可根据需要由蜗轮螺母上端的螺母调节确定。当转摆螺旋式加载机构加载时，通过承载能力很大、刚性很大的蜗轮螺母的凸肩上表面使轴向力传到固定横梁上，传到整个刚性封闭静态力学平衡系统。当转摆螺旋式加载机构卸载，回到零位，即三个园锥滚子回到三段相同无坡度的小扇形平面，被检称重传感器又回到最小静负荷状态。这时蜗轮螺母凸肩上表面与固定横梁内孔下端面仍存在微小间隙，确保只有整套悬挂组合件的自重作为最小静负荷，压在被检称重传感器上。
实现最小静负荷还可以采用动横梁悬挂带凸肩的中心轴传递载荷，动横梁由螺旋副传动，不能执行粗加载功能，只能执行测试空间调节和靠中心轴自重作为最小静负荷，加卸载系统控制位置的准确性达到小于备用间隙即可。
固定横梁悬挂式回转上下直移机构的螺旋副，蜗轮螺母的内螺纹必须采用塑性材料，虽然啮合螺纹数多，但是各螺纹面的受压载荷仍然不可能那庅一致，必然有局部塑性变形，靠塑性变形提高承载能力，即刻变化到弹性变形状态为止，因为塑性材料受压，无强度极限可言，因受压截面不断增加，承受力也相应增加，就是靠这一塑性变弹性这一物理过程，保证这一薄弱环节最终总以弹性状态告终，确保了这个刚性封闭静态力学平衡系统仍然成立。
3.刚性微调测试台是这样实现的为了适用各种结构的称重传感器不同挠度的测试需要，和几种量程的测试要求，也为了确保转摆螺旋式加载机构中三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面有效全长最充分的使用，可以将测试台做成刚性微调测试台，作这个刚性封闭静态力学平衡系统刚性的微调使用。它由控制弹性力的弹性件置于带内螺纹的上台面，和带外螺纹的下台柱之间，在弹性件的作用下能构成预留空间A，供弹性件压缩变形以增大弹力之用，按刚性微调载荷的需要，作设计弹性件承载力的依据，弹性变形的压缩量根据实际需要而定的，螺纹用于调节预压力的大小，螺纹的螺距按标准设计，内外螺纹牙的厚度都按同一尺寸小于标准牙厚，牙厚变小相对于螺距而形成内外螺纹的间隙B，在轴向要小于弹性件最大变形量，要大于预留空间A，这是保证弹性件的弹性稳定性，又保障载荷大到预留空间A变为零时，即刚性微调测试台变为整体式刚度性质的测试台时，弹性件不致于压坏仍处于安全的使用状态，确保刚性微调测试台长期返复使用的性能。这样就使转摆螺旋式加载机构中大扇形螺旋面前面一段载荷增大率变小，三个园锥滚子在三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面表面上纯滚动的距离长一些，就使刚性叠加式力标准机成为一个刚性可微调的刚性封闭静态力学平衡系统。当然测试台也可做成整体式。
图1是本发明500KN压式刚性叠加式力标准机的主视2a是转摆螺旋式加载机构的主视2b是图2a的K-K剖视俯视2c是图2b的A-A剖视展开3是采用圆柱滚子代替圆锥滚子的转摆螺旋式加载机构的主视4是采用滚珠代替圆锥滚子的转摆螺旋式加载机构的主视5是下园环形螺旋圆锥面导轨的转摆螺旋式加载机构的主视6是固定横梁悬挂式回转上下直移机构的主视7a是弹性件为碟簧的刚性微调测试台主视7b是图7a的K局部放大8是弹性件为园柱形弹性体的刚性微调测试台主视8b是图8a的K局部放大9是拉压式刚性叠加式力标准机的主视图下面结合附图已研制成功的具体实施例对本发明作进一步详细的说明图1是本发明500KN压式刚性叠加式力标准机的主视图，检测压式称重传感器，该机由固定横梁悬挂式回转上下直移机构112、台板17、底座12由下螺母11、下力柱15带外螺纹穿过台板17与上力柱111带内螺纹联成一根力柱，该力柱上端与上螺母113联接，构成一个“日”字型刚性结构。