一種串聯結構小載荷傳感器的保護裝置的製作方法
2023-06-19 12:00:56 1
專利名稱：一種串聯結構小載荷傳感器的保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械工程測試技術領域，涉及土工高壓三軸試驗中軸向大小兩個載荷 傳感器的串聯測試，尤其是一種藉助特殊的機械結構實現保護小載荷傳感器的裝置。
背景技術：
土工三軸試驗是土工試驗的一種，也是最重要的室內土工試驗手段之一，常常借 助三軸試驗儀進行試驗。現階段為了滿足針對各種複雜土質結構進行分析的需要，三軸試 驗儀朝著高壓三軸試驗儀的方向發展。載荷傳感器是進行高壓三軸試驗必不可少的實驗測 量裝置，其測量精度對試驗結果有很大的影響，因此傳感器的量程和測量精度成為了高壓 三軸試驗儀的一項重要參數指標，其直接反應了高壓三軸試驗儀的性能。目前國內外研製應用於土樣的高壓三軸試驗儀存在加載載荷的檢測問題，根據試 驗要求試驗開始階段需要檢測小的載荷，在實驗中後期階段需要檢測大的載荷。如果僅採 用一個大載荷的傳感器無法滿足試驗開始階段檢測精度的要求。為保證整個載荷區間上都 具有較高的檢測精度，本發明採用大小量程兩個載荷傳感器串聯的方式實現，小載荷傳感 器量程為大載荷傳感器量程的1/5。試驗初始階段對檢測精度要求高，利用小量程載荷傳 感器檢測。試驗中後期採用大量程載荷傳感器檢測，這個保證了整個試驗過程載荷的檢測 精度。但是，大小兩個載荷傳感器串聯，由於力的加載具有連續性在試驗過程中不允許拆卸 小載荷傳感器，試驗後期載荷較大，大大超過小載荷傳感器的量程，會嚴重損壞小載荷傳感
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發明內容
本發明的目的是解決大小兩個載荷傳感器的串聯測試時小量程載荷傳感器的保 護問題，在不拆卸小量程載荷傳感器的前提下實現小量程載荷傳感器的隔離保護。本發明 裝置在保持中心加載軸不受影響的情況下，實現在豎直方向自由升降，並且有自鎖功能，能 夠保持加載杆的平衡直至加載到試驗要求的最大載荷。該裝置以一組有導向功能並帶有 梯形螺紋的套筒為主體，利用一對直角圓錐齒輪和具有導向功能套筒將水平傳動變為豎直 傳動，具有較高穩定性和操作靈活性，並且在電動機斷電情況下，能夠利用自鎖功能實現保 護。本發明採用的技術方案是高壓三軸試驗儀單軸小載荷傳感器保護裝置由面板 16、直流減速電機28、左電機靠板14、右電機靠板18、帶座軸承25、平鍵27、小圓錐齒輪24、 大圓錐齒輪6、帶導向槽外套筒8、帶導向鍵套筒11、內套筒10、支撐杆2、軸承座3、帶止推 滾珠滾針軸承4、轉動套筒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28、左電機靠板14、右電機靠板18、帶座軸承25、支撐杆2、軸承座3、帶導向槽 外套筒8通過M5的內六角圓柱頭螺釘與面板16緊固連接；左電機靠板14、右電機靠板18 的4個內六角圓柱頭螺釘的位置距面板16圓弧軸線AA』分別為145mm和155mm，按面板16 中軸線BB』對稱分布，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,且帶座軸承25的中心軸線與面板16的中軸線BB』重合，帶導向槽外套筒8的4個固定螺 孔對應於面板16的螺紋孔e，支撐杆2與軸承座3的螺紋孔對應於面板16的螺紋孔a，通 過4個內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；轉動套筒5上端為圓環面，下端為內孔Φ 23mm的套筒，上端面g與大圓錐齒輪6和內套 筒10通過4個內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。