专利名称：一种八维六自由度测力机构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量技术，涉及对六自由度测力机构的改进。
背景技术：
测力平台是落震、抗坠毁试验中测量冲击载荷的测力机构，需要实时测出载荷的 各向分量。但由于力传感器只能测量其轴线方向的力，而且也只能在其不受侧向载荷时才 能准确测量。目前的六自由度测力平台采用六维方式。参见图1，它由上圆板1、与上圆板 1平行的下圆板2和单维测力机构3连接组成。共有6个结构相同的单维测力机构3，按每 组2个单维测力机构分为3组，这3组单维测力机构沿圆周均匀分布。单维测力机构通过 单插耳和插销与上下圆板相连接。其缺点是第一、耦合误差大。由于它的各单维测力机构 两端为简单的插销连接方式，并非完全的空间铰接，因此存在较大耦合误差。第二、结构刚 度不高，固有频率较低，不利于测量高频动态载荷。第三、各单维测力机构非正交关系，测量 之后的解耦计算复杂。第四、各单维测力机构长度不可调，需通过提高机械加工精度来满足 装配要求，制造成本高。
发明内容本实用新型的目的是提供一个耦合误差小、结构刚度大、固有频率高、解耦计算 简单、单维测力机构长度可调、制造成本低的八维六自由度测力机构。 本实用新型的技术方案是一种八维六自由度测力机构，由上板、与上板平行的下 板和单维测力机构连接组成，其特征在于，共有8个结构相同的单维测力机构，每个单维测 力机构的上端与上板连接，每个单维测力机构的下端与下板连接，每个单维测力机构由上 单插耳、正螺纹双插耳、拉压力传感器、反螺纹双插耳、下单插耳和关节轴承组成，在上单插 耳和下单插耳的销孔中镶嵌着关节轴承，上单插耳与正螺纹双插耳的双插耳端通过销轴连 接，正螺纹双插耳的正螺纹连接端与拉压力传感器的正螺纹螺母端连接，拉压力传感器的 反螺纹螺母端与反螺纹双插耳的反螺纹连接端连接，反螺纹双插耳的双插耳端与下单插耳 通过销轴连接；8个上单插耳通过螺钉固定在上板的下表面上，8个下单插耳通过螺钉固定 在下板的上表面上，8个单维测力机构的轴线与上板相交成相同的角度a ，8个单维测力机 构按每组2个单维测力机构分为4组，在上板中心的上下左右各有一组单维测力机构，定义 上板中心上方为第一组单维测力机构，上板中心右方为第二组单维测力机构，上板中心下 方为第三组单维测力机构，上板中心左方为第四组单维测力机构，每组单维测力机构的轴 线位于同一个垂直于上板的平面内，第一组单维测力机构和第三组单维测力机构中上单插 耳销孔的中心点在上板的四个投影点构成第一矩形，该矩形的中心即上板的中心，第二组 单维测力机构和第四组单维测力机构中上单插耳销孔的中心点在上板的四个投影点构成 第二矩形，该矩形的中心即上板的中心，上述第一矩形与第二矩形正交；第一组单维测力机 构和第三组单维测力机构中下单插耳销孔的中心点在下板的四个投影点构成第三矩形，该 矩形的中心为上板的中心在下板的投影点，第二组单维测力机构和第四组单维测力机构中下单插耳销孔的中心点在下板的四个投影点构成第四矩形，该矩形的中心为上板的中心在 下板的投影点，上述第三矩形与第四矩形正交。 本实用新型的优点是通过使力传感器两端铰支只受轴向力，减小了耦合误差，保 证了测量的准确性；具有8个单维测力机构，结构刚度大，固有频率高；解耦计算简单；单维 测力机构长度可调，制造成本低。
图1是现有六自由度测力机构的结构示意图。 图2是本实用新型的结构示意图。 图3是本实用新型中单维测力机构的结构示意图。
具体实施方式下面对本实用新型做进一步详细说明。参见图2和图3，一种八维六自由度测力机 构，由上板1、与上板1平行的下板2和单维测力机构3连接组成，其特征在于，共有8个结 构相同的单维测力机构3，每个单维测力机构3的上端与上板1连接，每个单维测力机构3 的下端与下板2连接，每个单维测力机构3由上单插耳4a、正螺纹双插耳5、拉压力传感器 6、反螺纹双插耳7、下单插耳4b和关节轴承8组成，在上单插耳4a和下单插耳4b的销孔中 镶嵌着关节轴承8，上单插耳4a与正螺纹双插耳5的双插耳端通过销轴连接，正螺纹双插耳 5的正螺纹连接端与拉压力传感器6的正螺纹螺母端连接，拉压力传感器6的反螺纹螺母端 与反螺纹双插耳7的反螺纹连接端连接，反螺纹双插耳7的双插耳端与下单插耳4b通过销 轴连接；8个上单插耳4a通过螺钉固定在上板1的下表面上，8个下单插耳4b通过螺钉固 定在下板2的上表面上，8个单维测力机构3的轴线与上板1相交成相同的角度a ，8个单 维测力机构3按每组2个单维测力机构分为4组，在上板1中心的上下左右各有一组单维 测力机构，定义上板1中心上方为第一组单维测力机构，上板1中心右方为第二组单维测力 机构，上板1中心下方为第三组单维测力机构，上板1中心左方为第四组单维测力机构，每 