專利名稱：用于測力裝置的整體成形撓性軸和具有撓性軸的力傳動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)成機身的固體材料部分之間的薄材料連接的撓性軸(flexure pivot)。所述薄連接包括邊界由相鄰的無材料空間限定的窄幅(narrow web)。本發(fā)明還涉及一種用于測力裝置的力傳動機構(gòu)，尤其是一種天平，至少有一個上述的那種撓性軸。所述力傳動機構(gòu)有靜止部分、用于向測量傳感器傳遞力且有至少一根杠桿的杠桿裝置、和用于將輸入力傳遞到所述杠桿裝置內(nèi)的至少一個耦合元件。所述耦合元件很硬，不易延長但易于彎曲，且有至少一個薄材料連接。所述的至少一根杠桿通過撓性支軸支承在所述的靜止部分或前一根杠桿上，所述支軸包括薄材料連接。薄材料連接至少有一個區(qū)域的邊界由正對無材料空間的拱形表面限定。
背景技術(shù)：
符合上述內(nèi)容的薄材料連接形式的撓性軸要么由局部去除材料產(chǎn)生，要么由成形工藝產(chǎn)生。它們的特征在于繞樞軸小角度偏轉(zhuǎn)時有高度的撓性和小的反作用力，并且有高度的剛性以對抗沿其他方向作用的力或扭矩。這些撓性軸主要用于精密儀器，其材料優(yōu)選鋁合金。
具有薄材料連接形式的撓性軸的力傳動機構(gòu)通常用在測力裝置中，尤其是天平中，其中由稱量盤上的載荷產(chǎn)生的力通過傳感器被轉(zhuǎn)化成電信號，其原理是電磁力補償(electromagnetic force compensation)。力傳動機構(gòu)的目的在于用足夠的杠桿比以減小例如由天平的稱量盤上的載荷產(chǎn)生的重力，從而使該機構(gòu)其它端的力可以被轉(zhuǎn)化成一個與測力傳感器的有效載荷范圍兼容的測量信號。已知在測力裝置中所述減力杠桿及其撓性軸的角偏轉(zhuǎn)很小，角偏轉(zhuǎn)的原理是電磁補償。
符合上述說明的測力裝置有一個平行四邊形(parallelogram)，該平行四邊形有兩個平行的導(dǎo)向元件，將可垂直移動的平行四邊形的邊連接到形成平行四邊形固定部分的靜止邊上。關(guān)于縱向力呈剛性且同時可撓性彎曲的耦合元件將力從所述平行四邊形傳遞到包括至少一根杠桿且支承在所述平行四邊形的固定部分上的減力杠桿機構(gòu)。在多數(shù)情況下，耦合元件每一端處的邊界由薄材料連接確定，薄材料連接限定力輸入到耦合元件內(nèi)的點。如果所述的杠桿機構(gòu)有不至一根杠桿，那么所述的杠桿鏈內(nèi)彼此順序相連的各杠桿臂在所有情況下就由耦合元件連接。每根杠桿要么支承在所述平行四邊形的固定部分上，要么就由撓性軸形式的支軸支承在前一根杠桿上。
這種類型的裝置在EP A 0518202做了說明。具有至少一根減力杠桿和至少一個在長度方向上具有剛性但又易于彎曲的耦合元件的測力裝置由單塊的材料塊制成。所述的無材料空間被成形為橫穿所述材料塊的窄線形切口。最好由電火花腐蝕產(chǎn)生的所述窄線形切口的所述切割表面垂直于所述的至少一根減力杠桿的旋轉(zhuǎn)平面。形成所述至少一根杠桿的材料部分僅通過形成所述杠桿支軸的撓性軸和將力施加到一根杠桿臂上的耦合元件就連接到所述材料塊的靜止部分上。所述耦合元件和所述支軸同樣由那塊單塊的材料塊整體成形。
基于電磁力補償原理的重量傳感器在EP A 1054242中做了說明，其中基本部分——例如平行四邊形、杠桿機構(gòu)、耦合元件和支軸——都由單塊材料加工而成，在所述構(gòu)型中材料塊的靜止的基礎(chǔ)部分延伸到兩個所述平行導(dǎo)向元件之間的空間內(nèi)，并形成第一減力杠桿的支軸。至少一根杠桿的至少一部分被分成兩根杠桿，且至少一個耦合元件形成為雙耦合元件的形式，所述的雙耦合元件對稱安置在材料塊的靜止基礎(chǔ)部分的突出的懸臂部分的兩側(cè)。由單塊的材料塊形成重量傳感器的單獨元件可以通過銑削或通過腐蝕工藝完成。不難想象，使用鑄造工藝也可以生產(chǎn)這種類型的重量傳感器。
用上述的力傳感器和重量傳感器可以實現(xiàn)的測量分辨率和稱量精度有一定的限制，因為所述的力傳動杠桿系統(tǒng)有彈出特性，這一性質(zhì)引起對抗所述機構(gòu)偏轉(zhuǎn)的反作用力。彈出特性可以表達為彈簧常數(shù)，彈簧常數(shù)主要由杠桿支軸和形式為撓性軸的耦合元件的力輸入端部確定。上述的反作用力主要來自于電磁力補償線圈前且與之緊鄰的杠桿。杠桿和耦合元件的撓性軸通常形成為薄材料連接的形式，薄材料連接兩側(cè)的邊界由正對無材料空間的拱形表面限定。所述拱形表面通常有基本上恒定的半徑，這簡化了生產(chǎn)工藝。