內套筒10外圓面帶有梯形傳動螺紋，帶導向鍵套筒11的內圓面也帶有梯形傳動螺 紋，二者可相互配合，起傳動及自鎖作用，帶導向鍵套筒11可沿帶導向槽外套筒8的導向槽 升降；傳感器9下端通過MlO的螺紋孔與支撐杆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下端有內孔，可沿連接小軸套 22上端軸外圓面滑動及定位，上端與蓋板23通過4個內六角圓柱頭螺釘緊固，螺釘在R20 的圓上均布。本發明的效果和益處是主要定位部件均固定在面板16上，可保證定位準確可 靠；整體重心偏移支撐杆軸線距離小，對三軸試驗加載的影響可忽略不計；通過圓錐齒輪 改變力的傳導方向的作用，實現直流減速電機輸出的水平方向的轉動變為豎直方向內套筒 的轉動，中間的傳導不影響支撐杆的位置變化以及傳感器的工作；通過帶導向鍵套筒10上 端對蓋板的推力作用，帶動支撐小軸套21上升，使傳感器實現卸載，直至脫離工作狀態，此 過程運行平穩且可控，保證了三軸試驗加載的平穩，軸向力變化趨於均勻；該裝置實現了高 壓三軸試驗初始階段對測量精度的要求，以及大載荷下對小載荷傳感器的保護。該裝置具 有結構靈巧、裝調方便、擾動小、成本低、布局緊湊等特點。
圖1是高壓三軸試驗儀單軸小載荷傳感器保護裝置沿圖2中AA』線的正視剖面結 構示意圖。圖中1內六角圓柱頭螺釘；2支撐杆；3軸承座；4帶止推滾珠滾針軸承；5轉動套 筒；6大圓錐齒輪；7內六角圓柱頭螺釘；8帶導向槽外套筒；9傳感器；10內套筒；11帶導向 鍵套筒；20內六角圓柱頭螺釘；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內六角圓柱頭螺釘；27平鍵；28直流減速電機。圖2是該保護裝置的俯視結構示意圖。圖中12內六角圓柱頭螺釘；13內六角圓柱頭螺釘；14左電機靠板；15內六角圓柱 頭螺釘；16面板；17內六角圓柱頭螺釘；18右電機靠板；19內六角圓柱頭螺釘；M』剖面線。圖3是面板結構示意圖。圖中a內環螺紋孔；b帶座軸承對應的螺紋孔；c靠板前螺紋孔；d靠板後螺紋孔； e外環螺紋孔；BB』中軸線；CC』中心線。圖4是轉動軸套結構示意圖。圖中f與軸承接觸的端面；g與大圓錐齒輪接觸的端面。
具體實施例方式以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式
。
如附圖1、2、3、4所示，裝配時先將直流減速電機28、左電機靠板14、右電機靠板 18、帶座軸承25、支撐杆2、軸承座3通過M5的內六角圓柱頭螺釘與面板16緊固連接，然後 將帶止推滾珠滾針軸承4、大圓錐齒輪6、轉動軸套5和小圓錐齒輪24放置在安裝位置上， 再使傳感器9緊固在支撐杆2上，連接小軸套22緊固在傳感器9上，之後將內套筒10安放 在安裝位置上，進行緊固，加裝帶導向鍵套筒11和帶導向槽外套筒8，最後將支撐小軸套21 裝配在連接小軸套22上，並用內六角圓柱頭螺釘將蓋板緊固於其上。帶止推滾珠滾針軸承 4與軸承座3是過盈配合，承受轉動套筒5傳遞下來的壓力，並將轉動套筒在水平面內定位。該裝置在三軸試驗過程中，通過直流減速電動機28傳出8N. m的轉矩，帶動小圓錐 齒輪24轉動，經過大圓錐齒輪6，將運動轉變為內套筒10繞軸心的轉動，由於內套筒10與 帶導向鍵套筒11配合處為梯形螺紋，螺距為4mm，接觸高度為32mm，通過帶導向槽外套筒8 作用，帶導向鍵套筒11將在豎直方向升降，上升時將推蓋板23起到抬升的作用，進而支撐 小軸套21與連接小軸套22脫離，此過程對傳感器9卸載，直至隔離；當直流減速電動機28 停止運轉時，帶導向鍵套筒11和內套筒10上的梯形螺紋將產生自鎖作用，力的傳遞方向是 支撐杆2，軸承座3，帶止推滾珠滾針軸承4，轉動套筒5，大圓錐齒輪6，內套筒10，帶導向鍵 套筒11，蓋板23，再與上端加載杆連接傳遞壓力。由此將傳感器9隔離在傳力鏈外，起到了 保護的作用。該過程可以根據控制需要對電機進行正反轉控制達到卸力或隔離的效果。該高壓三軸試驗儀單軸小載荷傳感器保護裝置具有較高的穩定性和操作靈活性， 自鎖功能保證了在電動機斷電情況下穩定加載，並且帶梯形螺紋的套筒可成為傳力鏈一環 節，對傳感器進行保護隔離，實現無須更換傳感器的情況下進行高壓三軸試驗的精確測量。 另外，該保護裝置機構結構靈巧，操作方便，具有較高的經濟性。
