[发明专利]具有运动数学模型的精密天平平衡-放大机构

说明书

本发明公开了一种用于精密天平的平衡‑放大机构的运动数学模型，包括：构成一体成型刚体的柔性铰链平行四杆机构、杠杆机构、拉带机构及支撑机构，所述柔性铰链平行四杆机构包括柔性铰链，所述杠杆机构包括柔性铰链及该铰链两侧刚体，所述拉带机构包括柔性铰链及铰链间相应刚体，该运动模型的近似数学模型，包括参数K₁，K₂，K₃，l，x、y，被测力F为在柔性铰链平行四杆机构上一端部所施加的力，D为被测力F为最小精度质量产生重力时杠杆机构相对于柔性铰链平行四杆机构另一端产生的位移。本发明的有益效果是：对于不同精度要求的天平设计，给出了平衡‑放大机构的运动数学模型，为精密天平的研发提供了便捷的途径，节省了研发时间，节约了研发成本。

技术领域

本发明涉及一种精密天平，特别是涉及一种具有运动数学模型的精密天平平衡-放大机构。

背景技术

随着科学技术的进步和制造工艺水平的提高，各行业对高精度称量的要求不断提高，例如在生物医学工程和生物制药等领域，经常会遇到微小质量分析，在化学领域，经常需要精确反应物的质量，在工业生产中，也常常需要精确材料的质量。对于精密天平的制造，杠杆平衡-放大法称重是常用的方法，例如公开号为CN 104374451A的发明专利申请公开了一种用于称量的单体传感器机械结构。但是，对于杠杆平衡-放大法称重所使用的平衡-放大机构的设计方法，暂时还未发现有具体的理论进行说明和明确的设计方法进行指导。因此，申请人对精密天平的平衡-放大机构的设计方法进行了研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种研制精密天平的便捷途径所用的平衡-放大机构运动数学模型。

本发明所采用的技术方案是：一种具有运动数学模型的精密天平平衡-放大机构，包括：构成一体成型刚体的柔性铰链平行四杆机构、杠杆机构、拉带机构及支撑机构，所述柔性铰链平行四杆机构包括柔性铰链，所述杠杆机构包括柔性铰链及该铰链两侧刚体，所述拉带机构包括柔性铰链及铰链间相应刚体，该运动模型的近似数学模型为：

式中参数：K₁为柔性铰链的旋转刚度，K₂为柔性铰链的旋转刚度，K₃为柔性铰链的旋转刚度，l为柔性铰链平行四杆机构的长度，x、y为杠杆机构支点铰链左右刚体部分的长度，被测力F为在柔性铰链平行四杆机构上一端部所施加的力，D为被测力F为最小精度质量产生重力时杠杆机构相对于柔性铰链平行四杆机构另一端产生的位移。

所述参数l的最大值取分别取为平衡-放大机构预留空间的高度和长度的三分之二，所述参数x和y的最大值取为平衡-放大机构预留空间的高度和长度的四分之三。

在所述参数数值满足要求的范围内，最优值为施加被测力F为测量精度的质量产生的重力时，能使D值为最大值的参数值。

所述测量分辨力为10mg-0.01mg的天平。

所述精密天平的平衡-放大机构还包括上调节机构，该机构可设有调节孔，所述调节孔位于柔性铰链的对称中心线上。

还包括限位机构，所述限位装置包括在所述杠杆机构的一端设置的挡块、在支撑机构上加工成型的限位刚体。

本发明的有益效果是：对于不同精度要求的天平设计，给出了平衡-放大机构的运动数学模型，为精密天平的研发提供了便捷的途径，节省了研发时间，节约了研发成本。

附图说明

图1是本发明的平行四杆柔性铰链机构、杠杆机构及拉带机构的整体结构示意图；

图2是平行四杆柔性铰链机构的结构示意图；

图3是杠杆机构的结构示意图；

图4是拉带机构的结构示意图；