专利名称：用于测力装置的整体成形挠性轴和具有挠性轴的力传动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种构成机身的固体材料部分之间的薄材料连接的挠性轴(flexure pivot)。所述薄连接包括边界由相邻的无材料空间限定的窄幅(narrow web)。本发明还涉及一种用于测力装置的力传动机构，尤其是一种天平，至少有一个上述的那种挠性轴。所述力传动机构有静止部分、用于向测量传感器传递力且有至少一根杠杆的杠杆装置、和用于将输入力传递到所述杠杆装置内的至少一个耦合元件。所述耦合元件很硬，不易延长但易于弯曲，且有至少一个薄材料连接。所述的至少一根杠杆通过挠性支轴支承在所述的静止部分或前一根杠杆上，所述支轴包括薄材料连接。薄材料连接至少有一个区域的边界由正对无材料空间的拱形表面限定。
背景技术：
符合上述内容的薄材料连接形式的挠性轴要么由局部去除材料产生，要么由成形工艺产生。它们的特征在于绕枢轴小角度偏转时有高度的挠性和小的反作用力，并且有高度的刚性以对抗沿其他方向作用的力或扭矩。这些挠性轴主要用于精密仪器，其材料优选铝合金。
具有薄材料连接形式的挠性轴的力传动机构通常用在测力装置中，尤其是天平中，其中由称量盘上的载荷产生的力通过传感器被转化成电信号，其原理是电磁力补偿(electromagnetic force compensation)。力传动机构的目的在于用足够的杠杆比以减小例如由天平的称量盘上的载荷产生的重力，从而使该机构其它端的力可以被转化成一个与测力传感器的有效载荷范围兼容的测量信号。已知在测力装置中所述减力杠杆及其挠性轴的角偏转很小，角偏转的原理是电磁补偿。
符合上述说明的测力装置有一个平行四边形(parallelogram)，该平行四边形有两个平行的导向元件，将可垂直移动的平行四边形的边连接到形成平行四边形固定部分的静止边上。关于纵向力呈刚性且同时可挠性弯曲的耦合元件将力从所述平行四边形传递到包括至少一根杠杆且支承在所述平行四边形的固定部分上的减力杠杆机构。在多数情况下，耦合元件每一端处的边界由薄材料连接确定，薄材料连接限定力输入到耦合元件内的点。如果所述的杠杆机构有不至一根杠杆，那么所述的杠杆链内彼此顺序相连的各杠杆臂在所有情况下就由耦合元件连接。每根杠杆要么支承在所述平行四边形的固定部分上，要么就由挠性轴形式的支轴支承在前一根杠杆上。
这种类型的装置在EP A 0518202做了说明。具有至少一根减力杠杆和至少一个在长度方向上具有刚性但又易于弯曲的耦合元件的测力装置由单块的材料块制成。所述的无材料空间被成形为横穿所述材料块的窄线形切口。最好由电火花腐蚀产生的所述窄线形切口的所述切割表面垂直于所述的至少一根减力杠杆的旋转平面。形成所述至少一根杠杆的材料部分仅通过形成所述杠杆支轴的挠性轴和将力施加到一根杠杆臂上的耦合元件就连接到所述材料块的静止部分上。所述耦合元件和所述支轴同样由那块单块的材料块整体成形。
基于电磁力补偿原理的重量传感器在EP A 1054242中做了说明，其中基本部分——例如平行四边形、杠杆机构、耦合元件和支轴——都由单块材料加工而成，在所述构型中材料块的静止的基础部分延伸到两个所述平行导向元件之间的空间内，并形成第一减力杠杆的支轴。至少一根杠杆的至少一部分被分成两根杠杆，且至少一个耦合元件形成为双耦合元件的形式，所述的双耦合元件对称安置在材料块的静止基础部分的突出的悬臂部分的两侧。由单块的材料块形成重量传感器的单独元件可以通过铣削或通过腐蚀工艺完成。不难想象，使用铸造工艺也可以生产这种类型的重量传感器。