电机(未画出)，减速箱(未画出)，都是刚性连接，带动蜗杆13，使蜗轮14转摆，转摆螺旋式加载机构16的下导轨座外园与蜗轮14刚性连接，并通过调心轴承和推力调心滚子轴承组合成的轴向自动对中机构，坐落在底座12上，处于中央轴线上“日”字型的下腔中，转摆螺旋式加载机构16的上圆环形圆锥面导轨座的上表面支承着测试台18，沿着三个直线滚珠轴承114上下位移，测试台18从中央穿过台板17，三个直线滚珠轴承114按120°方位固定安装在台板17上，与“日”字型刚性结构联成一体。当被检称重传感器19放置测试台18上，对准标准传感器110，准确保持在同一中心轴线上，转动固定横梁悬挂式回转上下直移机构112的手柄(未画出)，将中央轴线上的丝杆下降到，使被检称重传感器19承受最小静负荷值为止，并用手摇力臂上带弹簧压力的插销，垂直插入与固定横梁联接一体的分度盘的小孔中定位，使小蜗杆保特位置不能动，这时转摆螺旋式加载机构16内三个园锥滚子分别正处在三段相同无坡度的小扇形平面块上，三个园锥滚子均布在三等分的下园环形螺旋面导轨上。放置在测试台18上的被检传感器19和刚性连接到固定横梁悬褂式回转上下直移机构112的丝杆下端的标准传感器110，处于轴向串联，同时被加卸载。这样与“日”字型刚性结构构成一个刚性封闭静态力学平衡系统。通过转摆螺旋式加载机构16内三个园锥滚子分别在三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块上纯滚动，使上圆环形圆锥面导轨沿中心轴产生上下位移，使这个刚性封闭静态力学平衡系统内部，在小弹性变形范围内产生静态平衡内力，对被检称重传感器19和标准传感器110实现了从一个方向稳定加载卸载和可停电机测试的目的。
下面结合图2再进一步对转摆螺旋式加载机构16作进一步详细的说明三段相同无坡度的小扇形平面块21，和三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块22，六块相间构成下园环形螺旋面导轨27，安装在下导轨座26中，并且都是刚性连接，与蜗轮14构成一个刚体，和蜗轮14一起转摆，三个园锥滚子23由三槽保持架28约束，该保持架28由聚四氟乙稀做成的侧衬24，消除保持架28三槽侧面与三个园锥滚子23之间的间隙，四粒滚珠25托取保持架28处于纯滚动状态，提高保持架28的灵话性。三个圆锥滚子23分别在三段相同无坡度的小扇形平面块21上纯滚动时，上圆环形圆锥面导轨29刚性连接在上导轨座210，并且与三个直线滚珠轴承114的三根导柱211构成一个刚体，在三个直线滚珠轴承114的约束下，轴向无上下位移，处于最小静负荷状态或零负荷状态，实现无加卸载的目的；三个圆锥滚子23滚到三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块22上，向坡上纯滚动时，上圆环形圆锥面导轨29和上导轨座210及三根导柱211，一同沿着三个直线滚珠轴承114上升，对各测试点实现从一个正方向稳步加载，可停电机测试，该点测试完后，电机自动重新启动，再稳步加载下一个测试点，测完最后一点后，电机反转，三个圆锥滚子23分别沿着三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块22向坡下纯滚动时，上圆环形圆锥面导轨29和上导轨座210及三根导柱211，一同沿着三个直线滚珠轴承114下降，实现从一个反方向稳步卸载，逐一对各点回程测试，转摆螺旋式加载机构16在120°范围内，随着蜗轮14作来回转摆运动，实现对被检传感器19和标准传感器110加载或卸载，回到三段相同无坡度的小扇形平面块21，被检称重传感器19和标准传感器110上的载荷又稳定地回到原始的最小静负荷状态，转摆螺旋式加载机构16一个转摆周期，就是对被检称重传感器19和标准传感器110的一个加载卸载周期。这样确保了被检称重传感器19及其测试夹具接标准规定，三个测试周期都回到测试原始状态。有利于被检称重传感器19的测试数据的准确性和重复性。