減小撓性軸彈簧常數(shù)的最佳方法是減小形成撓性軸的所述薄材料連接的橫截面輪廓。一個可能性是減小所述薄材料連接在垂直于所述至少一根減力杠桿的旋轉(zhuǎn)平面的方向上的寬度。這一原理例如在EP A0518202中做了說明。寬度的減小同樣可以通過用其支軸和如EP A1054242所述的稱量傳感器內(nèi)的耦合元件分隔所述杠桿而實現(xiàn)。尤其是對所述的杠桿支軸和/或所述耦合元件的所述端部而言，用從材料塊(例如，根據(jù)EP A 0518202)的頂部開始延伸的盲端鉆孔可以較好地實現(xiàn)所述分隔，這已公開在EP A 1083420中。盲端鉆孔也可以從一個垂直于所述至少一根減力杠桿的旋轉(zhuǎn)平面的較短的表面進入材料塊內(nèi)。
作為另外的可能性，也不難想象使所述撓性軸變薄，例如減小減力杠桿的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)撓性軸的輪廓尺寸。
尤其對邊界由正對無材料空間的拱形表面(具有基本恒定且相對較小的半徑)限定的薄材料連接而言，最后提及的概念輸入了一個具有明確限定的旋轉(zhuǎn)中心的薄撓性軸。但是，這種撓性軸一旦受到來自外界的沖擊，所述的薄部分易于折斷。所述薄材料連接的外形越薄或越窄，且正對相鄰的無材料部分的表面的曲率越大，那么折斷的危險性就越大。
為了解決上述問題，具有細長形薄材料連接的撓性軸已經(jīng)被公開。這種結(jié)構(gòu)使得撓性軸對來自外界的沖擊載荷的敏感性大大下降，這種沖擊載荷例如可以由打擊在包含所述撓性軸的測力裝置上的撞擊引起。通過側(cè)向偏轉(zhuǎn)，細長形的薄材料連接可以經(jīng)受沖擊而不會折斷，并且在多數(shù)情況下側(cè)向偏轉(zhuǎn)是可逆的。只要所述半徑選擇的足夠大，使用薄材料連接就可以實現(xiàn)相似高的抗沖擊程度，其中所述薄材料連接兩側(cè)的邊界由正對半徑恒定的無材料空間的拱形表面限定。在另一個對沖擊相對不靈敏的撓性軸的設(shè)計中，所述薄材料連接每一側(cè)的邊界由至少兩個相互鄰接的拱形表面限定，所述表面正對無材料空間且半徑近似恒定。
用于形成薄材料連接(形成撓性軸)的上述概念有如下缺點所述撓性軸的旋轉(zhuǎn)中心只能用較低的精確度限定。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種由薄材料連接形成的撓性軸，其中所述撓性軸對沖擊高度不靈敏，同時還具有精確限定的旋轉(zhuǎn)中心。
上述目的通過由權(quán)利要求1所述的薄材料連接形成的撓性軸實現(xiàn)。形式為薄材料連接且與機身固體材料部分結(jié)合的撓性軸用在力傳動機構(gòu)中，所述力傳動機構(gòu)具有靜止部分、用于將力傳遞到測量傳感器且有至少一根的杠桿的杠桿裝置、和至少一個用于將輸入力輸入到所述杠桿裝置內(nèi)的耦合元件。所述的耦合元件是剛性的，可以對抗縱向變形，但易于彎曲，且具有至少一個薄材料連接。所述的至少一根杠桿通過形式為薄材料連接且可以彎曲的撓性軸支承在所述的靜止部分上和/或杠桿鏈的前一根杠桿上。所述撓性軸由相鄰的無材料空間形成，且包含至少一個薄材料連接區(qū)域，所述薄材料連接區(qū)域的邊界由正對無材料空間的拱形表面限定。限定所述薄材料連接區(qū)域邊界的至少一個所述無材料空間具有在所述薄材料連接區(qū)域的厚度上形成收斂部分的形狀。
所述收斂部分使得所述的薄材料連接進一步變薄。結(jié)果，所述撓性軸的彈簧常數(shù)進一步減小，但其撓性增加。不過，所述撓性軸仍很堅固，足以吸收來自外界的沖擊，因為所述的薄材料連接在整個長度上有足夠的彈性，可以對沖擊作出響應(yīng)而側(cè)向彎曲。撓性軸的旋轉(zhuǎn)中心位于所述薄材料連接的收斂部分，因此其位置易于準確確定。
在本發(fā)明的一個有利的實施例中，所述撓性軸是一個材料塊的整體部分，其中所述撓性軸借助于機床由垂直于所述材料塊的主表面而橫穿所述材料塊的窄線形切口形成，或者由形成在所述材料塊內(nèi)的無材料空間形成。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，正對限定所述薄材料連接區(qū)域邊界的無材料空間的拱形表面呈細長形且有至少一個凹陷，所述凹陷在所述薄材料連接的中部產(chǎn)生狹窄的收斂部分。
這種類型的撓性軸可以用相對簡單的方法制造，因為只需額外去除少量的材料就能在限定所述薄材料連接邊界的無材料空間內(nèi)產(chǎn)生凹陷。這可以在第二機加工操作中或在完成步驟中實現(xiàn)，在許多情況下，即使制造沒有創(chuàng)造性收斂部分的撓性軸可能也需要這些操作或步驟。
