專利名稱：一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)小載荷傳感器的保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及土工高壓三軸試驗(yàn)中軸向大小兩個(gè)載荷 傳感器的串聯(lián)測(cè)試，尤其是一種借助特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)保護(hù)小載荷傳感器的裝置。
背景技術(shù)：
土工三軸試驗(yàn)是土工試驗(yàn)的一種，也是最重要的室內(nèi)土工試驗(yàn)手段之一，常常借 助三軸試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)?，F(xiàn)階段為了滿足針對(duì)各種復(fù)雜土質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的需要，三軸試 驗(yàn)儀朝著高壓三軸試驗(yàn)儀的方向發(fā)展。載荷傳感器是進(jìn)行高壓三軸試驗(yàn)必不可少的實(shí)驗(yàn)測(cè) 量裝置，其測(cè)量精度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有很大的影響，因此傳感器的量程和測(cè)量精度成為了高壓 三軸試驗(yàn)儀的一項(xiàng)重要參數(shù)指標(biāo)，其直接反應(yīng)了高壓三軸試驗(yàn)儀的性能。目前國(guó)內(nèi)外研制應(yīng)用于土樣的高壓三軸試驗(yàn)儀存在加載載荷的檢測(cè)問題，根據(jù)試 驗(yàn)要求試驗(yàn)開始階段需要檢測(cè)小的載荷，在實(shí)驗(yàn)中后期階段需要檢測(cè)大的載荷。如果僅采 用一個(gè)大載荷的傳感器無法滿足試驗(yàn)開始階段檢測(cè)精度的要求。為保證整個(gè)載荷區(qū)間上都 具有較高的檢測(cè)精度，本發(fā)明采用大小量程兩個(gè)載荷傳感器串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)，小載荷傳感 器量程為大載荷傳感器量程的1/5。試驗(yàn)初始階段對(duì)檢測(cè)精度要求高，利用小量程載荷傳 感器檢測(cè)。試驗(yàn)中后期采用大量程載荷傳感器檢測(cè)，這個(gè)保證了整個(gè)試驗(yàn)過程載荷的檢測(cè) 精度。但是，大小兩個(gè)載荷傳感器串聯(lián)，由于力的加載具有連續(xù)性在試驗(yàn)過程中不允許拆卸 小載荷傳感器，試驗(yàn)后期載荷較大，大大超過小載荷傳感器的量程，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞小載荷傳感
ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決大小兩個(gè)載荷傳感器的串聯(lián)測(cè)試時(shí)小量程載荷傳感器的保 護(hù)問題，在不拆卸小量程載荷傳感器的前提下實(shí)現(xiàn)小量程載荷傳感器的隔離保護(hù)。本發(fā)明 裝置在保持中心加載軸不受影響的情況下，實(shí)現(xiàn)在豎直方向自由升降，并且有自鎖功能，能 夠保持加載桿的平衡直至加載到試驗(yàn)要求的最大載荷。該裝置以一組有導(dǎo)向功能并帶有 梯形螺紋的套筒為主體，利用一對(duì)直角圓錐齒輪和具有導(dǎo)向功能套筒將水平傳動(dòng)變?yōu)樨Q直 傳動(dòng)，具有較高穩(wěn)定性和操作靈活性，并且在電動(dòng)機(jī)斷電情況下，能夠利用自鎖功能實(shí)現(xiàn)保 護(hù)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是高壓三軸試驗(yàn)儀單軸小載荷傳感器保護(hù)裝置由面板 16、直流減速電機(jī)28、左電機(jī)靠板14、右電機(jī)靠板18、帶座軸承25、平鍵27、小圓錐齒輪24、 大圓錐齒輪6、帶導(dǎo)向槽外套筒8、帶導(dǎo)向鍵套筒11、內(nèi)套筒10、支撐桿2、軸承座3、帶止推 滾珠滾針軸承4、轉(zhuǎn)動(dòng)套筒5、傳感器9、連接小軸套22、支撐小軸套21、蓋板23組成；其中直 流減速電機(jī)28、左電機(jī)靠板14、右電機(jī)靠板18、帶座軸承25、支撐桿2、軸承座3、帶導(dǎo)向槽 外套筒8通過M5的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與面板16緊固連接；左電機(jī)靠板14、右電機(jī)靠板18 的4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)奈恢镁嗝姘?6圓弧軸線AA’分別為145mm和155mm，按面板16 中軸線BB’對(duì)稱分布，帶座軸承25的固定作用螺紋孔位置距面板圓弧軸線AA’為106. 