转摆螺旋式加载机构16的上圆环形圆锥面导轨29的外园柱面做成外锥面212，用螺钉213顶外锥面212，使上圆环形圆锥面导轨29紧贴上导轨座210底面构成一个刚体。三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块22和三段相同的无坡度小扇形平面块21组成三等分的下园环形螺旋面导轨27，当做成一个整体时，外园柱面做成外锥面，用螺钉顶外锥面，使下园环形螺旋面导轨27紧贴下导轨座26底面构成一个刚体；当下园环形螺旋面导轨27由六块相间拼合组成，这时要求六块拼合成的内孔为内倒锥面215，外园面仍为园柱面，但在螺钉的顶紧处相对应地做成小凹锥面214，而六块径向的侧面，都按大扇形螺旋面块22的高端做成向外斜的同一方向的斜面216，因为大扇形螺旋面块22的高端受压力最大，这是确保压力到高端极限位置时，压力也仍然通过它的底面传下去，使大扇形螺旋面块22受这种特殊大压力时也不会有微小位置变化。当螺钉顶小凹锥面214时，既使六块各内倒锥面215紧贴下导轨座26园中心台的外倒锥，又使六块径向的侧面216互相并紧，又使六块分别紧贴下导轨座26的底面，坚固地构成一个完整的下园环形螺旋面导轨27与下导轨座26构成一个刚体。下园环形螺旋面导轨27的小扇形平面块21厚度与大扇形螺旋面块23低端一样厚；大扇形螺旋面块23的导角必须小于当量摩擦角，确保三个圆锥滚子23停滚静止时能自锁。大扇形螺旋面块23的螺旋面既可以由同一导角构成，也可以由多个导角组成的螺旋面，都必须用油石打磨成光滑螺旋面，在螺钉锁紧力的作用下，通过上述的斜面、园锥面的相互制束作用，确保转摆螺旋式加载机构16是一套极稳定的高刚度的加载机构。
转摆螺旋式加载机构16还可以用下面几种不同结构来实现图3所示转摆螺旋式加载机构16中的圆锥滚子23可以采用圆柱滚子32代替，这时上圆环形圆锥面导轨29改为上圆环形平面导轨31。
图4所示对于小吨位如10吨以下转摆螺旋式加载机构16中的圆锥滚子23可以采用钢球42代替，这时下园环形螺旋面导轨27，由螺旋面改为螺旋园弧面43，上圆环形圆锥面导轨29改为上圆环形圆孤面导轨41。
图5所示转摆螺旋式加载机构16中下园环形螺旋面导轨27也可以改为下园环形螺旋圆锥面导轨51，而上圆环形圆锥面导轨仍为圆锥面29。
对于大吨位如50吨以上转摆螺旋式加载机构中的圆锥滚子，可以按3的倍数增加数量，这时上圆环形导轨也要像下园环形螺旋面导轨一样，但斜坡方向刚好相反，做成三段相同无坡度的小扇形平面块和三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块安装在上导轨座中。
图6所示固定横梁悬挂式回转上下直移机构112，该机构由电机或摇动手柄(图中未显示)转动蜗杆611，带动蜗轮螺母62转动，丝杆61顺着导键612上下移动，因为刚性叠加式力标准机的载荷，对固定横梁悬挂式回转上下直移机构112都是一个向上作用的轴向载荷，所以采用锯齿型丝杆61传动，这样刚性较大、承载能力较强、效率较高。蜗轮螺母62依固定横梁64中央孔为回转轴承，由上面螺母67悬挂，支承在横梁中央孔上端面的推力球轴承66之上，由压力位置螺旋保持机构维持悬挂性能不变。压力位置螺旋保持机构是由内锯齿型的螺母69旋在丝杆61上，通过碟形弹簧68调节螺母69对螺母67的压力，再用两个螺钉610联接螺母69螺母67，保持两螺母之间的压力不变，利用两个螺钉610的联接和螺母69的螺距16mm，螺母67的螺距3mm两螺距之差保持螺母69和螺母67对蜗轮螺母62的相对位置不变，确保蜗轮螺母凸肩上表面与固定横梁中央孔下端面预留备用间隙状态稳定，确保下面的最小静负荷长期性能稳定，取名叫压力位置螺旋保持机构。