權利要求
一種串聯結構小載荷傳感器的保護裝置，由面板(16)、直流減速電機(28)、左電機靠板(14)、右電機靠板(18)、帶座軸承(25)、平鍵(27)、小圓錐齒輪(24)、大圓錐齒輪(6)、帶導向槽外套筒(8)、帶導向鍵套筒(11)、內套筒(10)、支撐杆(2)、軸承座(3)、帶止推滾珠滾針軸承(4)、轉動軸套(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；其特徵在於直流減速電機(28)、左電機靠板(14)、右電機靠板(18)、帶座軸承(25)、支撐杆(2)、軸承座(3)、帶導向槽外套筒(8)通過M5的內六角圓柱頭螺釘與面板(16)緊固連接；左電機靠板(14)、右電機靠板(18)的4個內六角圓柱頭螺釘的位置距面板(16)圓弧軸線AA』分別為145mm和155mm，按面板(16)中軸線BB』對稱分布，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，且帶座軸承(25)的中心軸線與面板(16)的中軸線BB』重合，帶導向槽外套筒(8)的4個固定螺孔對應於面板(16)的螺紋孔(e)，支撐杆(2)與軸承座(3)的螺紋孔對應於面板(16)的螺紋孔(a)，通過4個內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(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；轉動套筒(5)上端為圓環面，下端為內孔φ23mm的套筒，上端面(g)與大圓錐齒輪(6)和內套筒(10)通過4個內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；內套筒(10)外圓面帶有梯形傳動螺紋，帶導向鍵套筒(11)的內圓面也帶有梯形傳動螺紋，二者可相互配合，起傳動及自鎖作用，帶導向鍵套筒(11)可沿帶導向槽外套筒8的導向槽升降；傳感器(9)下端通過M10的螺紋孔與支撐杆(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)下端有內孔，可沿連接小軸套(22)上端軸外圓面滑動及定位，上端與蓋板(23)通過4個內六角圓柱頭螺釘緊固，螺釘在R20的圓上均布。
全文摘要
一種串聯結構小載荷傳感器的保護裝置，屬於機械工程測試技術領域，涉及土工高壓三軸試驗中軸向大小兩個載荷傳感器的串聯測試，尤其是一種藉助特殊的機械結構實現保護小載荷傳感器的裝置。其特徵是該裝置由直流減速電機、小圓錐齒輪、大圓錐齒輪、帶導向槽外套筒、內套筒、轉動套筒、支撐小軸套等組成。以一組有導向功能並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，實現在豎直方向自由升降，能夠加載到試驗要求的最大載荷。本發明的效果和益處是該裝置結構靈巧、裝調方便、成本低，具有較高穩定性和操作靈活性，並且在電動機斷電情況下，能夠利用自鎖功能實現保護功能，實現了小載荷傳感器的隔離保護。
文檔編號G01N3/02GK101936848SQ20101024210
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者馮忠帥, 桑勇, 王莉莉, 邵龍潭 申請人:大連理工大學