在如本發(fā)明所述的撓性軸的另一個優(yōu)選的實施例中，正對限定所述薄材料連接邊界的無材料空間的拱形表面呈細長形，且所述薄材料連接的收斂部分呈錐形，且朝向所述薄材料連接區(qū)域的中部恒定變窄。朝向所述薄材料連接的中部恒定變窄的錐形收斂部分代表用于細長形撓性軸的另一個可能的實施例，所述撓性軸的邊界由具有至少一個拱形輪廓片斷的無材料空間限定。
在本發(fā)明的撓性軸的另一個有利的實施例中，限定所述薄材料連接區(qū)域邊界的每一個無材料空間的邊界由具有第一曲率半徑的拱形切口限定，所述的拱形切口中嵌有一個具有較小的第二曲率半徑的拱形切口。
在由薄材料連接形成的撓性軸的其他有創(chuàng)造性的實施例中，限定所述薄材料連接邊界的無材料空間的拱形輪廓還包括曲率更大的拱形凹陷。
由薄材料連接形成的有創(chuàng)造性的撓性軸優(yōu)選應(yīng)用于測力裝置(尤其是天平)的力傳動機構(gòu)。這種力傳動機構(gòu)具有靜止部分、用于將力傳遞到測量傳感器且有至少一根減力杠桿的杠桿機構(gòu)、和至少一個用于將力輸入所述杠桿機構(gòu)的耦合元件。所述耦合元件是剛性的，可以對抗縱向變形，但易于彎曲，且包含至少一個薄材料連接。所述至少一根杠桿通過形式為薄材料連接的撓性支軸支承在靜止部分上和/或前一根杠桿上。所述薄材料連接至少有一個區(qū)域的邊界由正對無材料空間的拱形表面限定，且至少一個無材料空間具有在所述薄材料連接上產(chǎn)生收斂部分的形狀。
本發(fā)明的優(yōu)點在于提高了測量分辨率并提高了準確性，例如在包括本發(fā)明的力傳動機構(gòu)的測力裝置中。所述的力傳動機構(gòu)是剛性的，足以抵抗來自外界的沖擊，這是由于所述薄材料連接的整個構(gòu)型呈細長形，因而所述撓性軸能夠可逆彎曲。作為另一個優(yōu)點，所述旋轉(zhuǎn)中心位于所述薄材料連接的收斂部分內(nèi)，因此能準確限定。由于能更好地限定所述旋轉(zhuǎn)中心，因此所述測力裝置對水平波動(leveling variations)的靈敏性大大降低。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例中，所述杠桿機構(gòu)和所述耦合元件是一個材料塊的整體部分，甚至整個力傳動機構(gòu)是一個材料塊的整體部分。所述無材料空間形成為垂直于所述至少一根減力杠桿的旋轉(zhuǎn)平面而橫穿所述材料塊的窄線形切口，和/或由機加工工藝形成的中空的開口。
在有創(chuàng)造性的力傳動機構(gòu)的一個優(yōu)選實施例中，所述杠桿支軸和所述耦合元件的力集中端部形成為撓性軸，其中正對限定所述薄材料連接區(qū)域邊界的無材料空間的拱形表面有一個收斂部分，所述收斂部分呈錐形，且從所述薄材料連接的兩端朝向其中部恒定變窄。
在本發(fā)明的另一個實施例中，正對限定一個撓性軸的無材料空間的拱形表面呈細長形，且有至少一個凹陷，所述凹陷在所述薄材料連接區(qū)域的中心形成至少一個收斂部分。所述收斂部分連成一個錐形部分，所述錐形部分朝向所述薄材料連接區(qū)域的中心具有恒定的錐度。
在另一個實施例中，限定所述薄材料連接區(qū)域的每一個無材料空間的邊界都可以由具有第一曲率半徑的拱形切口限定，所述拱形切口中嵌有具有較小的第二曲率半徑的拱形切口。當(dāng)形成所述力傳動機構(gòu)的材料塊的無材料空間由諸如銑削之類的加工工藝生產(chǎn)時，這是特別有利的。在上述概念的有利的另外的改進中，限定薄材料連接區(qū)域邊界的無材料空間的拱形切口還包括曲率更大的拱形凹陷。
在本發(fā)明的另一個有利的實施例中，所述至少一個耦合元件的力集中端部的和所述至少一根杠桿支軸的材料橫截面由于切入所述材料塊側(cè)面的切口而減小，所述切口平行于所述至少一根杠桿的旋轉(zhuǎn)平面。材料輪廓尺寸的減小也可以由材料塊中部的切口產(chǎn)生，因此有或沒有與之相連的杠桿支軸的杠桿和/或耦合元件被分成兩部分。


下面將參照

形成為薄材料連接的有創(chuàng)造性的撓性軸的和包含撓性軸的有創(chuàng)造性的力傳動機構(gòu)的優(yōu)選實施例和構(gòu)型，其中圖1表示沿垂直于平行四邊形平面的方向所看到的去掉測量傳感器后的測力裝置。
圖2a表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的形成現(xiàn)有技術(shù)所述的撓性軸的薄材料連接的放大圖。
