一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有过载保护装置的毫微‑牛级二维力微动测试系统，包括测试平台组件、水平滚珠丝杠组件、水平测力传感器组件、竖直滚珠丝杠组件以及连接在竖直滚珠丝杠组件上的竖直测力传感器组件；水平测力传感器组件设置有水平过载保护结构，竖直测力传感器组件设置有竖直过载保护结构。本发明专利技术能够测试仿生原型产生的毫‑微牛级法向力、附着力、摩擦力、刺透力、剪切力等，同时能够在测试量程、测试精度、测试准确性等方面满足测试要求。该测试平台及附属机械机构为了防止平行双簧片悬臂梁超过其形变范围设计了过载保护装置，同时平行双簧片悬臂梁作为单独的装置，更换方便，提高了装置的使用性和灵活性。

A Two-dimensional Force Fretting Testing System with Overload Protective Device for Nano-micro Cattle Level

【技术实现步骤摘要】
一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统
本专利技术属于力学测试技术，尤其涉及一种应用于机械仿生学领域中对仿生原型产生的小量程、高精度的力的测试，测试精度达微牛级的二维力微动测试系统及使用方法。
技术介绍
机械化滑移捕集治理致灾农业昆虫技术研究过程中，需要仿生制备具有良好滑移功能的捕集滑板，实现被诱集致灾农业昆虫的滑移捕获。对于捕集滑板的仿生研制，需要测试飞蛾、蚂蚁、蝗虫、甲虫等昆虫在仿生原型、捕集滑板等表面的附着力、摩擦力，以及需要测试昆虫附着系统的剪切力、断裂力、刺透力等，为仿生原型优选、捕集滑板滑移功能量化表征提供依据。因此，需要开发一种微力测试系统，专门用于测试仿生原型产生的毫-微牛级力。中国专利CN100458388C公开了二维小量程力传感器，能够同时测量水平方向和垂直方向上的力，采用“井”型孔结构，很好的结合传感器的制造工艺，其弹性体整体刚度高、安全性和可靠性高。但由于该传感器的法向力、切向力的分辨力均是2mN，量程范围为0~5N，比较适合壁虎等体型较大动物脚掌产生的力，对于甲虫、蚂蚁等体型较小昆虫所产生的力，该传感器在精度方面并不能满足需求。中国专利CN100412521C和CN100593697C公开了量程为0~1.5N的三维力传感器，具有结构简单、灵敏度高等优点，能够测量蜘蛛、壁虎爬行时的接触力。该三维力传感器的分辨力为1mN，对于飞蛾、蚂蚁等较小昆虫产生的力，测试量程与测试精度仍旧不能满足要求。文献“蝗虫在捕集滑板上的附着力测试”[王立新，农业机械学报，2010，41(12):195-198]、“基于猪笼草叶笼滑移区仿生的蝗虫滑移捕集滑板功效测试”[王立新，农业机械学报,2011,42(5):222-225]、“RoleofclawsandpadsinlocustLocustamigratoriamanilensisattachingtosubstrates”[WangLixin，ChineseScienceBulletin，2011，56:789-795]和“FrictionforceoflocustLocustamigratoriamanilensis(Orthoptera,Locustidae)onslipperyzonessurfaceofpitchersfromfourNepenthesspecies”[WangLixin，2011，TribologyLetters,2011,44:345-353]提及的测力系统，测试量程为0~3N，测试精度1mN，能够满足蝗虫等较大昆虫在测力表面产生的力的测量，对于蚂蚁、飞蛾等体型较小昆虫所产生的力，该测力系统并不能够完全满足测试的需求。此外，该系统的测试平台及附属机械结构过于简单，在测试体型较小昆虫的附着力、摩擦力，以及测试附着系统的剪切力时，容易引入人为操作误差，明显影响测试准确性。中国专利CN103308232B公开了一种昆虫微力测量装置，其量程为0~3N，分辨力为0.5mN，在测试量程、测试精度、测试准确性等方面能够同时满足昆虫在材料表面产生的附着力、摩擦力、牵引力的测试需求，以及能够满足昆虫附着系统的剪切力、断裂力的测试需求，但是该测力装置只能测试一维力，不能完成法向力、摩擦力的同时测量。综上所述，已有的测力传感器与测力系统，在测试量程、测试精度和测试准确性等方面并不能同时满足仿生原型所产生的毫-微牛级力的测试且只能测试一维力。比较关键的是，上述测力传感器与测力系统没有过载保护装置，毫-微牛力测试传感器比较昂贵，较容易因遭受过载而导致毁坏。因此，有必要研制一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统，不仅能够满足上述要求，而且还具有过载保护功能，测试仿生原型产生的毫-微牛级力。