蜗轮螺母62凸肩上表面63与固定横梁64中央孔下端面65存在备用间隙，不但使这一套悬挂组合件不但减少了下支承的摩擦，转动较灵话，最重要是为这套悬挂组合件的自重作为最小静负荷，提供了避开其它外力影响的必要空间条件，该备用间隙的大小可根据需要，由蜗轮螺母62上端的螺母67调节确定，当由电机或转动小蜗杆611，将丝杆61下降，标准传感器110顶到被检称重传感器19时，再继续转动手柄，在被检称重传感器19反力作用下，通过标准传感器110顶丝杆61，丝杆61顶蜗轮螺母62，蜗轮螺母62的凸肩上表面63与固定横梁中央孔下端面65存在的备用间隙，随着转动小蜗杆611，备用间隙变小，这时整套悬挂组合件标准传感器110、丝杆61、碟形弹簧68、两个螺钉610、螺母69、蜗轮螺母62和螺母67共七种零件脱离横梁内孔顶面上的推力球轴承66的支承，将七种零件的重量作为最小静负荷，都压在被检称重传感器19上，这是一种最稳定的载荷。这时转摆螺旋式加载机构开始加载，通过承载能力很大、刚性很大的蜗轮螺母62的凸肩上表面63，顶固定横梁中央孔下端面65，使轴向力传到固定横梁64上，传到整个刚性封闭静态力学平衡系统。当转摆螺旋式加载机构卸载，回到零位，即三个园锥滚子回到三段相同无坡度的小扇形平面21上，被检称重传感器19受的载荷又回到最小静负荷状态。这时蜗轮螺母62凸肩上表面63与固定横梁中央孔下端面65仍存在极小的间隙，确保只有整套悬挂组合件的自重作为最小静负荷，压在被检称重传感器19上。
图7所示将测试台18做成刚性微调测试台，使这个刚性封闭静态力学平衡系统有点刚性微调性能。按它的微调部分弹性变化只要承担10-50％的额定载荷，设计碟形弹簧74，弹性变形的压缩量为0.2-2mm，该数值是根据实际需要而定的，螺纹M160×4来调节预压力，螺距4mm按标准设计，内外螺纹牙的厚度按标准牙的厚度小1mm设计，当带内螺纹的上台面71压缩碟形弹簧74，螺纹相互联结到刚度微调好后，在碟形弹簧74受压的反作用力下，使内外螺纹牙的上牙面75，下牙面76紧贴，内外螺纹牙的下牙面77，上牙面78之间有间隙B，在轴向间隙B大于预畄空间A，要小于碟形弹簧74最大压缩变行量，当刚性微调测试台受压载荷时，带内螺纹的上台面71压缩碟形弹簧74弹性变形，带内螺纹的上台面71和带外螺纹的下台柱72之间的预留空间A变小，使内外螺纹牙的上牙面75，脱离下牙面76，内外螺纹牙的下牙面77，上牙面78之间的间隙B随之变小，如图7虚线73，随着载荷的变大到带内螺纹的上台面71和带外螺纹的下台柱72之间的预留空间A变为零时，刚性微调测试台就和测试台18的承载能力刚性完全一样。由于有碟形弹簧74使带内螺纹的上台面71与带外螺纹的下台柱72之间预留空间A的存在，这样就使转摆螺旋式加载机构16中三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块22前面一段载荷增加率变小，三个园锥滚子23在三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块22表面上纯滚动的距离长一些，这样就达到了刚性微调作用，既滿足各种结构的称重传感器具有不同挠度的测试需要，不同量程的测试需要又确保转摆螺旋式加载机构16中三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块22有效全长得到最充分的使用，这也有利于加卸载速度的控制。配置了刚性微调测试台，就使刚性叠加式力标准机成为一个刚性可微调的刚性封闭静态力学平衡系统。提高了刚性叠加式力标准机使用的灵活性和通用性。
图8所示刚性微调测试台，是还可以在带外螺纹的下台柱72内部均布配置三个弹性体81，代替碟形弹簧74的作用，其余结构关系都不变。