组单维测力机构的轴线位于同一个垂直于上板1的平面内，第一组单维测力机构和第三组 单维测力机构中上单插耳4a销孔的中心点在上板l的四个投影点构成第一矩形，该矩形的 中心即上板l的中心，第二组单维测力机构和第四组单维测力机构中上单插耳4a销孔的中 心点在上板1的四个投影点构成第二矩形，该矩形的中心即上板1的中心，上述第一矩形与 第二矩形正交；第一组单维测力机构和第三组单维测力机构中下单插耳4b销孔的中心点 在下板2的四个投影点构成第三矩形，该矩形的中心为上板1的中心在下板2的投影点，第 二组单维测力机构和第四组单维测力机构中下单插耳4b销孔的中心点在下板2的四个投 影点构成第四矩形，该矩形的中心为上板1的中心在下板2的投影点，上述第三矩形与第四 矩形正交。 单维测力机构3的轴线与上板1相交的角度a =30° 60° 。 本实用新型的工作原理是各单维测力机构中的正反螺纹双插耳使用关节轴承与 上下单插耳相连接，保证了力传感器两端铰支只承受轴线方向的力，减小了耦合误差，提高 了测量的准确性；使用8个单维测力机构，组成超静定结构，整体结构刚度大，固有频率提 高，更利于测量动态载荷；8个单维测力机构在上下板的投影为正交关系，解耦计算简单；单维测力机构通过采用正反反螺纹调节长度，不需要很高的加工精度就可以完成装配，降 低了制造成本。 本实用新型的一个实施例中，单维测力机构3的轴线与上板1相交的角度a = 45° ，单插耳、双插耳、力传感器和关节轴承采用成品件。
权利要求一种八维六自由度测力机构，由上板[1]、与上板[1]平行的下板[2]和单维测力机构[3]连接组成，其特征在于，共有8个结构相同的单维测力机构[3]，每个单维测力机构[3]的上端与上板[1]连接，每个单维测力机构[3]的下端与下板[2]连接，每个单维测力机构[3]由上单插耳[4a]、正螺纹双插耳[5]、拉压力传感器[6]、反螺纹双插耳[7]、下单插耳[4b]和关节轴承[8]组成，在上单插耳[4a]和下单插耳[4b]的销孔中镶嵌着关节轴承[8]，上单插耳[4a]与正螺纹双插耳[5]的双插耳端通过销轴连接，正螺纹双插耳[5]的正螺纹连接端与拉压力传感器[6]的正螺纹螺母端连接，拉压力传感器[6]的反螺纹螺母端与反螺纹双插耳[7]的反螺纹连接端连接，反螺纹双插耳[7]的双插耳端与下单插耳[4b]通过销轴连接；8个上单插耳[4a]通过螺钉固定在上板[1]的下表面上，8个下单插耳[4b]通过螺钉固定在下板[2]的上表面上，8个单维测力机构[3]的轴线与上板[1]相交成相同的角度α，8个单维测力机构[3]按每组2个单维测力机构分为4组，在上板[1]中心的上下左右各有一组单维测力机构，定义上板[1]中心上方为第一组单维测力机构，上板[1]中心右方为第二组单维测力机构，上板[1]中心下方为第三组单维测力机构，上板[1]中心左方为第四组单维测力机构，每组单维测力机构的轴线位于同一个垂直于上板[1]的平面内，第一组单维测力机构和第三组单维测力机构中上单插耳[4a]销孔的中心点在上板[1]的四个投影点构成第一矩形，该矩形的中心即上板[1]的中心，第二组单维测力机构和第四组单维测力机构中上单插耳[4a]销孔的中心点在上板[1]的四个投影点构成第二矩形，该矩形的中心即上板[1]的中心，上述第一矩形与第二矩形正交；第一组单维测力机构和第三组单维测力机构中下单插耳[4b]销孔的中心点在下板[2]的四个投影点构成第三矩形，该矩形的中心为上板[1]的中心在下板[2]的投影点，第二组单维测力机构和第四组单维测力机构中下单插耳[4b]销孔的中心点在下板[2]的四个投影点构成第四矩形，该矩形的中心为上板[1]的中心在下板[2]的投影点，上述第三矩形与第四矩形正交。
2. 根据权利要求l所述的测力机构，其特征在于，单维测力机构[3]的轴线与上板[1] 相交的角度a = 30° 60° 。
专利摘要本实用新型属于测量技术，涉及对六自由度测力机构的改进。它由上板[1]、与上板[1]平行的下板[2]和单维测力机构[3]连接组成，其特征在于，共有8个结构相同的单维测力机构[3]，每个单维测力机构[3]由上单插耳[4a]、正螺纹双插耳[5]、拉压力传感器[6]、反螺纹双插耳[7]、下单插耳[4b]和关节轴承[8]组成，8个单维测力机构[3]按每组2个单维测力机构分为4组，在上板[1]中心的上下左右各有一组单维测力机构。本实用新型减小了耦合误差，保证了测量的准确性；结构刚度大，固有频率高；解耦计算简单；单维测力机构长度可调，制造成本低。
文档编号G01L5/00GK201548360SQ200920276180
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者廖良全, 章剑, 赵 卓 申请人:中国直升机设计研究所