一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置制造方法及图纸

本发明专利技术所提出的一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置，属于力学计量技术领域。核心思想是以拉压式测力传感器和轮辐式扭矩传感器作为核心测量元器件，实现对大型力值对称加载力和力矩进行解耦，包括安装支撑框架、扭矩测量组件、力与力矩校准横梁组件、预载组件、拉压式测力传感器、倾角传感器以及被校标准力输出装置。以标准单分量拉压传感器和标准扭矩传感器正交方向布置，可直接测量大型力值对称加载过程中所合成标准力和标准力矩，以此评价多标准力输出装置之间的协同性能，同时揭示力和力矩之间的耦合影响关系，保证大型力值多分量测力系统原位校准过程中单分量加载和多分量加载的准确性。

A decoupling calibration device for large force value symmetrical loading force and torque

The invention provides a large-scale force symmetry loading force and moment decoupling calibration device, which belongs to the technical field of mechanical measurement. The core idea is to decouple the symmetrical loading force and moment of large-scale force with tension-compression force sensor and spoke-type torque sensor as the core measurement components, including installation of support frame, torque measurement component, force and moment calibration beam component, preload component, tension-compression force sensor and inclination sensor. And the standard force output device. Orthogonal arrangement of standard single component tension and compression transducers and standard torque transducers can directly measure the standard force and standard moment synthesized in the symmetrical loading process of large-scale force values, so as to evaluate the synergistic performance of multi-standard force output devices, and reveal the coupling relationship between forces and moments, so as to ensure that large-scale forces have more values. The accuracy of single component loading and multi-component loading in the in-situ calibration of component force measurement system.

【技术实现步骤摘要】
一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置
本专利技术涉及一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置，属于力学计量

技术介绍