圖2b表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的形成本發(fā)明所述的撓性軸的薄材料連接的放大圖，圖中有朝向兩個無材料空間的凹陷的輪廓片斷，所述無材料空間限定所述薄材料連接的邊界；圖2c表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的另一個薄材料連接的放大圖，圖中有朝向一個無材料空間的凹陷的輪廓片斷，所述無材料空間限定所述薄材料連接的邊界；圖2d表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的第三薄材料連接的放大圖，圖中有彼此嵌套的另外的凹陷的輪廓片斷，并且正對兩個無材料空間，所述無材料空間限定所述薄材料連接的邊界；圖3表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的圖2b中的有創(chuàng)造性的薄材料連接的一個實施例的放大圖，其中形成所述無材料空間的線形切口開始于所述撓性軸的相對端，所述無材料空間限定所述薄材料連接的邊界；圖4a表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的有創(chuàng)造性的薄材料連接的一個實施例的放大圖，所述薄材料連接形成從所述薄材料連接的兩端到中間具有恒定錐度的材料部分；圖4b表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的圖4a中的薄材料連接的改進型的放大圖；圖5表示在所述平行四邊形平面的剖視圖中所看到的本發(fā)明所述的薄材料連接的一個實施例的放大圖，圖中有半徑近似恒定的無材料空間，所述無材料空間限定所述材料連接的邊界。
具體實施例方式
圖1代表去掉測力傳感器后的測力裝置的力傳動機構(gòu)的側(cè)視圖。所述力傳動機構(gòu)由基本上呈磚形的材料塊1構(gòu)成，材料塊1的各部分由形式為窄線形切口2的無材料空間彼此隔開，線形切口2橫穿材料塊1且垂直于其主表面。在平行于材料塊1的主表面而延伸的各平面中，材料部分形成一個具有上、下平行導(dǎo)向元件3的平行四邊形，平行四邊形的一條邊形成靜止部分4，還有一條可垂直移動的平行四邊形的邊5，其中，平行四邊形的可動邊5的垂直移動是由于拱形撓性軸11，撓性軸11的邊界由無材料空間限定。材料塊1內(nèi)部的各材料部分形成一根杠桿機構(gòu)，該杠桿機構(gòu)具有三個依次相連的減力杠桿9、15、17，其旋轉(zhuǎn)平面位于所述的平行四邊形平面上。這樣，所述減力杠桿9、15、17的所述旋轉(zhuǎn)平面與平行四邊形的平面重合，且平行于材料塊1的最大表面的平面。
平行四邊形的可動邊5起接收元件的作用，用于接收待測量的載荷，例如放在與載荷接收部分7相連的秤盤(未示出)的載荷，且通過第一耦合元件13連接到第一杠桿9的短杠桿臂上，第一耦合元件13相對于縱向變形呈剛性，但在彎曲模式下呈撓性。第一杠桿9有一個形式為撓性軸10的支軸，撓性軸10安置在從靜止部分4延伸到材料塊1內(nèi)部的懸臂式突起8上。第一杠桿9的較長的杠桿臂通過第二耦合元件14連接到第二杠桿15的短杠桿臂上。與之相似，第二杠桿15由安置在懸臂式突起8上的且形式為撓性軸20的第二支軸支承。由第三耦合元件16連接到第二杠桿上的第三杠桿17由安置在第一杠桿9的較長的杠桿臂上的且形式為撓性軸12的第三支軸支承。鉆孔19用于將杠桿的延長部分(未示出)連接到第三杠桿17的較長的杠桿臂上，并到達力補償裝置(未示出)。力傳動機構(gòu)的這一構(gòu)造的優(yōu)點是提高了緊湊型裝置的結(jié)構(gòu)強度。
所述的平行四邊形、各耦合元件、杠桿機構(gòu)和各撓性軸的邊界都由材料塊1內(nèi)形式為窄線形切口2的無材料空間限定。切口2最好用腐蝕絲由電火花腐蝕生成。鉆孔2a用于將腐蝕絲放在合適的位置。
杠桿支軸10和20都設(shè)計成直立的撓性軸，而支軸12設(shè)計成懸掛的撓性軸，第三杠桿17靠它懸掛在第一杠桿9上。
耦合元件13、14和16的力集中端部6、6a、6b以及杠桿9、15、17的撓性軸型支軸10、20、12都設(shè)計成薄材料連接。力傳動機構(gòu)的彈簧常數(shù)——它決定復(fù)位力且對天平的精度也有相當(dāng)大的影響——主要是隨耦合端部和撓性軸型支軸(尤其是第三杠桿17的)的彈簧常數(shù)而變化。因此，耦合元件16的力集中端部6a、6b以及撓性軸型支軸12設(shè)計成如圖2b-5所詳細說明的有獨特創(chuàng)造性構(gòu)型的薄材料連接，這些附圖代表了用在上述地方的薄材料連接的不同實施例。在耦合元件16的力集中端部6b內(nèi)，特別需要薄材料連接的有創(chuàng)造性的設(shè)計，端部6b和杠桿支軸12處于相同的垂直高度。
