一種針對(duì)不同咬合齒的等效靜摩擦系數(shù)的測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及步進(jìn)式壓電作動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在步進(jìn)式作動(dòng)器的鉗位機(jī)構(gòu)中，一種針對(duì)不同形狀咬合齒的最大等效靜摩擦系數(shù)的測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電作動(dòng)器在航天、航空、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。壓電步進(jìn)式作動(dòng)器模仿自然界尺蠖的爬行方式，通過對(duì)壓電疊堆微小步距位移的積累，可實(shí)現(xiàn)小步距、理論行程無限大、高分辨率的精密雙向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，但現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)往往無法提供較大的鎖止力，因此，通過在接觸面上布上均勻的相互咬合的細(xì)齒可以很大程度地提高鎖止力。然而，不同形狀的咬合齒所能提供的最大等效靜摩擦系數(shù)是不同的，因此我們需要一種實(shí)驗(yàn)裝置及方法來驗(yàn)證不同形狀的咬合齒所能提供的最大等效靜摩擦系數(shù)，以便給實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供一定的參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)不同形狀咬合齒的最大等效靜摩擦系數(shù)的測量裝置及方法，可探究不同接觸齒形狀下鉗位機(jī)構(gòu)所能提供的等效最大靜摩擦系數(shù)，為壓電作動(dòng)器的鉗位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)。
[0004]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種針對(duì)不同咬合齒的等效靜摩擦系數(shù)的測量裝置包括框架1，所述框架1內(nèi)設(shè)置有相對(duì)布置的左側(cè)推力桿2和右側(cè)推力桿4以及與左側(cè)推力桿2和右側(cè)推力桿4垂直的上側(cè)推力桿3 ;所述左側(cè)推力桿2、右側(cè)推力桿4和上側(cè)推力桿3分別與外殼之間的左連接鍵7、右連接鍵5和上連接鍵6通過螺紋絲杠連接相配合；所述左連接鍵7和右連接鍵5內(nèi)部設(shè)置有能夠沿軸向移動(dòng)的左導(dǎo)向桿8和右導(dǎo)向桿9，左導(dǎo)向桿8和右導(dǎo)向桿9外部套有左彈簧20和右彈簧21，左彈簧20和右彈簧21的一端分別與左側(cè)推力桿2和右側(cè)推力桿4相連，另一端分別與用于測量夾持力大小的左力傳感器10和右力傳感器11相連；所述上側(cè)推力桿3前端通過球形鉸鏈14與上方力傳感器12相連；與框架1固連的兩根支架13分別連接兩個(gè)可調(diào)間距的第一卡具18和第二卡具19，第一卡具18和第二卡具19分別用于卡接設(shè)置在左力傳感器10和右力傳感器11另一端的左咬合齒15和右咬合齒16 ;所述左咬合齒15和右咬合齒16間咬合有移動(dòng)部件17，移動(dòng)部件17的上端與上方力傳感器12接觸，移動(dòng)部件17與左咬合齒15和右咬合齒16的咬合面上布滿細(xì)齒。
[0006]所述左咬合齒15和右咬合齒16的形狀為梯形、三角形、方形或正余弦形。
[0007]上述所述針對(duì)不同形狀咬合齒的最大等效靜摩擦系數(shù)的測量裝置的測量方法，包括如下步驟:
[0008]第一步:將左咬合齒15和右咬合齒16同中間的移動(dòng)部件17咬合好后，安裝在第一卡具18和第二卡具19內(nèi)，通過調(diào)整第一卡具18和第二卡具19內(nèi)部間隔保證咬合齒的橫向剛度，避免在受到上方推力時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而影響實(shí)驗(yàn)精度；