图9所示图1的结构为压式刚性叠加式力标准机，只能测试压式称重传感器，在它的基础上，将反向架91与上导轨座210联接成一体，沿着固定横梁64上的导向轴承92和下方台面板17上的直线滚珠轴承114上下位移，将拉式标准传感器94固定安装在反向架91的顶梁的中央位置，就成为拉压刚性叠加式力标准机，在上方测拉式称重传感器93，在下方仍测压式称重传感器19。
有益效果1.刚性叠加式力标准机因为有转摆螺旋式加载机构代替目前的液压和压电陶瓷微动加载，有固定横梁悬挂式回转上下直移机构代替了目前的动横梁结构，使刚性叠加式力标准机构成了刚性封闭静态力学平衡系统，靠系统内部发生位移产生微小弹性变形，实现加载卸载目的，所以才能实现从一个方向加卸载，才能实现停电机测试被检称重传感器参数。当然也可以同步测试。这样带来的好处是1)像静重式力标准机一样，使被检称重传感器的测试数据才更准确，更真实，还有利于提高测试的重复性。
2)因为能停电机测试，所以才真正解决了在刚性叠加式力标准机上，测称重传感器的蠕变值，只要将显示的蠕变值减去标准传感器的蠕变值，就得出了称重传感器的蠕变值。因为刚性封闭静态力学平衡系统，微小弹性变形的蠕变值小到可忽略不计。
3)因为刚性叠加式力标准机是一个自由度的封闭刚性静态力学平衡系统，所以能准确控制加载速度，加卸载时间和稳定时间，很自然地能完全滿足称重传感器国家标准GB7551-87和“称重传感器计量规程”(OIML)60号国际建议加卸时间和稳定时间的规定要求。
4)刚性叠加式力标准机，因为是纯机械，调试好以后，长期稳定性好，因操作简单，不易出问题2.因为固定横梁悬挂式回转上下直移机构的悬挂组合件的自重，提供了最稳定的最小静负荷，当转摆螺旋式加载机构卸载，回到零位，即三个园锥滚子回到三段相同无坡度的小扇形平面块表面这一稳定的原始位置，这就确保只有整套悬挂组合件的自重作为最小静负荷，作用在被检称重传感器上。在同一次装夹中，使被检称重传感器能获得稳定的最小静负荷值不变，这一功能带来的好处是1)最小静负荷对称重传感器用于做电子秤抵消皮重等因素的影响带来方便2)因为卸载时，只回到最小静负荷值，才能使被检称重传感器及其夹具等处于稳定状态，测试系统很稳定，对被检称重传感器的三次加载和卸载，反应出重复性好，给操作带来极大的方便。
3)尤其在温场中的被检称重传感器，封闭在温箱内，在多次测试过程中看不到被检称重传感器及其夹具是否有什么变化，因为有了最小静负荷，使被检称重传感器及其夹具等处于稳定状态，才有利于确保被检称重传感器温度参数测试的准确性。
3.刚性叠加式力标准机，从初始力值开始到额定力值止，精度的一致性好，位移量可测性、线性、重复性都好，灵敏度高，分辨率能达微米级，这些好性能刚好用于另外两种设备，压力机和压式材料试验机。因为这两种设备，吨位大的都是按液压原理做成的力源，一般都存在小力值段的力值精度低，而且不稳定，力值要达到额定载荷10-20％时，力值精度才稳定，对位移量既难控制又测不准。对于位移量要求小，位移控制精度要求高，力值精度要求高，吨位较大的工况，采用刚性叠加式力标准机作为专用压力机和专用压式材料试验机使用效果会更好。标准传感器仍做力值显示，位移值由位移传感器读出，被压器件或被检材料取代被检称重传感器的位置即可。
权利要求
权利要求