现代力学计量主要向大型力值计量校准和微小力值计量校准两个方向发展，其中大型力值计量校准主要针对大型试验设备中力值测量系统的测量特性进行评价和技术保障。大型试验设备区别于实验室常规力值测量装置，往往属于非标准专测设备，其内部结构复杂、强耦合、多分量、测量元件不易拆卸，无法采用传统拆卸单独送检的计量校准方式。基于此类技术需求，应运而生的大型力值计量校准中的一个技术分支，即为大型专测设备力值原位校准技术(或称在线校准技术)，该技术方案就是在保证大型专测设备实际工况条件及安装状态的情况下，根据力值测量系统的具体结构和测量原理确定原位校准装置的具体实施方式，其核心就是标准校准载荷的准确加载。相比于传统实验室大型力值校准，大型专测设备原位校准标准载荷的加载方式会受到专测设备结构及现场工况环境的限制，往往无法直接施载沿测量轴系的标准力或标准力矩。同时，大型专测设备集成化程度高，大多可实现多维力素的同时测量，与之相应的原位校准工作需具备标准校准载荷的单分量加载和多分量同时加载的能力。大型专测设备中大型力值多分量测力系统原位校准过程中标准载荷的加载方式多采用对称加载法，即通过相对于测力系统测量轴线对称相等的两个分力，分力的作用线与测量轴线平行，分力大小为标准校准载荷的1/2，由加载装置前端单分量测力传感器测得，两个分力合成之后即为标准校准力；当两个分力不相等，在测量轴线方向产生合成标准力的同时产生绕两个分力作用线所在平面法线方向上的标准力矩，实现标准力和标准力矩的组合加载。大型专测设备中大型力值多分量测力系统原位校准对称加载法，可极大简化原位校准装置的结构，同时对称加载法避免了单轴加载对加载装置结构刚度的苛刻要求，特别是针对安装空间有限或高空作业大型力值多分量测力系统的原位校准工作十分有效。但大型力值对称加载法是根据理论力学中力和力矩合成原理提出的，在实际工程应用中两个独立的标准力输出装置所输出的标准力合成之后的计算载荷是否与标准校准载荷相一致，以及标准力输出装置之间能否实现标准力同步协同输出；另一方面，大型力值对称加载中标准力和标准力矩的组合加载本身即为二维平面内力与力矩的耦合，力矩是通过力与力臂的乘积间接获得，组合加载过程中标准力和标准力矩能否准确输出，以及二者之间的耦合关系，均需在大型力值多分量测力系统原位校准工作之前进行考核。因此寻求解决大型力值多分量测力系统原位校准对称加载力和力矩解耦校准技术瓶颈，实现标准力和标准力矩载荷的准确评价和考核，是大型力值多分量测力系统原位校准研究工作开展的前提。经文献检索未发现现有相关技术文献或现有产品涉及大型力值对称加载力与力矩解耦校准，关于大型力值原位校准过程中标准力输出装置对称协作实现标准力及力矩加载的系统校准尚属空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决大型力值多分量测力系统原位校准对称加载力和力矩解耦校准技术瓶颈，实现标准力和标准力矩载荷的准确评价和考核，提出的一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置。本专利技术的核心思想是以标准单分量拉压传感器和标准扭矩传感器正交方向布置，即以拉压式测力传感器和轮辐式扭矩传感器作为核心测量元器件，提出大型力值原位在线校准对称加载力和力矩解耦分量校准方法，实现对大型力值对称加载力和力矩进行解耦，可直接测量大型力值对称加载所合成标准力和标准力矩，以此评价标准力输出装置的协同性能，同时揭示力和力矩之间的耦合影响关系，保证大型力值多分量测力系统原位校准过程中单分量加载和多分量加载的准确性。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置，包括安装支撑框架、扭矩测量组件、力与力矩校准横梁组件、预载组件、拉压式测力传感器、倾角传感器以及被校标准力输出装置；其中，安装支撑框架由基座、导向立柱、上盖、预载砝码加载板、扭矩测量安装板和直线轴承组成；其中，上盖为正方形，基座为矩形，也称为矩形基座，矩形基座的宽与上盖边长一致；导向立柱的数量为4个；直线轴承的数量为4个；基座、导向立柱、上盖、预载砝码加载板以及扭矩测量安装板均为1件；扭矩测量组件由轮辐式扭矩传感器、中心扭矩轴、回转轴承套、回转轴承座和回转支撑座组成；其中，回转支撑座为L形，内侧设有加强筋，回转支撑座一端与扭矩测量安装板固定连接，另一端与轮辐式扭矩传感器固定端连接；回转轴承套为中空圆筒结构，一端加工有法兰盘，回转轴承套外径与回转轴承座内径一致，回转轴承套内径与中心扭矩轴外径小间隙配合；回转轴承座为中空圆筒结构，内径大于轮辐式扭矩传感器的外径，两端加工有法兰盘，回转轴承座套在轮辐式扭矩传感器外一端与回转支撑座固定连接，另一端与回转轴承套法兰固定连接；中心扭矩轴为圆筒结构，一端焊接有端盖，另一端在圆筒外侧沿中心向外延伸对称位置焊接安装板，中心扭矩轴焊接端盖一端与轮辐式扭矩传感器测量端固定连接；力与力矩校准横梁组件由拉杆连接板、拉杆连接板回转轴、中心定位安装块、H型横梁和回转轴连接块组成；其中拉杆连接板回转轴数量为2个；回转轴连接块为正方形，数量为2个；中心定位安装块为正方形，数量为2个；其余组成部分数量为1个；所述力与力矩校准横梁组件几何中心与扭矩测量组件扭矩测量轴线共线，力与力矩校准横梁组件长度方向中心轴线与扭矩测量组件扭矩测量轴线垂直；所述力与力矩校准横梁组件与扭矩测量组件扭矩测量端固定连接，二者组合为一整体可在安装支撑框架的导向下沿重力方向运动；H型横