[0009]第二步:設(shè)定一個(gè)所需的夾持力大小N，在保證左咬合齒15和右咬合齒16與中間的移動(dòng)部件17完全咬合后，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)左側(cè)推力桿2和右側(cè)推力桿4，通過螺紋絲杠配合連接兩根推力桿向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)左彈簧20和右彈簧21均受壓，內(nèi)部的左導(dǎo)向桿8和右導(dǎo)向桿9起導(dǎo)向作用保證彈簧能夠施加軸向的載荷，彈簧所受的壓力傳遞給左力傳感器10和右力傳感器11以及左咬合齒15和右咬合齒16，不斷旋轉(zhuǎn)左導(dǎo)向桿8和右導(dǎo)向桿9，使左力傳感器10和右力傳感器11的數(shù)值大小穩(wěn)定在N ;
[0010]第三步:轉(zhuǎn)動(dòng)上側(cè)推力桿3，通過球形鉸鏈14將上側(cè)推力桿3所帶來的扭矩轉(zhuǎn)化為推力從而保證上方力傳感器12不會(huì)受到附加扭矩；不斷轉(zhuǎn)動(dòng)上側(cè)推力桿3，直到中間的移動(dòng)部件17與左咬合齒15和右咬合齒16發(fā)生滑脫；記錄下上方力傳感器12的時(shí)間歷程曲線，讀出峰值即為夾持力為N下所能提供的最大輸出力F，則對(duì)應(yīng)的靜摩擦系數(shù)μ =F/Ν。
[0011]改變N的大小，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，線性擬合得到F-N曲線，從而根據(jù)斜率得到符合實(shí)際的等效靜摩擦系數(shù)。
[0012]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、可探究不同接觸齒形狀下(如梯形，三角形，方形，正余弦形)鉗位機(jī)構(gòu)所能提供的等效最大靜摩擦系數(shù)，為壓電作動(dòng)器的鉗位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)。
[0014]2、該裝置在左右兩側(cè)采用了剛度較小的彈簧，一是為了在施加推力時(shí)保證了接觸齒在發(fā)生滑脫的時(shí)候兩側(cè)的壓力大小能夠保持恒定，保證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，二是通過彈簧導(dǎo)桿的配合方式，使得推力桿的旋轉(zhuǎn)不會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生附加扭矩。
[0015]3、采用旋轉(zhuǎn)推力桿的方式施加壓力方便控制壓力大小，并且在上方推力桿通過球形鉸鏈的連接避免了附加扭矩的影響，從而提高了實(shí)驗(yàn)的便捷性與精度。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種針對(duì)不同形狀咬合齒的最大等效靜摩擦系數(shù)的測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為咬合齒和中間移動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為卡具及裝置上部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為不同形狀咬合齒的鉗位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明一種針對(duì)不同形狀咬合齒的最大等效靜摩擦系數(shù)的測量裝置，包括框架1，所述框架1內(nèi)設(shè)置有相對(duì)布置的左側(cè)推力桿2和右側(cè)推力桿4以及與左側(cè)推力桿2和右側(cè)推力桿4垂直的上側(cè)推力桿3 ;所述左側(cè)推力桿2、右側(cè)推力桿4和上側(cè)推力桿3分別與外殼之間的左連接鍵7、右連接鍵5和上連接鍵6通過螺紋絲杠連接相配合；所述左連接鍵7和右連接鍵5內(nèi)部設(shè)置有能夠沿軸向移動(dòng)的左導(dǎo)向桿8和右導(dǎo)向桿9，左導(dǎo)向桿8和右導(dǎo)向桿9外部套有左彈簧20和右彈簧21，左彈簧20和右彈簧21的一端分別與左側(cè)推力桿2和右側(cè)推力桿4相連，另一端分別與用于測量夾持力大小的左力傳感器10和右力傳感器11相連；所述上側(cè)推力桿3前端通過球形鉸鏈14與上方力傳感器12相連；與框架1固連的兩根支架13分別通過螺紋螺孔配合連接兩個(gè)可調(diào)間距的第一卡具18和第二卡具19，第一卡具18和第二卡具19分別用于卡接設(shè)置在左力傳