用上述的力传感器和重量传感器可以实现的测量分辨率和称量精度有一定的限制，因为所述的力传动杠杆系统有弹出特性，这一性质引起对抗所述机构偏转的反作用力。弹出特性可以表达为弹簧常数，弹簧常数主要由杠杆支轴和形式为挠性轴的耦合元件的力输入端部确定。上述的反作用力主要来自于电磁力补偿线圈前且与之紧邻的杠杆。杠杆和耦合元件的挠性轴通常形成为薄材料连接的形式，薄材料连接两侧的边界由正对无材料空间的拱形表面限定。所述拱形表面通常有基本上恒定的半径，这简化了生产工艺。
减小挠性轴弹簧常数的最佳方法是减小形成挠性轴的所述薄材料连接的横截面轮廓。一个可能性是减小所述薄材料连接在垂直于所述至少一根减力杠杆的旋转平面的方向上的宽度。这一原理例如在EP A0518202中做了说明。宽度的减小同样可以通过用其支轴和如EP A1054242所述的称量传感器内的耦合元件分隔所述杠杆而实现。尤其是对所述的杠杆支轴和/或所述耦合元件的所述端部而言，用从材料块(例如，根据EP A 0518202)的顶部开始延伸的盲端钻孔可以较好地实现所述分隔，这已公开在EP A 1083420中。盲端钻孔也可以从一个垂直于所述至少一根减力杠杆的旋转平面的较短的表面进入材料块内。
作为另外的可能性，也不难想象使所述挠性轴变薄，例如减小减力杠杆的旋转平面内挠性轴的轮廓尺寸。
尤其对边界由正对无材料空间的拱形表面(具有基本恒定且相对较小的半径)限定的薄材料连接而言，最后提及的概念输入了一个具有明确限定的旋转中心的薄挠性轴。但是，这种挠性轴一旦受到来自外界的冲击，所述的薄部分易于折断。所述薄材料连接的外形越薄或越窄，且正对相邻的无材料部分的表面的曲率越大，那么折断的危险性就越大。
为了解决上述问题，具有细长形薄材料连接的挠性轴已经被公开。这种结构使得挠性轴对来自外界的冲击载荷的敏感性大大下降，这种冲击载荷例如可以由打击在包含所述挠性轴的测力装置上的撞击引起。通过侧向偏转，细长形的薄材料连接可以经受冲击而不会折断，并且在多数情况下侧向偏转是可逆的。只要所述半径选择的足够大，使用薄材料连接就可以实现相似高的抗冲击程度，其中所述薄材料连接两侧的边界由正对半径恒定的无材料空间的拱形表面限定。在另一个对冲击相对不灵敏的挠性轴的设计中，所述薄材料连接每一侧的边界由至少两个相互邻接的拱形表面限定，所述表面正对无材料空间且半径近似恒定。
用于形成薄材料连接(形成挠性轴)的上述概念有如下缺点所述挠性轴的旋转中心只能用较低的精确度限定。

发明内容
因此本发明的目的在于提供一种由薄材料连接形成的挠性轴，其中所述挠性轴对冲击高度不灵敏，同时还具有精确限定的旋转中心。
上述目的通过由权利要求1所述的薄材料连接形成的挠性轴实现。形式为薄材料连接且与机身固体材料部分结合的挠性轴用在力传动机构中，所述力传动机构具有静止部分、用于将力传递到测量传感器且有至少一根的杠杆的杠杆装置、和至少一个用于将输入力输入到所述杠杆装置内的耦合元件。所述的耦合元件是刚性的，可以对抗纵向变形，但易于弯曲，且具有至少一个薄材料连接。所述的至少一根杠杆通过形式为薄材料连接且可以弯曲的挠性轴支承在所述的静止部分上和/或杠杆链的前一根杠杆上。所述挠性轴由相邻的无材料空间形成，且包含至少一个薄材料连接区域，所述薄材料连接区域的边界由正对无材料空间的拱形表面限定。限定所述薄材料连接区域边界的至少一个所述无材料空间具有在所述薄材料连接区域的厚度上形成收敛部分的形状。
所述收敛部分使得所述的薄材料连接进一步变薄。结果，所述挠性轴的弹簧常数进一步减小，但其挠性增加。不过，所述挠性轴仍很坚固，足以吸收来自外界的冲击，因为所述的薄材料连接在整个长度上有足够的弹性，可以对冲击作出响应而侧向弯曲。挠性轴的旋转中心位于所述薄材料连接的收敛部分，因此其位置易于准确确定。