6mm,且?guī)ёS承25的中心軸線與面板16的中軸線BB’重合，帶導(dǎo)向槽外套筒8的4個(gè)固定螺 孔對(duì)應(yīng)于面板16的螺紋孔e，支撐桿2與軸承座3的螺紋孔對(duì)應(yīng)于面板16的螺紋孔a，通 過4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接；小圓錐齒輪24通過帶座軸承25和直流減速電機(jī)28定位， 軸線距面板垂直高度43mm，與大圓錐齒輪6相配合；帶止推滾珠滾針軸承4安裝在軸承座3 上；轉(zhuǎn)動(dòng)套筒5上端為圓環(huán)面，下端為內(nèi)孔Φ 23mm的套筒，上端面g與大圓錐齒輪6和內(nèi)套 筒10通過4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，螺釘均布，下端面f與帶止推滾珠滾針軸承4配合、 定位。內(nèi)套筒10外圓面帶有梯形傳動(dòng)螺紋，帶導(dǎo)向鍵套筒11的內(nèi)圓面也帶有梯形傳動(dòng)螺 紋，二者可相互配合，起傳動(dòng)及自鎖作用，帶導(dǎo)向鍵套筒11可沿帶導(dǎo)向槽外套筒8的導(dǎo)向槽 升降；傳感器9下端通過MlO的螺紋孔與支撐桿2的上端螺紋配合固定，上端通過G1/8”螺 紋與連接小軸套22的下端螺紋孔配合、固定；支撐小軸套21下端有內(nèi)孔，可沿連接小軸套 22上端軸外圓面滑動(dòng)及定位，上端與蓋板23通過4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘緊固，螺釘在R20 的圓上均布。本發(fā)明的效果和益處是主要定位部件均固定在面板16上，可保證定位準(zhǔn)確可 靠；整體重心偏移支撐桿軸線距離小，對(duì)三軸試驗(yàn)加載的影響可忽略不計(jì)；通過圓錐齒輪 改變力的傳導(dǎo)方向的作用，實(shí)現(xiàn)直流減速電機(jī)輸出的水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)樨Q直方向內(nèi)套筒 的轉(zhuǎn)動(dòng)，中間的傳導(dǎo)不影響支撐桿的位置變化以及傳感器的工作；通過帶導(dǎo)向鍵套筒10上 端對(duì)蓋板的推力作用，帶動(dòng)支撐小軸套21上升，使傳感器實(shí)現(xiàn)卸載，直至脫離工作狀態(tài)，此 過程運(yùn)行平穩(wěn)且可控，保證了三軸試驗(yàn)加載的平穩(wěn)，軸向力變化趨于均勻；該裝置實(shí)現(xiàn)了高 壓三軸試驗(yàn)初始階段對(duì)測(cè)量精度的要求，以及大載荷下對(duì)小載荷傳感器的保護(hù)。該裝置具 有結(jié)構(gòu)靈巧、裝調(diào)方便、擾動(dòng)小、成本低、布局緊湊等特點(diǎn)。


圖1是高壓三軸試驗(yàn)儀單軸小載荷傳感器保護(hù)裝置沿圖2中AA’線的正視剖面結(jié) 構(gòu)示意圖。圖中1內(nèi)六角圓柱頭螺釘；2支撐桿；3軸承座；4帶止推滾珠滾針軸承；5轉(zhuǎn)動(dòng)套 筒；6大圓錐齒輪；7內(nèi)六角圓柱頭螺釘；8帶導(dǎo)向槽外套筒；9傳感器；10內(nèi)套筒；11帶導(dǎo)向 鍵套筒；20內(nèi)六角圓柱頭螺釘；21支撐小軸套；22連接小軸套；23蓋板；24小圓錐齒輪；25 帶座軸承；26內(nèi)六角圓柱頭螺釘；27平鍵；28直流減速電機(jī)。圖2是該保護(hù)裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中12內(nèi)六角圓柱頭螺釘；13內(nèi)六角圓柱頭螺釘；14左電機(jī)靠板；15內(nèi)六角圓柱 頭螺釘；16面板；17內(nèi)六角圓柱頭螺釘；18右電機(jī)靠板；19內(nèi)六角圓柱頭螺釘；M’剖面線。