技术实现思路
本专利技术基于上述技术背景，具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统，能够测试仿生原型产生的毫-微牛级法向力、附着力、摩擦力、刺透力及剪切力，并且具有传感器过载保护装置。为实现上述技术目标，本专利技术所采取的技术方案是：一种具有过载保护装置的毫微-牛级二维力微动测试系统，包括测试平台组件、固定安装在测试平台组件右侧的水平滚珠丝杠组件、连接在水平滚珠丝杠组件上的水平测力传感器组件、固定安装在测试平台组件左侧且位于测试平台组件上方的竖直滚珠丝杠组件以及连接在竖直滚珠丝杠组件上的竖直测力传感器组件；所述水平滚珠丝杠组件控制水平测力传感器组件在水平方向的行进，所述竖直滚珠丝杠组件控制竖直测力传感器组件在竖直方向的行进；所述水平测力传感器组件设置有水平过载保护结构，所述竖直测力传感器组件设置有竖直过载保护结构。作为本专利技术的进一步改进，所述测试平台组件包括测试平台底板、固定安装在测试平台底板左侧的凸型底座以及固定安装在凸型底座顶部的L型支架。作为本专利技术的进一步改进，所述水平测力传感器组件包括水平滚珠丝杠支撑端、水平滚珠丝杠滑块、水平滚珠丝杠丝杆、水平步进电机、水平滚珠丝杠固定端和水平滚珠丝杠底座；所述水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端分别固定设置在水平滚珠丝杠底座的左、右两端上，所述水平滚珠丝杠丝杆的左、右两端分别转动连接水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端，所述水平滚珠丝杠滑块连接在水平滚珠丝杠丝杆上；所述水平步进电机固定在水平滚珠丝杠固定端的右侧，所述水平步进电机的驱动轴同轴固定连接水平滚珠丝杠丝杆的右端，所述水平步进电机驱动水平滚珠丝杠丝杆旋转，使水平滚珠丝杠滑块沿水平滚珠丝杠丝杆水平方向移动；所述水平滚珠丝杠底座固定在测试平台底板上。作为本专利技术的进一步改进，所述竖直滚珠丝杠组件包括竖直滚珠丝杠支撑端、竖直滚珠丝杠滑块、竖直滚珠丝杠丝杆、竖直步进电机、竖直滚珠丝杠固定端和竖直滚珠丝杠底座；所述竖直滚珠丝杠固定端和竖直滚珠丝杠支撑端分别固定设置在竖直滚珠丝杠底座的上、下两端上，所述竖直滚珠丝杠丝杆的上、下两端分别转动连接竖直滚珠丝杠固定端和竖直滚珠丝杠支撑端，所述竖直滚珠丝杠滑块连接在竖直滚珠丝杠丝杆上；所述竖直步进电机固定在竖直滚珠丝杠固定端的上侧，所述竖直步进电机的驱动轴同轴固定连接竖直滚珠丝杠丝杆的上端，所述竖直步进电机驱动竖直滚珠丝杠丝杆旋转，使竖直滚珠丝杠滑块沿竖直滚珠丝杠丝杆竖直方向移动；所述竖直滚珠丝杠底座固定在L型支架的右侧部。作为本专利技术的进一步改进，所述水平测力传感器组件包括固定连接在水平滚珠丝杠滑块上的水平电涡流位移传感器固定架、固定连接在水平电涡流位移传感器固定架上的水平电涡流位移传感器以及固定连接在水平滚珠丝杠滑块上并位于相对水平电涡流位移传感器左侧的水平过载保护结构。作为本专利技术的进一步改进，所述水平过载保护结构包括固定连接在水平滚珠丝杠滑块上的水平平行双簧片悬臂梁固定架、固定连接在水平平行双簧片悬臂梁固定架上的水平平行双簧片悬臂梁、固定设置在水平平行双簧片悬臂梁上端部的水平测试样本放置平台、固定连接在水平平行双簧片悬臂梁固定架上端面且位于水平平行双簧片悬臂梁右侧的水平支撑连接架以及固定连接在水平支撑连接架上的水平L型过载保护支架；所述水平平行双簧片悬臂梁包括外侧弹簧片、内侧弹簧片、矩形连接块和半圆弧连接块；所述矩形连接块和半圆弧连接块固定安装在外侧弹簧片与内侧弹簧片之间；所述矩形连接块的下端固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有过载保护装置的毫‑微牛级二维力微动测试系统，其特征在于：包括测试平台组件（5）、固定安装在测试平台组件（5）右侧的水平滚珠丝杠组件（1）、连接在水平滚珠丝杠组件（1）上的水平测力传感器组件（2）、固定安装在测试平台组件（5）左侧且位于测试平台组件（5）上方的竖直滚珠丝杠组件（4）以及连接在竖直滚珠丝杠组件（4）上的竖直测力传感器组件（3）；所述水平滚珠丝杠组件（1）控制水平测力传感器组件（2）在水平方向的行进，所述竖直滚珠丝杠组件（4）控制竖直测力传感器组件（3）在竖直方向的行进；所述水平测力传感器组件（2）设置有水平过载保护结构，所述竖直测力传感器组件（3）设置有竖直过载保护结构。