1.一种刚性叠加式力标准机，由电机、变速箱、加载机构、上下力柱、测试台、被检称重传感器、标准传感器、横梁调节机构组成，其特征是整个系统构成刚性封闭静态力学平衡系统，加载机构设计为转摆螺旋式加载机构，由一套小螺距大直径只可以转摆三分之一螺距即转摆120°的加载机构，该机构由三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面和三段相同无坡度的小扇形平面分别相间组成三等分的下园环形螺旋面导轨，三个滾动体均布在三等分的下园环形螺旋面导轨上纯滾动，三个滾动体由三槽保持架约束，该保持架由摩擦系数小的软材料做成的侧衬，完全消除保持架三槽侧面与三个滾动体之间的间隙，三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面的导角必须小于当量摩擦角，停电机时确保三个滾动体停滾静止能自锁，大扇形螺旋面既可以由同一导角构成，也可以由多个导角组成的螺旋面，当三个滚动体分别在三段相同无坡度的小扇形平面上纯滚动时，上圆环形导轨在2个以上的直线滚珠轴承的约束下，无上下位移，实现无加载卸载状态，刚性封闭静态力学平衡系统内，这时无任何内力变化，保持最小静负荷状态，当三个滚动体分别在三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面上纯滚动时，在2个以上的直线滚珠轴承的约束下，推动上圆环形导轨上下位移，使这个刚性封闭静态力学平衡系统内部发生位移，使各部份按各自的刚度大小作相应的微小弹性变形，非常平稳地实现对标准传感器和被检称重传感器加载卸载功能，因为微小弹性变形状态是一种最稳定最好控制的静态力学平衡状态，刚好满足这种只要小位移，大载荷，为特征的刚性叠加式力标准机按一个方向加载卸载和能停电机测试的性能要求，横梁调节机构设计为固定横梁悬挂式回转上下直移机构，该机构的悬挂组合件的自重作为最小静负荷，由蜗轮螺母上端的螺母悬挂，支承在固定横梁内孔顶面的推力球轴承之上，由压力位置螺旋保持机构维持悬挂性能不变，蜗轮螺母凸肩上表面与固定横梁内孔下端面预留备用间隙，该备用间隙不但使这套悬挂组合件不但省去了下支承的摩擦，转动较灵活，更重要是为悬挂组合件的自重作为最小静负荷，施加到被检称重传感器上提供了避开其它外力影响的必要空间条件，该备用间隙的大小可根据需要由蜗轮螺母上端的螺母调节确定，当转摆螺旋式加载机构加载时，备用间隙变为零后，载荷通过承载能力和刚性很大的蜗轮螺母的凸肩上表面使轴向力传到固定横梁上，传到整个刚性封闭静态力学平衡系统中，当转摆螺旋式加载机构卸载，回到零位时，即三个滾动体回到三段相同无坡度的小扇形平面上，被检称重传感器上的载荷又回到最小静负荷状态，确保只有整套悬挂组合件的自重作为最小静负荷，压在被检称重传感器上。
2.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是3个滚动体可以按3的倍数增加数量，以提高刚性叠加式力标准机的量程和承载能力，这时上圆环形导轨也要像下园环形螺旋面导轨一样，但斜坡方向刚好相反，做成三段相同无坡度的小扇形平面和三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面安装在上导轨座中。
3.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是转摆螺旋式加载机构的上圆环形圆锥面导轨的外园柱面做成外锥面，用螺钉顶外锥面，使上圆环形圆锥面导轨紧贴上导轨座底面构成一个刚体。
4.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面和三段相同的无坡度小扇形平面组成三等分的下园环形螺旋面导轨，可以做成一个整体，外园柱面做成外锥面，用螺钉顶外锥面，使下园环形螺旋面导轨紧贴下导轨座构成一个刚体。
5.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面和三段相同的无坡度小扇形平面组成三等分的下园环形螺旋面导轨也可以由六块相间拼合组成，这时要求六块拼合成的内孔为内倒锥面，外园面仍为园柱面，但在螺钉的顶紧处相对应地做成小凹锥面或小斜面，而六块径向的侧面都按大扇形螺旋面块的高端做成向外斜的同一方向的斜面，这是确保载荷压力到高端极限位置时也仍然通过它的底面传下去，而使三段相等同样斜坡的大扇形螺旋面块受这种特殊大压力时也不会有微小位置变化。当螺钉顶小凹锥面或小斜面时，既使六块各内倒锥面紧贴下导轨座园中心台的外倒锥面，又使六块径向的侧面相互并紧，又使六块分别紧贴下导轨座的底面，坚固刚性地构成一个完整的下园环形螺旋面导轨，与下导轨座构成一个刚体。
