专利名称：双内套筒同向伸缩式小载荷传感器的保护装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械工程测试技术领域，涉及岩土三轴试验中轴向大小两个载荷传感 器的串联测试，尤其是一种借助螺纹左旋和右旋特殊结构实现两个内套筒的同向伸缩从而 保护小载荷传感器的装置。
背景技术：
土工三轴试验是土工试验的一种，也是最重要的室内土工试验手段之一，常常借 助三轴试验仪进行试验。现阶段为了满足针对各种复杂土质结构进行分析的需要，三轴试 验仪朝着高压三轴试验仪的方向发展。载荷传感器是进行高压三轴试验必不可少的实验测 量装置，其测量精度对试验结果有很大的影响，因此传感器的量程和测量精度成为了高压 三轴试验仪的一项重要参数指标，其直接反应了高压三轴试验仪的性能。目前国内外研制应用于土样的高压三轴试验仪存在加载载荷的检测问题，根据试 验要求试验开始阶段需要检测小的载荷，在实验中后期阶段需要检测大的载荷。如果仅采 用一个大载荷的传感器无法满足试验开始阶段检测精度的要求。为保证整个载荷区间上都 具有较高的检测精度，本发明采用大小量程两个载荷传感器串联的方式实现，小载荷传感 器量程为大载荷传感器量程的1/5。试验初始阶段对检测精度要求高，利用小量程载荷传 感器检测。试验中后期采用大量程载荷传感器检测，这个保证了整个试验过程载荷的检测 精度。但是，大小两个载荷传感器串联，由于力的加载具有连续性在试验过程中不允许拆卸 小载荷传感器，试验后期载荷较大，大大超过小载荷传感器的量程，会严重损坏小载荷传感
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发明内容
本发明的目的是解决大小两个载荷传感器串联测试时小量程载荷传感器的保护 问题，在不拆卸小量程载荷传感器的前提下实现小量程载荷传感器的隔离保护。本发明装 置利用螺纹左旋和右旋特殊结构实现两个内套筒的同向伸缩并带动驱动部分上下运动，完 成保护的开关功能。在保持中心加载轴不受影响的情况下，实现在竖直方向自由升降，并且 有自锁功能。采用直角圆锥齿轮改变电机的旋转方向，借助两个内套筒的异向旋转将水平 传动变为竖直传动。本发明采用的技术方案是一种高压三轴试验仪单轴小载荷传感器保护装置由下 盖板1，下部外套筒3，下部内套筒4，大圆锥齿轮5，支撑杆7，大圆锥齿轮8，上部外套筒10， 上部内套筒11，上盖板12，右靠板14，圆柱滑轨I 15、直流减速电机16，圆柱滑轨II 17，左 靠板18，小支撑轴套19，小连接轴套20，传感器21，小圆锥齿轮23，平键25等组成；其中上 部内套筒11的外壁和上部外套筒10的内壁均有梯形螺纹，螺距为4mm，旋合长度为32mm， 旋向为左旋；下部内套筒4的外壁和下部外套筒3的内壁均有梯形螺纹，螺距为4mm，旋合 长度为32mm，旋向为右旋；支撑杆7与下盖板1通过4个内六角圆柱头螺钉连接；传感器21 下端有一个MlO的螺纹孔，深8mm，与支撑杆7轴端螺纹孔相配合、定位，传感器21上端有一个带有G1/8”螺纹的轴，小连接轴套20下端有与之配合的螺纹孔，旋合后起到导向作用；小 支撑轴套19下端轴孔配合小连接轴套20上端的空心轴，可沿此轴外圆面上下滑动，上端螺 纹孔对应于上端盖的螺纹孔，通过内六角圆柱头螺钉连接固定；下部外套筒3下端有4个螺 纹孔，均布，与下盖板1的螺纹孔相配合；下部内套筒4和大圆锥齿轮5通过4个内六角圆 柱头螺钉6连接，上部内套筒11和大圆锥齿轮8通过4个内六角圆柱头螺钉9连接，两个 大圆锥齿轮同时与小圆锥齿轮23啮合，当小圆锥齿轮23转动时，两个大圆锥齿轮的转向相 反；上部外套筒10和下部外套筒3通过内六角圆柱头螺钉连接，上部外套筒10开口槽正对 小圆锥齿轮23 ；直流减速电机16轴端与小圆锥齿轮23的轴配合，通过键25固定，两侧面 均有一根圆柱滑轨I 15、圆柱滑轨II 17，通过左靠板14、右靠板18上的轴套与之配合滑动； 圆柱滑轨I 15、圆柱滑轨II 17下端通过螺纹孔固定在滑轨支撑板27上，上端用横梁24固 定；滑轨支撑板27通过4个内六角圆柱头螺钉与下盖板1、下部外套筒3连接。