【技术特征摘要】
1.一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统，其特征在于：包括测试平台组件（5）、固定安装在测试平台组件（5）右侧的水平滚珠丝杠组件（1）、连接在水平滚珠丝杠组件（1）上的水平测力传感器组件（2）、固定安装在测试平台组件（5）左侧且位于测试平台组件（5）上方的竖直滚珠丝杠组件（4）以及连接在竖直滚珠丝杠组件（4）上的竖直测力传感器组件（3）；所述水平滚珠丝杠组件（1）控制水平测力传感器组件（2）在水平方向的行进，所述竖直滚珠丝杠组件（4）控制竖直测力传感器组件（3）在竖直方向的行进；所述水平测力传感器组件（2）设置有水平过载保护结构，所述竖直测力传感器组件（3）设置有竖直过载保护结构。2.根据权利要求1所述的一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统，其特征在于：所述测试平台组件（5）包括测试平台底板（5-6）、固定安装在测试平台底板（5-6）左侧的凸型底座（5-4）以及固定安装在凸型底座（5-4）顶部的L型支架（5-1）。3.根据权利要求2所述的一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统，其特征在于：所述水平测力传感器组件（2）包括水平滚珠丝杠支撑端（1-1）、水平滚珠丝杠滑块（1-2）、水平滚珠丝杠丝杆（1-5）、水平步进电机（1-6）、水平滚珠丝杠固定端（1-7）和水平滚珠丝杠底座（1-8）；所述水平滚珠丝杠支撑端（1-1）和水平滚珠丝杠固定端（1-7）分别固定设置在水平滚珠丝杠底座（1-8）的左、右两端上，所述水平滚珠丝杠丝杆（1-5）的左、右两端分别转动连接水平滚珠丝杠支撑端（1-1）和水平滚珠丝杠固定端（1-7），所述水平滚珠丝杠滑块（1-2）连接在水平滚珠丝杠丝杆（1-5）上；所述水平步进电机（1-6）固定在水平滚珠丝杠固定端（1-7）的右侧，所述水平步进电机（1-6）的驱动轴同轴固定连接水平滚珠丝杠丝杆（1-5）的右端，所述水平步进电机（1-6）驱动水平滚珠丝杠丝杆（1-5）旋转，使水平滚珠丝杠滑块（1-2）沿水平滚珠丝杠丝杆（1-5）水平方向移动；所述水平滚珠丝杠底座（1-8）固定在测试平台底板（5-6）上。4.根据权利要求2所述的一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统，其特征在于：所述竖直滚珠丝杠组件（4）包括竖直滚珠丝杠支撑端（4-1）、竖直滚珠丝杠滑块（4-2）、竖直滚珠丝杠丝杆（4-5）、竖直步进电机（4-6）、竖直滚珠丝杠固定端（4-7）和竖直滚珠丝杠底座（4-8）；所述竖直滚珠丝杠固定端（4-7）和竖直滚珠丝杠支撑端（4-1）分别固定设置在竖直滚珠丝杠底座（4-8）的上、下两端上，所述竖直滚珠丝杠丝杆（4-5）的上、下两端分别转动连接竖直滚珠丝杠固定端（4-7）和竖直滚珠丝杠支撑端（4-1），所述竖直滚珠丝杠滑块（4-2）连接在竖直滚珠丝杠丝杆（4-5）上；所述竖直步进电机（4-6）固定在竖直滚珠丝杠固定端（4-7）的上侧，所述竖直步进电机（4-6）的驱动轴同轴固定连接竖直滚珠丝杠丝杆（4-5）的上端，所述竖直步进电机（4-6）驱动竖直滚珠丝杠丝杆（4-5）旋转，使竖直滚珠丝杠滑块（4-2）沿竖直滚珠丝杠丝杆（4-5）竖直方向移动；所述竖直滚珠丝杠底座（4-8）固定在L型支架（5-1）的右侧部。5.根据权利要求3所述的一种具有过载保护装置的毫-微牛级二维力微动测试系统，其特征在于：所述水平测力传感器组件（2）包括固定连接在水平滚珠丝杠滑块（1-2）上的水平电涡流位移传感器固定架（2-3）、固定连接在水平电涡流位移传感器固定架（2-3）上的水平电涡流位移传感器（2-1）以及固定连接在水平滚珠丝杠滑块（1-2）上并位于相对水平电涡流位移传感器（2-1）左侧的水平过载保护结构。6.根据权利要求5所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立新，李云鹏，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13