圖3是面板結(jié)構(gòu)示意圖。圖中a內(nèi)環(huán)螺紋孔；b帶座軸承對(duì)應(yīng)的螺紋孔；c靠板前螺紋孔；d靠板后螺紋孔； e外環(huán)螺紋孔；BB’中軸線；CC’中心線。圖4是轉(zhuǎn)動(dòng)軸套結(jié)構(gòu)示意圖。圖中f與軸承接觸的端面；g與大圓錐齒輪接觸的端面。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如附圖1、2、3、4所示，裝配時(shí)先將直流減速電機(jī)28、左電機(jī)靠板14、右電機(jī)靠板 18、帶座軸承25、支撐桿2、軸承座3通過M5的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與面板16緊固連接，然后 將帶止推滾珠滾針軸承4、大圓錐齒輪6、轉(zhuǎn)動(dòng)軸套5和小圓錐齒輪24放置在安裝位置上， 再使傳感器9緊固在支撐桿2上，連接小軸套22緊固在傳感器9上，之后將內(nèi)套筒10安放 在安裝位置上，進(jìn)行緊固，加裝帶導(dǎo)向鍵套筒11和帶導(dǎo)向槽外套筒8，最后將支撐小軸套21 裝配在連接小軸套22上，并用內(nèi)六角圓柱頭螺釘將蓋板緊固于其上。帶止推滾珠滾針軸承 4與軸承座3是過盈配合，承受轉(zhuǎn)動(dòng)套筒5傳遞下來的壓力，并將轉(zhuǎn)動(dòng)套筒在水平面內(nèi)定位。該裝置在三軸試驗(yàn)過程中，通過直流減速電動(dòng)機(jī)28傳出8N. m的轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)小圓錐 齒輪24轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過大圓錐齒輪6，將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)套筒10繞軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)套筒10與 帶導(dǎo)向鍵套筒11配合處為梯形螺紋，螺距為4mm，接觸高度為32mm，通過帶導(dǎo)向槽外套筒8 作用，帶導(dǎo)向鍵套筒11將在豎直方向升降，上升時(shí)將推蓋板23起到抬升的作用，進(jìn)而支撐 小軸套21與連接小軸套22脫離，此過程對(duì)傳感器9卸載，直至隔離；當(dāng)直流減速電動(dòng)機(jī)28 停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，帶導(dǎo)向鍵套筒11和內(nèi)套筒10上的梯形螺紋將產(chǎn)生自鎖作用，力的傳遞方向是 支撐桿2，軸承座3，帶止推滾珠滾針軸承4，轉(zhuǎn)動(dòng)套筒5，大圓錐齒輪6，內(nèi)套筒10，帶導(dǎo)向鍵 套筒11，蓋板23，再與上端加載桿連接傳遞壓力。由此將傳感器9隔離在傳力鏈外，起到了 保護(hù)的作用。該過程可以根據(jù)控制需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制達(dá)到卸力或隔離的效果。該高壓三軸試驗(yàn)儀單軸小載荷傳感器保護(hù)裝置具有較高的穩(wěn)定性和操作靈活性， 自鎖功能保證了在電動(dòng)機(jī)斷電情況下穩(wěn)定加載，并且?guī)菪温菁y的套筒可成為傳力鏈一環(huán) 節(jié)，對(duì)傳感器進(jìn)行保護(hù)隔離，實(shí)現(xiàn)無須更換傳感器的情況下進(jìn)行高壓三軸試驗(yàn)的精確測(cè)量。 另外，該保護(hù)裝置機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)靈巧，操作方便，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。
權(quán)利要求