上部外套 筒上的4个通孔a均布于下端面，以BB’为零度线，其位置角度分别为45°、135°、225°、 315° ；下部外套筒与下盖板配合端面上的4个螺纹孔b均布，以CC’为零度线，其位置角度 分别为0°、90°、180°、270° ；下部外套筒与上部外套筒配合端面上的4个螺纹孔c均布， 以CC’为零度线，其位置角度分别为45°、135°、225°、315°。本发明的效果和益处是两个大圆锥齿轮转向相反，上下配合的套筒螺纹旋向也 相反，可实现同向升降，进而带动小圆锥齿轮和直流减速电机升降，实现传动的连续性和准 确性；通过上部内套筒11对上盖板12的推力作用，使小支撑轴套19与小连接轴套20脱 离，实现对传感器的卸力以致隔离；该装置的梯形螺纹传动具有自锁功能，在达到预定的升 降位置后能够保持承载状态，在电动机断电的情况下，仍可实现三轴试验的加载工作，保证 了加载的连续性；该保护装置实现了高压三轴试验在小载荷下的测量精确性，以及大载荷 下对单轴小载荷传感器的保护作用。该装置具有结构灵巧、布局紧凑、装调方便、成本低、断 电自锁等特点。
图1是高压三轴试验仪单轴小载荷传感器保护装置沿图2中AA’线的正视剖面结 构示意图。图中1下盖板；2内六角圆柱头螺钉；3下部外套筒；4下部内套筒；5大圆锥齿 轮；6内六角圆柱头螺钉；7支撑杆；8大圆锥齿轮；9内六角圆柱头螺钉；10上部外套筒；11 上部内套筒；12上盖板；19小支撑轴套；20小连接轴套；21传感器；22支撑杆；23小圆锥齿 轮；24横梁；25平键；26内六角圆柱头螺钉；27滑轨支撑板。图2是该保护装置的俯视结构示意图。图中13内六角圆柱头螺钉；14左靠板；15圆柱滑轨I ；16直流减速电机；17圆 柱滑轨II ；18右靠板；AA’剖面线。图3是上部外套筒的俯视结构示意图。图中a下端面通孔；BB’中轴线。图4是下部外套筒俯视结构示意图。图中b与下盖板配合螺纹孔；c与上部外套筒配合螺纹孔；CC’中心线。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。如附图1、2、3、4所示，套筒的端面平面度以及和中轴线的垂直度要求较高，以保 证装配时各套筒的同轴度，从而减少由于偏心造成的摩擦，增加传动的平稳性和准确性；该 保护装置工作时，直流减速电机输出8N.m的转矩，带动小圆锥齿轮23转动，通过一组直角 圆锥齿轮的啮合传动，实现上内套筒11、下内套筒4的转动，由于上部内套筒11和上部外套 筒10的梯形螺纹为左旋，下部内套筒4和下部外套筒3的梯形螺纹为右旋，两个大圆锥齿 轮的转向相反，因此上内套筒11、下内套筒4可实现同时同速升降，下部内套筒起4到推动 小圆锥齿轮22上升的作用，保持圆锥齿轮之间的啮合；上部内套筒11接触到上盖板12后， 会给其一个升力，将其推起，小支承轴套19沿小连接轴套20滑动，此过程中传感器21进行 卸力，当小支撑轴套19下端面与小连接轴套一下盖板1，下部外套筒3，上部外套筒10，上部 内套筒11，上盖板12 ；该过程根据控制需要可以对电机进行正转反转控制以达到对内套筒 升降的控制。该高压三轴试验仪单轴小载荷传感器保护装置具有较高的稳定性和操作灵活性， 自锁功能保证了在电动机断电情况下稳定加载，并且可成为传力链一环节，对传感器进行 隔离，实现无须更换传感器的情况下进行高压三轴试验的连续测量。另外，该保护装置机构 灵巧，操作方便，具有较高的经济性。