圖1所示的實施例還有一個從材料塊1的頂部進入的一端為盲端的鉆孔30，鉆孔的軸線位于所述材料塊的中心面內(nèi)。所述鉆孔在材料塊包含第三耦合元件16和第三杠桿17的支軸12的部分上方延伸，因此所述耦合元件和所述支軸被分成兩部分，并且它們垂直于杠桿旋轉(zhuǎn)面的有效寬度減小，這還有助于軟化受影響的撓性軸的彈簧特性。
為了與隨后將要說明的本發(fā)明的薄材料連接相比，圖2a還給出了一種現(xiàn)有技術(shù)中的薄材料連接，例如它可用于杠桿支軸12中。由電火花腐蝕產(chǎn)生的薄材料連接大約長0.5-2mm，厚度約50-110μm。薄連接區(qū)域21由切割線段22和23的兩個拱形表面形成，與其延長部分24和25相比，切割線段22和23略有加寬，延長部分24和25作為窄線形切口而延伸，例如將第一杠桿與第三杠桿隔開。加寬切割線段22和23由限定薄材料連接區(qū)域21的表面上的最后工序完成。盡管圖中不明顯，但所述最后工序有重要的目的。它不僅僅用于精確成形，而且還用于使薄材料連接的表面光滑。
由于其相對長度且寬度基本上均勻，因此圖2a中的薄材料連接存在的問題是由所述薄材料連接形成的撓性軸的旋轉(zhuǎn)中心無法精確確定，這使得天平對非水平條件敏感。另一方面，圖2a所示的那種薄材料連接會對水平方向作用在稱量單元上的沖擊力作出響應(yīng)，側(cè)向彎曲并且近似變形為s形而不折斷。所述變形一般是可逆的，因此天平不會因沖擊損壞。
本發(fā)明中的薄材料連接結(jié)構(gòu)保持了抗沖擊的優(yōu)點。如圖2b所示，本發(fā)明的改進包括切割線段32、33的凹陷37、38。所述凹陷是通過將細長形的薄材料連接區(qū)域31中心處另外的表面材料除去而產(chǎn)生的，從而在薄材料連接區(qū)域31上形成一個長約0.2-0.6mm的收斂部分36。因此所述的薄材料連接在小范圍內(nèi)進一步變薄，從而使彈簧常數(shù)產(chǎn)生所想要的減小。另一方面，旋轉(zhuǎn)中心的位置被精確確定為圖2b中的薄材料連接的收斂部分的中心。
本發(fā)明的薄材料連接的另一個實施例如圖2c所示。在這一改進型中，切割線段42、43中只有一個具有形成薄材料連接區(qū)域41的收斂部分46的凹陷47。這同樣能使所述的薄材料連接進一步變薄，并且能更精確地限定旋轉(zhuǎn)中心。
圖2d給出了本發(fā)明的薄材料連接的另一種改進型，其中切割線段52、53有嵌套在第一凹陷57、58內(nèi)的第二凹陷59、60。除了進一步使薄材料連接區(qū)域51變窄之外，這一結(jié)構(gòu)還能更精確地限定所述撓性軸的旋轉(zhuǎn)中心。不言而喻，僅在拱形切割線段52、53中的一條上形成凹陷也可以使所述薄材料連接區(qū)域51進一步變窄。本發(fā)明的其他可以想到的改變可以有其他的不同深度的凹陷，每一個凹陷都嵌套在前一個較淺的輪廓段內(nèi)。
圖3給出了用于本發(fā)明撓性軸的薄材料連接的布置，其中切割線段62、63的延長部分64、65在所述薄材料連接的兩相對端處開始。所述薄材料連接區(qū)域61的收斂部分66的形狀與圖2b中收斂部分的形狀相同，這僅僅是作為一個例子，當(dāng)然其形狀可以與圖2c和2d所示的任意一個收斂部分的形狀相同。
圖4a給出了薄材料連接的另一個改進型。限定所述薄材料連接區(qū)域81的邊界的切割線段82、83在這個例子中限定一個從所述材料連接的兩端到其中心錐度恒定的錐形，因此最小厚度位于所述薄材料連接的中心處。但是需要指出的是圖中所示的錐度被嚴重放大。在實際實施該實施例時，錐度很小，因此分隔所述切割線段82、83的距離在所述薄材料連接的中心和兩端之間相差僅幾個微米。該形狀的收斂部分86的優(yōu)點在于它易于產(chǎn)生且能精確確定撓性軸的旋轉(zhuǎn)中心。由于與其厚度相比所述薄材料連接區(qū)域81相對較長，因此該形狀的撓性軸有足夠的柔性以吸收橫向沖擊，而只有暫時的彈性變形，這一點在上面已作過解釋。
圖4b給出了圖4a中所示的薄材料連接的另一個改進型。所述薄材料連接區(qū)域91的收斂部分96開始處的形狀與圖2b的例子相似，其差別在于限定所述薄材料連接邊界的所述切割線段92、93的收斂部分97、98具有朝向中心恒定變窄的錐度，例如，所述薄材料連接區(qū)域91的寬度連續(xù)下降。
不言而喻，也可以生產(chǎn)邊界由無材料空間限定的用于撓性軸的薄材料連接，且所述薄材料連接有一個半徑基本上恒定的拱形表面。當(dāng)構(gòu)成所述力傳動機構(gòu)的材料塊的無材料空間由諸如銑削之類的加工工藝生產(chǎn)時，這是特別有利的。圖5給出了這種薄材料連接的一個例子。圖中表示的不是真實的比例，由于所述材料連接的長度與厚度相比被壓縮了。所述薄材料連接區(qū)域71的收斂部分76在這個例子中由形式為拱形切割部分72、73的無材料空間構(gòu)成，所述拱形切割部分72、73還包含曲率半徑較短的第二拱形切割部分77、78。