在本发明的一个有利的实施例中，所述挠性轴是一个材料块的整体部分，其中所述挠性轴借助于机床由垂直于所述材料块的主表面而横穿所述材料块的窄线形切口形成，或者由形成在所述材料块内的无材料空间形成。
在本发明的一个优选的实施例中，正对限定所述薄材料连接区域边界的无材料空间的拱形表面呈细长形且有至少一个凹陷，所述凹陷在所述薄材料连接的中部产生狭窄的收敛部分。
这种类型的挠性轴可以用相对简单的方法制造，因为只需额外去除少量的材料就能在限定所述薄材料连接边界的无材料空间内产生凹陷。这可以在第二机加工操作中或在完成步骤中实现，在许多情况下，即使制造没有创造性收敛部分的挠性轴可能也需要这些操作或步骤。
在如本发明所述的挠性轴的另一个优选的实施例中，正对限定所述薄材料连接边界的无材料空间的拱形表面呈细长形，且所述薄材料连接的收敛部分呈锥形，且朝向所述薄材料连接区域的中部恒定变窄。朝向所述薄材料连接的中部恒定变窄的锥形收敛部分代表用于细长形挠性轴的另一个可能的实施例，所述挠性轴的边界由具有至少一个拱形轮廓片断的无材料空间限定。
在本发明的挠性轴的另一个有利的实施例中，限定所述薄材料连接区域边界的每一个无材料空间的边界由具有第一曲率半径的拱形切口限定，所述的拱形切口中嵌有一个具有较小的第二曲率半径的拱形切口。
在由薄材料连接形成的挠性轴的其他有创造性的实施例中，限定所述薄材料连接边界的无材料空间的拱形轮廓还包括曲率更大的拱形凹陷。
由薄材料连接形成的有创造性的挠性轴优选应用于测力装置(尤其是天平)的力传动机构。这种力传动机构具有静止部分、用于将力传递到测量传感器且有至少一根减力杠杆的杠杆机构、和至少一个用于将力输入所述杠杆机构的耦合元件。所述耦合元件是刚性的，可以对抗纵向变形，但易于弯曲，且包含至少一个薄材料连接。所述至少一根杠杆通过形式为薄材料连接的挠性支轴支承在静止部分上和/或前一根杠杆上。所述薄材料连接至少有一个区域的边界由正对无材料空间的拱形表面限定，且至少一个无材料空间具有在所述薄材料连接上产生收敛部分的形状。
本发明的优点在于提高了测量分辨率并提高了准确性，例如在包括本发明的力传动机构的测力装置中。所述的力传动机构是刚性的，足以抵抗来自外界的冲击，这是由于所述薄材料连接的整个构型呈细长形，因而所述挠性轴能够可逆弯曲。作为另一个优点，所述旋转中心位于所述薄材料连接的收敛部分内，因此能准确限定。由于能更好地限定所述旋转中心，因此所述测力装置对水平波动(leveling variations)的灵敏性大大降低。
在本发明的另一个优选的实施例中，所述杠杆机构和所述耦合元件是一个材料块的整体部分，甚至整个力传动机构是一个材料块的整体部分。所述无材料空间形成为垂直于所述至少一根减力杠杆的旋转平面而横穿所述材料块的窄线形切口，和/或由机加工工艺形成的中空的开口。
在有创造性的力传动机构的一个优选实施例中，所述杠杆支轴和所述耦合元件的力集中端部形成为挠性轴，其中正对限定所述薄材料连接区域边界的无材料空间的拱形表面有一个收敛部分，所述收敛部分呈锥形，且从所述薄材料连接的两端朝向其中部恒定变窄。
在本发明的另一个实施例中，正对限定一个挠性轴的无材料空间的拱形表面呈细长形，且有至少一个凹陷，所述凹陷在所述薄材料连接区域的中心形成至少一个收敛部分。所述收敛部分连成一个锥形部分，所述锥形部分朝向所述薄材料连接区域的中心具有恒定的锥度。
在另一个实施例中，限定所述薄材料连接区域的每一个无材料空间的边界都可以由具有第一曲率半径的拱形切口限定，所述拱形切口中嵌有具有较小的第二曲率半径的拱形切口。当形成所述力传动机构的材料块的无材料空间由诸如铣削之类的加工工艺生产时，这是特别有利的。在上述概念的有利的另外的改进中，限定薄材料连接区域边界的无材料空间的拱形切口还包括曲率更大的拱形凹陷。