权利要求
双内套筒同向伸缩式小载荷传感器的保护装置，由下盖板(1)，下部外套筒(3)，下部内套筒(4)，大圆锥齿轮(5)，支撑杆(7)，大圆锥齿轮(8)，上部外套筒(10)，上部内套筒(11)，上盖板(12)，右靠板(14)，圆柱滑轨Ⅰ(15)，直流减速电机(16)，圆柱滑轨Ⅱ(17)，左靠板(18)，小支撑轴套(19)，小连接轴套(20)，传感器(21)，小圆锥齿轮(23)，横梁(24)，平键(25)，固定滑轨支撑板(27)，通孔(a)，螺纹孔(b)，螺纹孔(c)组成；其特征在于上部内套筒(11)的外壁和上部外套筒(10)的内壁均有梯形螺纹，螺距为4mm，旋合长度为32mm，旋向为左旋；下部内套筒(4)的外壁和下部外套筒(3)的内壁均有梯形螺纹，螺距为4mm，旋合长度为32mm，旋向为右旋；支撑杆(7)与下盖板(1)通过4个内六角圆柱头螺钉连接；传感器(21)下端有一个M10的螺纹孔，深8mm，与支撑杆(7)轴端螺纹孔相配合、定位，传感器(21)上端有一个带有G1/8”螺纹的轴，小连接轴套(20)下端有与之配合的螺纹孔，旋合后起到导向作用；小支撑轴套(19)下端轴孔配合小连接轴套(20)上端的空心轴，可沿此轴外圆面上下滑动，上端螺纹孔对应于上端盖的螺纹孔，通过内六角圆柱头螺钉连接固定；下部外套筒(3)下端有4个螺纹孔，均布，与下盖板(1)的螺纹孔相配合；下部内套筒(4)和大圆锥齿轮(5)通过4个内六角圆柱头螺钉连接，上部内套筒(11)和大圆锥齿轮(8)通过4个内六角圆柱头螺钉连接，两个大圆锥齿轮同时与小圆锥齿轮(23)啮合，当小圆锥齿轮(23)转动时，两个大圆锥齿轮的转向相反；上部外套筒(10)和下部外套筒(3)通过内六角圆柱头螺钉连接，上部外套筒(10)开口槽正对小圆锥齿轮(23)；直流减速电机(16)轴端与小圆锥齿轮(23)的轴配合，通过平键(25)固定，两侧面各有一根圆柱滑轨Ⅰ(15)、圆柱滑轨Ⅱ(17)，通过左靠板(14)、右靠板(18)上的轴套与之配合滑动；两根圆柱滑轨Ⅰ(15)、圆柱滑轨Ⅱ(17)下端通过螺纹孔固定在滑轨支撑板(27)上，上端用横梁(24)固定；滑轨支撑板(27)通过4个内六角圆柱头螺钉与下盖板(1)、下部外套筒(3)连接；上部外套筒上的4个通孔(a)均布于下端面，以BB’为零度线，其角度分别为45°、135°、225°、315°；下部外套筒与下盖板配合端面上的4个螺纹孔(b)均布，以CC’为零度线，其角度分别为0°、90°、180°、270°；下部外套筒与上部外套筒配合端面上的4个螺纹孔(c)均布，以CC’为零度线，其角度分别为45°、135°、225°、315°。
全文摘要
双内套筒同向伸缩式小载荷传感器的保护装置，属于机械工程测试技术领域，涉及岩土三轴试验中轴向大小两个载荷传感器的串联测试，尤其是一种借助螺纹左旋和右旋特殊结构实现两个内套筒的同向伸缩从而保护小载荷传感器的装置。其特征是该保护装置由下部内外套筒、上部内外套筒、一对大圆锥齿轮、减速直流电动机、圆柱滑轨、支撑杆、壳体等组成。在保持中心加载轴不受影响的情况下，实现在竖直方向自由升降，并且有自锁功能，能够加载到试验要求的最大载荷。本发明的效果和益处是该装置实现了小载荷传感器的隔离保护，具有结构灵巧、装调方便、成本低、断电自锁等特点。
文档编号G01N3/02GK101929928SQ20101024209
公开日2010年12月29日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者冯忠帅, 桑勇, 王莉莉, 邵龙潭 申请人:大连理工大学