本發(fā)明的范圍還包括可以想到的構(gòu)型，其中限定所述材料連接邊界的無材料空間有其他深度的嵌套的凹陷或切割部分，所述凹陷或切割部分的曲率半徑逐漸變小。
限定所述薄材料連接邊界的無材料空間的半徑恒定的構(gòu)型也可以想到，所述薄材料連接僅一側(cè)有凹陷的輪廓部分，這一凹陷的輪廓部分構(gòu)成所述薄材料連接區(qū)域的收斂部分。
還可以想到將長的薄材料連接與收斂部分結(jié)合，其中限定所述薄材料連接邊界的無材料空間在所述薄材料連接的一側(cè)或兩側(cè)形成半徑恒定的、凹陷的輪廓片斷。
不言而喻，而且在與圖1有關(guān)的部分已經(jīng)討論過，包含至少一個薄材料連接的所述撓性軸不需要延伸過所述材料塊與所述平行四邊形的所述平面垂直的整個寬度。可以想到從平行于所述杠桿的旋轉(zhuǎn)平面的兩個主表面進入所述材料塊的兩個切口中的任一個使得所述耦合元件的力集中端部以及本發(fā)明的力傳動機構(gòu)的杠桿支軸的寬度減小，也可以想到帶有或沒有與之相關(guān)的撓性軸的杠桿和耦合元件被延伸進所述材料塊正中平面的切口分成兩部分。
附圖標記1 材料塊2 窄線形切口2a 用于插入電火花腐蝕絲的鉆孔3 平行導(dǎo)向元件4 靜止部分5 可垂直移動的平行四邊形的邊6，6a，6b 耦合元件的端部7 載荷接收部分8 靜止部分的懸臂式突起9 第一杠桿10 第一杠桿支軸11 平行四邊形的撓性軸12 第三杠桿支軸14 第二耦合元件15 第二杠桿16 第三耦合元件
17第三杠桿19鉆孔20第二杠桿支軸30盲端鉆孔21，31，41，51，61，7 1，81，91 薄材料連接區(qū)域22，32，42，52，62，72，82，92切割線段，無材料空間23，33，43，53，63，73，83，93切割線段，無材料空間24，34，44，54，64，74，84，94切割線段的延長部分25，35，45，55，65，75，85，95切割線段的延長部分26，36，46，56，66，76，86，96收斂部分37，47，67，97凹陷38，98凹陷57，58第一凹陷59，60第二凹陷72，73具有第一半徑的拱形切口77，78具有第二半徑的拱形切口
權(quán)利要求
1.一種形式為薄材料連接的撓性軸，通過其固體材料部分被撓性連接在一起，所述撓性軸用在力傳動機構(gòu)中，所述力傳動機構(gòu)具有靜止部分(4)、包括至少一根減力杠桿(9，15，17)且用于將力傳遞到測量傳感器的杠桿機構(gòu)、和用于將輸入力輸入到所述杠桿機構(gòu)的至少一個耦合元件(13，14，16)，所述耦合元件是剛性的，能夠抵抗縱向變形，但又易于彎曲，且有至少一個薄材料連接，其中所述的至少一根杠桿(9，15，17)通過撓性支軸(10，20，12)支承在所述的靜止部分(4)上和/或前一根杠桿(9，15)上，所述支軸包括薄材料連接，所述支軸由相鄰的無材料空間形成，且包含至少一個薄材料連接區(qū)域(21，31，41，51，61，71，81，91)，所述薄材料連接區(qū)域的邊界由正對無材料空間(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)的拱形表面限定，其特征在于，限定所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61，71，81，91)邊界的所述至少一個無材料空間(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)具有形成所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61，71，81，91)的收斂部分(36，46，56，66，76，86，96)的形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，所述撓性軸(6，6a，6b，10，20，12)的旋轉(zhuǎn)中心位于所述收斂部分(36，46，56，66，76，86，96)的區(qū)域內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，所述撓性軸是一個材料塊的一個整體部分，且所述無材料空間(32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)由窄線形切口(2)形成，所述線形切口垂直于所述材料塊(1)的主表面橫穿所述材料塊(1)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，所述撓性軸是一個材料塊的一個整體部分，且所述無材料空間(32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)是由機床從所述材料塊內(nèi)挖空的。