6.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是采用三个以上的滾珠托取保持架处于纯滚动状态，这样可减少保持架运转时的摩擦力，运转更灵活。
7.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是压力位置螺旋保持机构是由一套不同螺距的内外螺纹副，弹性元件夹在两个螺母中间调节控制压力，并用两个螺钉联接两个不同螺距的螺母这一结构，保持两个螺母之间压力恒定，也保持两个螺母对蜗轮螺母的位置关系不变，确保蜗轮螺母凸肩上表面与固定横梁内孔下端面预留备用间隙状态稳定，才能确保只有整套悬挂组合件的自重作为最小静负荷，压在被检称重传感器上。
8.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是实现最小静负荷还可以采用动横梁悬挂带凸肩的中心轴传递载荷，动横梁由螺纹副传动，不执行粗加载功能，只执行测试空间调节和靠中心轴组合件自重作为最小静负荷，加载卸载系统控制位置的准确性达到小于备用间隙即可。
9.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是既可以做成压式刚性叠加式力标准机，测试压式称重传感器，也可以做成拉压式刚性叠加式力标准机，其结构在压式刚性叠加式力标准机的基础上，将反向架与上导轨座联接成一体，沿着固定横梁上的导向轴承和台面板上的直线滚珠轴承上下位移，拉式标准传感器固定安装在反向架的顶梁的中央位置，就成为拉压刚性叠加式力标准机，在上方测拉式称重传感器，在下方测压式称重传感器。
10.按照权力要求1所述的刚性叠加式力标准机，其特征是测试台做成刚性微调测试台，它由控制弹性力的弹性件置于带内螺纹的上台面和带外螺纹的下台柱之间，在弹性件的作用下构成预留空间A，供弹性件压缩变形以增大弹力之用，按刚性微调载荷的需要，作设计弹性件承载力的依据，弹性变形的压缩量根据实际需要而定的，螺纹用于调节预压力的大小，螺纹的螺距按标准设计，内外螺纹牙的厚度都按同一尺寸小于标准牙厚，牙厚变小相对于螺距而形成内外螺纹的间隙B在轴向要小于弹性件最大变形量，要大于预留空间A，这是保证弹性件的弹性稳定性，又保障载荷大到预留空间A变为零时，即刚性微调测试台变为整体式刚度性质的测试台时，弹性件不致于压坏仍处于安全的使用状态，确保刚性微调测试台长期返复使用的性能。
全文摘要
一种刚性叠加式力标准机，是用于检测称重传感器的计量特性。主要是为了解决国内外目前按液压原理和压电陶瓷原理制造的叠加式力标准机，存在的三个重要测试技术问题1)不能从一个方向加卸载，2)不能停电机测试，3)不能获得最小静负荷。而创新了一套小螺距大直径只可以转摆120°的三点纯滾转摆螺旋式加载机构，和一套固定横梁悬挂式回转上下直移机构，当卸载回到零位时，确保只有悬挂组合件的自重作为最小静负荷，压在被检称重传感器上。因为整个系统是一个刚性封闭静态力学平衡系统，只处于微小弹性变形状态加载卸载，刚好满足这种只要求小位移，大载荷，为特征的叠加式力标准机的性能要求，该机也可以作为类似状态的专用压力机和专用压式材料试验机使用。
文档编号G01G23/01GK1828239SQ20051000868
公开日2006年9月6日 申请日期2005年3月3日 优先权日2005年3月3日
发明者邓足斌, 邓南 申请人:邓足斌, 邓南