梁安装方向与校准过程中承力方向一致；回转轴连接块截面为T型，尺寸大的一端与H型横梁上下外表面距离尺寸一致，尺寸小的一端与H型横梁上下内表面距离尺寸一致，回转轴连接块尺寸小的一段内嵌入H型横梁凹槽内部，两个回转轴连接块安装沿H型横梁中心线对称布置并焊接后加工安装表面，具体安装位置与中心扭矩轴外延安装板匹配安装；中心定位安装块截面为T型，尺寸大的一端与H型横梁上下外表面距离尺寸一致，尺寸大的一端厚度小于回转轴连接块尺寸大的一端厚度，尺寸小的一端与H型横梁上下内表面距离尺寸一致，中心定位安装块尺寸小的一段内嵌入H型横梁凹槽内部，中心定位安装块几何中心处加工有螺纹孔；拉杆连接板销轴前端加工螺纹与中心定位安装块螺纹孔连接，后端为圆柱销轴与拉杆连接板配合，拉杆连接板可绕拉杆连接板销轴轴线回转；拉杆连接板为U型结构，底端由通孔与拉杆通过螺母固定连接，上端加工对称铰制孔与拉杆连接板销轴配合；所述力与力矩校准横梁组件在长度方向中心轴线相对于几何中心对称位置布置被校标准力输出装置，被校标准力输出装置输出标准力作用点位于力与力矩校准横梁组件在长度方向中心轴线上；所述拉压式测力传感器测量端与力与力矩校准横梁组件中心点铰接；拉压式测力传感器通过下端拉杆、反向螺纹套筒和上段拉杆与拉杆连接板固定连接；反向螺纹套筒两端加工旋向相反的螺纹，一端与上段拉杆连接，另一端与下段拉杆连接，调节拉杆长度；下段拉杆另一端与拉压式测力传感器通过螺纹连接，上段拉杆另一端与拉杆连接板通过螺母固定连接；所述扭矩测量组件测量力与力矩校准横梁组件中心回转轴线处由对称加载产生的耦合扭矩，拉压式测力传感器测量力与力矩校准横梁组件几何中心点处由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置，其特征在于：核心思想是以标准单分量拉压传感器和标准扭矩传感器正交方向布置，即以拉压式测力传感器和轮辐式扭矩传感器作为核心测量元器件，实现对大型力值对称加载力和力矩进行解耦，直接测量大型力值对称加载所合成标准力和标准力矩，以此评价标准力输出装置的协同性能，同时揭示力和力矩之间的耦合影响关系，保证大型力值多分量测力系统原位校准过程中单分量加载和多分量加载的准确性；包括安装支撑框架、扭矩测量组件、力与力矩校准横梁组件、预载组件、拉压式测力传感器、倾角传感器、被校标准力输出装置；其中，安装支撑框架由基座、导向立柱、上盖、预载砝码加载板、扭矩测量安装板和直线轴承组成；其中，上盖为正方形，基座为矩形，也称为矩形基座，矩形基座的宽与上盖边长一致；导向立柱的数量为4个；直线轴承的数量为4个；基座、导向立柱、上盖、预载砝码加载板以及扭矩测量安装板均为1件；扭矩测量组件由轮辐式扭矩传感器、中心扭矩轴、回转轴承套、回转轴承座和回转支撑座组成；其中，回转支撑座为L形，内侧设有加强筋，回转支撑座一端与扭矩测量安装板固定连接，另一端与轮辐式扭矩传感器固定端连接；回转轴承套为中空圆筒结构，一端加工有法兰盘，回转轴承套外径与回转轴承座内径一致，回转轴承套内径与中心扭矩轴外径小间隙配合；回转轴承座为中空圆筒结构，内径大于轮辐式扭矩传感器的外径，两端加工有法兰盘，回转轴承座套在轮辐式扭矩传感器外一端与回转支撑座固定连接，另一端与回转轴承套法兰固定连接；中心扭矩轴为圆筒结构，一端焊接有端盖，另一端在圆筒外侧沿中心向外延伸对称位置焊接安装板，中心扭矩轴焊接端盖一端与轮辐式扭矩传感器测量端固定连接；力与力矩校准横梁组件由拉杆连接板、拉杆连接板回转轴、中心定位安装块、H型横梁和回转轴连接块组成；其中拉杆连接板回转轴数量为2个；回转轴连接块为正方形，数量为2个；中心定位安装块为正方形，数量为2个；其余组成部分数量为1个；大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置的连接关系如下：力与力矩校准横梁组件与扭矩测量组件相连，再与安装支撑框架相连；拉压式测力传感器与力与力矩校准横梁组件相连；预载组件与拉压式测力传感器相连，倾角传感器与力与力矩校准横梁组件相连，被校标准力输出装置与力与力矩校准横梁组件相连；安装支撑框架的连接关系如下：导向立柱两端分别与基座和上盖相连；预载砝码加载板与直线轴承相连；扭矩测量安装板与直线轴承相连；直线轴承与导向立柱相连；扭矩测量组件的连接关系如下：轮辐式扭矩传感器固定端与回转支撑座相连，测量端与中心扭矩轴相连；回转轴承套内圈与中心扭矩轴相连，外圈与回转轴承座相连；力与力矩校准横梁组件的连接关系如下：回转轴连接块与H型横梁相连；中心定位安装块与H型横梁相连，然后拉杆连接板回转轴一端与中心定位安装块相连，另一端与拉杆连接板相连；预载组件的连接关系如下：预载钢索一端与扭矩测量安装板几何中心点相连，竖直穿过上盖与扭矩测量安装板集合中心点垂直方向上对应的位置通孔，经过上盖中心线上一对对称变向滑轮，另一端与标准预载砝码加载板几何中心点相连。...