一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)小載荷傳感器的保護(hù)裝置，由面板(16)、直流減速電機(jī)(28)、左電機(jī)靠板(14)、右電機(jī)靠板(18)、帶座軸承(25)、平鍵(27)、小圓錐齒輪(24)、大圓錐齒輪(6)、帶導(dǎo)向槽外套筒(8)、帶導(dǎo)向鍵套筒(11)、內(nèi)套筒(10)、支撐桿(2)、軸承座(3)、帶止推滾珠滾針軸承(4)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸套(5)、傳感器(9)、連接小軸套(22)、支撐小軸套(21)、蓋板(23)、螺紋孔(a)、上端面(g)、下端面(f)組成；其特征在于直流減速電機(jī)(28)、左電機(jī)靠板(14)、右電機(jī)靠板(18)、帶座軸承(25)、支撐桿(2)、軸承座(3)、帶導(dǎo)向槽外套筒(8)通過M5的內(nèi)六角圓柱頭螺釘與面板(16)緊固連接；左電機(jī)靠板(14)、右電機(jī)靠板(18)的4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)奈恢镁嗝姘?16)圓弧軸線AA’分別為145mm和155mm，按面板(16)中軸線BB’對(duì)稱分布，帶座軸承(25)的固定作用螺紋孔位置距面板圓弧軸線AA’為106.6mm，且?guī)ёS承(25)的中心軸線與面板(16)的中軸線BB’重合，帶導(dǎo)向槽外套筒(8)的4個(gè)固定螺孔對(duì)應(yīng)于面板(16)的螺紋孔(e)，支撐桿(2)與軸承座(3)的螺紋孔對(duì)應(yīng)于面板(16)的螺紋孔(a)，通過4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接；小圓錐齒輪(24)通過帶座軸承(25)和直流減速電機(jī)(28)定位，軸線距面板垂直高度43mm，與大圓錐齒輪(6)相配合；帶止推滾珠滾針軸承(4)安裝在軸承座(3)上；轉(zhuǎn)動(dòng)套筒(5)上端為圓環(huán)面，下端為內(nèi)孔φ23mm的套筒，上端面(g)與大圓錐齒輪(6)和內(nèi)套筒(10)通過4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘連接，螺釘均布，下端面(f)與帶止推滾珠滾針軸承(4)配合、定位；內(nèi)套筒(10)外圓面帶有梯形傳動(dòng)螺紋，帶導(dǎo)向鍵套筒(11)的內(nèi)圓面也帶有梯形傳動(dòng)螺紋，二者可相互配合，起傳動(dòng)及自鎖作用，帶導(dǎo)向鍵套筒(11)可沿帶導(dǎo)向槽外套筒8的導(dǎo)向槽升降；傳感器(9)下端通過M10的螺紋孔與支撐桿(2)的上端螺紋配合固定，上端通過G1/8”螺紋與連接小軸套(22)的下端螺紋孔配合、固定；支撐小軸套(21)下端有內(nèi)孔，可沿連接小軸套(22)上端軸外圓面滑動(dòng)及定位，上端與蓋板(23)通過4個(gè)內(nèi)六角圓柱頭螺釘緊固，螺釘在R20的圓上均布。
全文摘要
一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)小載荷傳感器的保護(hù)裝置，屬于機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及土工高壓三軸試驗(yàn)中軸向大小兩個(gè)載荷傳感器的串聯(lián)測(cè)試，尤其是一種借助特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)保護(hù)小載荷傳感器的裝置。其特征是該裝置由直流減速電機(jī)、小圓錐齒輪、大圓錐齒輪、帶導(dǎo)向槽外套筒、內(nèi)套筒、轉(zhuǎn)動(dòng)套筒、支撐小軸套等組成。以一組有導(dǎo)向功能并帶有梯形螺紋的套筒為主體，在保持中心加載軸不受影響的情況下，實(shí)現(xiàn)在豎直方向自由升降，能夠加載到試驗(yàn)要求的最大載荷。本發(fā)明的效果和益處是該裝置結(jié)構(gòu)靈巧、裝調(diào)方便、成本低，具有較高穩(wěn)定性和操作靈活性，并且在電動(dòng)機(jī)斷電情況下，能夠利用自鎖功能實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)了小載荷傳感器的隔離保護(hù)。
文檔編號(hào)G01N3/02GK101936848SQ20101024210
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者馮忠?guī)? 桑勇, 王莉莉, 邵龍?zhí)?申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)