5.如權(quán)利要求1-4中的任意一項所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，正對限定所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61)邊界的無材料空間(32，33，42，43，52，53，62，63)的所述拱形表面呈細長形，且具有至少一個凹陷(37，38，47，57，58，59，60，67，68)，所述凹陷形成所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61)的中部的收斂部分(36，46，56，66)。
6.如權(quán)利要求1-4中的任意一項所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，正對限定所述薄材料連接區(qū)域(81)邊界的無材料空間(82，83)的拱形表面呈細長形，且形成所述薄材料連接(81)的收斂部分(86)，所述收斂部分具有朝向所述薄材料連接(81)的中部恒定變窄的錐度。
7.如權(quán)利要求1-4中的任意一項所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，正對限定所述薄材料連接區(qū)域(91)邊界的無材料空間(92，93)的拱形表面呈細長形，其中限定所述薄材料連接區(qū)域(91)邊界的所述無材料空間(92，93)的至少一個凹陷(97，98)形成所述薄材料連接區(qū)域(91)的收斂部分(96)，所述收斂部分具有朝向所述薄材料連接區(qū)域(91)的中部恒定變窄的錐度。
8.如權(quán)利要求1-4中的任意一項所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，限定所述薄材料連接區(qū)域(81)邊界的每一個無材料空間的邊界由具有第一曲率半徑的拱形切口(72，73)限定，具有較小的第二曲率半徑的拱形切口(77，78)嵌在具有第一曲率半徑的所述拱形切口(72，73)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求5或8所述的形式為薄材料連接的撓性軸，其特征在于，限定所述薄材料連接(51)邊界的所述無材料空間(52，53)的拱形凹陷(57，58)還包括曲率更大的拱形凹陷(59，60)。
10.用于測力裝置尤其是天平的力傳動機構(gòu)，它包括靜止部分(4)、用于將力傳動到測量傳感器且包括至少一根減力杠桿(9，15，17)的杠桿機構(gòu)、和用于將輸入力輸入到所述杠桿機構(gòu)的至少一個耦合元件(13，14，16)，所述耦合元件是剛性的，可以抵抗縱向變形，但易于彎曲，且有至少一個薄材料連接，其中所述的至少一根杠桿(9，15，17)通過撓性支軸(10，20，12)支承在所述的靜止部分(4)上和/或前一根杠桿(9，15)上，所述支軸(10，20，12)包括薄材料連接；其中薄材料連接包括至少一個薄材料連接區(qū)域(21，31，41，51，61，71，81，91)，所述至少一個薄材料連接區(qū)域(21，31，41，51，61，71，81，91)的邊界由正對無材料空間(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)的拱形表面限定，其特征在于，限定所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61，71，81，91)邊界的所述至少一個無材料空間(32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)具有形成所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61，71，81，91)的收斂部分(36，46，56，66，76，86，96)的形狀。
11.如權(quán)利要求10所述的用于測力裝置的力傳動機構(gòu)，其特征在于，所述撓性軸(6，6a，6b，10，20，12)的旋轉(zhuǎn)中心位于所述收斂部分(36，46，56，66，76，86，96)的區(qū)域內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的用于測力裝置的力傳動機構(gòu)，其特征在于，所述杠桿機構(gòu)和至少一個耦合元件(13，14，16)是一個材料塊(1)的整體部分。