【技术特征摘要】
1.一种大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置，其特征在于：核心思想是以标准单分量拉压传感器和标准扭矩传感器正交方向布置，即以拉压式测力传感器和轮辐式扭矩传感器作为核心测量元器件，实现对大型力值对称加载力和力矩进行解耦，直接测量大型力值对称加载所合成标准力和标准力矩，以此评价标准力输出装置的协同性能，同时揭示力和力矩之间的耦合影响关系，保证大型力值多分量测力系统原位校准过程中单分量加载和多分量加载的准确性；包括安装支撑框架、扭矩测量组件、力与力矩校准横梁组件、预载组件、拉压式测力传感器、倾角传感器、被校标准力输出装置；其中，安装支撑框架由基座、导向立柱、上盖、预载砝码加载板、扭矩测量安装板和直线轴承组成；其中，上盖为正方形，基座为矩形，也称为矩形基座，矩形基座的宽与上盖边长一致；导向立柱的数量为4个；直线轴承的数量为4个；基座、导向立柱、上盖、预载砝码加载板以及扭矩测量安装板均为1件；扭矩测量组件由轮辐式扭矩传感器、中心扭矩轴、回转轴承套、回转轴承座和回转支撑座组成；其中，回转支撑座为L形，内侧设有加强筋，回转支撑座一端与扭矩测量安装板固定连接，另一端与轮辐式扭矩传感器固定端连接；回转轴承套为中空圆筒结构，一端加工有法兰盘，回转轴承套外径与回转轴承座内径一致，回转轴承套内径与中心扭矩轴外径小间隙配合；回转轴承座为中空圆筒结构，内径大于轮辐式扭矩传感器的外径，两端加工有法兰盘，回转轴承座套在轮辐式扭矩传感器外一端与回转支撑座固定连接，另一端与回转轴承套法兰固定连接；中心扭矩轴为圆筒结构，一端焊接有端盖，另一端在圆筒外侧沿中心向外延伸对称位置焊接安装板，中心扭矩轴焊接端盖一端与轮辐式扭矩传感器测量端固定连接；力与力矩校准横梁组件由拉杆连接板、拉杆连接板回转轴、中心定位安装块、H型横梁和回转轴连接块组成；其中拉杆连接板回转轴数量为2个；回转轴连接块为正方形，数量为2个；中心定位安装块为正方形，数量为2个；其余组成部分数量为1个；大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置的连接关系如下：力与力矩校准横梁组件与扭矩测量组件相连，再与安装支撑框架相连；拉压式测力传感器与力与力矩校准横梁组件相连；预载组件与拉压式测力传感器相连，倾角传感器与力与力矩校准横梁组件相连，被校标准力输出装置与力与力矩校准横梁组件相连；安装支撑框架的连接关系如下：导向立柱两端分别与基座和上盖相连；预载砝码加载板与直线轴承相连；扭矩测量安装板与直线轴承相连；直线轴承与导向立柱相连；扭矩测量组件的连接关系如下：轮辐式扭矩传感器固定端与回转支撑座相连，测量端与中心扭矩轴相连；回转轴承套内圈与中心扭矩轴相连，外圈与回转轴承座相连；力与力矩校准横梁组件的连接关系如下：回转轴连接块与H型横梁相连；中心定位安装块与H型横梁相连，然后拉杆连接板回转轴一端与中心定位安装块相连，另一端与拉杆连接板相连；预载组件的连接关系如下：预载钢索一端与扭矩测量安装板几何中心点相连，竖直穿过上盖与扭矩测量安装板集合中心点垂直方向上对应的位置通孔，经过上盖中心线上一对对称变向滑轮，另一端与标准预载砝码加载板几何中心点相连。2.根据权利要求1所述的大型力值对称加载力与力矩解耦校准装置，其特征在于：所述力与力矩校准横梁组件几何中心与扭矩测量组件扭矩测量轴线共线，力与力矩校准横梁组件长度方向中心轴线与扭矩测量组件扭矩测量轴线垂直；所述力与力矩校准横梁组件与扭矩测量组件扭矩测量端固定连接，二者组合为一整体可在安装支撑框架的导向下沿重力方向运动；H型横梁安装方向与校准过程中承力方向一致；回转轴连接块截面为T型，尺寸大的一端与H型横梁上下外表面距离尺寸一致，尺寸小的一端与H型横梁上下内表面距离尺寸一致，回转轴连接块尺寸小的一段内嵌入H型横梁凹槽内部，两个回转轴连接块安装沿H型横梁中心线对称布置并焊接后加工安装表面，具体安装位置与中心扭矩轴外延安装板匹配安装；中心定位安装块截面为T型，尺寸大的一端与H型横梁上下外表面距离尺寸一致，尺寸大的一端厚度小于回转轴连接块尺寸大的一端厚度，尺寸小的一端与H型横梁上下内表面距离尺寸一致，中心定位安装块尺寸小的一段内嵌入H型横梁凹槽内部，中心定位安装块几何中心处加工有螺纹孔；拉杆连接板销轴前端加工螺纹与中心定位安装块螺纹孔连接，后端为圆柱销轴与拉杆连接板配合，拉杆连接板可绕拉杆连接板销轴轴线回转；拉杆连接板为U型结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜超，汤斌，吴惠明，朱岩，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11