13.如權(quán)利要求10或11所述的用于測力裝置的力傳動機構(gòu)，其特征在于，所述力傳動機構(gòu)是一個材料塊(1)的整體部分。
14.如權(quán)利要求12或13所述的用于測力裝置的力傳動機構(gòu)，其特征在于，所述無材料空間(32，33，42，43，52，53，62，63，82，83，92，93)由窄線形切口(2)形成，所述線形切口(2)垂直于所述至少一根減力杠桿(9，15，17)的旋轉(zhuǎn)平面橫穿所述材料塊(1)。
15.如權(quán)利要求12或13所述的力傳動機構(gòu)，其特征在于，所述無材料空間(72，73)是由機床在所述材料塊(1)內(nèi)形成的中空空間。
16.如權(quán)利要求10-15中任意一項所述的力傳動機構(gòu)，其特征在于，正對限定所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61)邊界的無材料空間(32，33，42，43，52，53，62，63)的所述拱形表面呈細長形，且有至少一個凹陷(37，38，47，57，58，59，60，67，68)，所述凹陷(37，38，47，57，58，59，60，67，68)形成所述薄材料連接區(qū)域(31，41，51，61)中部的收斂部分(36，46，56，66)。
17.如權(quán)利要求10-15中任意一項所述的力傳動機構(gòu)，其特征在于，正對限定所述薄材料連接(81)邊界的無材料空間(82，83)的所述拱形表面呈細長形，且形成所述薄材料連接(81)的收斂部分(86)，所述收斂部分具有朝向所述薄材料連接區(qū)域(81)的中部恒定變窄的錐度。
18.如權(quán)利要求10-15中任意一項所述的力傳動機構(gòu)，其特征在于，正對限定所述薄材料連接區(qū)域(91)邊界的無材料空間(92，93)的所述拱形表面呈細長形，其中限定所述薄材料連接區(qū)域(91)邊界的所述無材料空間(92，93)的輪廓凹陷(97，98)形成所述薄材料連接區(qū)域(91)的收斂部分(96)，所述收斂部分具有朝向所述薄材料連接區(qū)域(91)中部的恒定變窄的錐度。
19.如權(quán)利要求10-15中任意一項所述的力傳動機構(gòu)，其特征在于，限定所述薄材料連接區(qū)域(71)邊界的每一個所述無材料空間的邊界由具有第一半徑的拱形切口(72，73)限定，具有第一半徑的所述拱形切口(72，73)中嵌有一個具有較小的第二半徑的拱形切口(77，78)。
20.如權(quán)利要求16-19中任意一項所述的力傳動機構(gòu)，其特征在于，限定所述薄材料連接區(qū)域(51)邊界的所述無材料空間(52，53)的拱形輪廓凹陷(57，58)還包括曲率更大的拱形輪廓凹陷(59，60)。
21.如權(quán)利要求10-20中任意一項所述的力傳動機構(gòu)，其特征在于，源于所述材料塊(1)的主表面的橫向切口使得耦合元件(13，14，16)的至少一個力集中端部(6，6a，6b)和所述至少一根杠桿的至少一個支軸(10，20，12)的材料橫截面減小，所述切口平行于所述至少一根杠桿(9，15，17)的旋轉(zhuǎn)平面，并且/或者所述的至少一根杠桿(9，15，17)和/或其各自的杠桿支軸(10，20，12)和/或所述至少一個耦合元件(13，14，16)和/或其各自的力集中端部(6，6a，6b)被分成兩部分。
全文摘要
撓性軸和包含撓性軸的力傳動機構(gòu)，力傳動機構(gòu)包括靜止部分(4)、包括至少一減力杠桿(9，15，17)且用于將力傳遞到測量傳感器的杠桿機構(gòu)、和用于將輸入力輸入到杠桿機構(gòu)的至少一耦合元件(13，14，16)，耦合元件是剛性且能抗縱向變形，但易于彎曲且有至少一薄材料連接。至少一根杠桿通過撓性支軸(10，20，12)支承在靜止部分上和/或前一根杠桿上，支軸包括薄材料連接。薄材料連接的至少一薄材料連接區(qū)域(21，31，41，51，61，71，81，91)由正對無材料空間(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)的拱形表面限定，且至少一無材料空間具有形成薄材料連接區(qū)域收斂部分(36，46，56，66，76，86，96)的形狀。
文檔編號G01G3/00GK1564932SQ02819499
公開日2005年1月12日 申請日期2002年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月2日
發(fā)明者安德烈亞斯·梅茨格, 漢斯-魯?shù)婪颉げ伎斯?申請人:梅特勒-托萊多有限公司