在本发明的另一个有利的实施例中，所述至少一个耦合元件的力集中端部的和所述至少一根杠杆支轴的材料横截面由于切入所述材料块侧面的切口而减小，所述切口平行于所述至少一根杠杆的旋转平面。材料轮廓尺寸的减小也可以由材料块中部的切口产生，因此有或没有与之相连的杠杆支轴的杠杆和/或耦合元件被分成两部分。


下面将参照

形成为薄材料连接的有创造性的挠性轴的和包含挠性轴的有创造性的力传动机构的优选实施例和构型，其中图1表示沿垂直于平行四边形平面的方向所看到的去掉测量传感器后的测力装置。
图2a表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的形成现有技术所述的挠性轴的薄材料连接的放大图。
图2b表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的形成本发明所述的挠性轴的薄材料连接的放大图，图中有朝向两个无材料空间的凹陷的轮廓片断，所述无材料空间限定所述薄材料连接的边界；图2c表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的另一个薄材料连接的放大图，图中有朝向一个无材料空间的凹陷的轮廓片断，所述无材料空间限定所述薄材料连接的边界；图2d表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的第三薄材料连接的放大图，图中有彼此嵌套的另外的凹陷的轮廓片断，并且正对两个无材料空间，所述无材料空间限定所述薄材料连接的边界；图3表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的图2b中的有创造性的薄材料连接的一个实施例的放大图，其中形成所述无材料空间的线形切口开始于所述挠性轴的相对端，所述无材料空间限定所述薄材料连接的边界；图4a表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的有创造性的薄材料连接的一个实施例的放大图，所述薄材料连接形成从所述薄材料连接的两端到中间具有恒定锥度的材料部分；图4b表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的图4a中的薄材料连接的改进型的放大图；图5表示在所述平行四边形平面的剖视图中所看到的本发明所述的薄材料连接的一个实施例的放大图，图中有半径近似恒定的无材料空间，所述无材料空间限定所述材料连接的边界。
具体实施例方式
图1代表去掉测力传感器后的测力装置的力传动机构的侧视图。所述力传动机构由基本上呈砖形的材料块1构成，材料块1的各部分由形式为窄线形切口2的无材料空间彼此隔开，线形切口2横穿材料块1且垂直于其主表面。在平行于材料块1的主表面而延伸的各平面中，材料部分形成一个具有上、下平行导向元件3的平行四边形，平行四边形的一条边形成静止部分4，还有一条可垂直移动的平行四边形的边5，其中，平行四边形的可动边5的垂直移动是由于拱形挠性轴11，挠性轴11的边界由无材料空间限定。材料块1内部的各材料部分形成一根杠杆机构，该杠杆机构具有三个依次相连的减力杠杆9、15、17，其旋转平面位于所述的平行四边形平面上。这样，所述减力杠杆9、15、17的所述旋转平面与平行四边形的平面重合，且平行于材料块1的最大表面的平面。
平行四边形的可动边5起接收元件的作用，用于接收待测量的载荷，例如放在与载荷接收部分7相连的秤盘(未示出)的载荷，且通过第一耦合元件13连接到第一杠杆9的短杠杆臂上，第一耦合元件13相对于纵向变形呈刚性，但在弯曲模式下呈挠性。第一杠杆9有一个形式为挠性轴10的支轴，挠性轴10安置在从静止部分4延伸到材料块1内部的悬臂式突起8上。第一杠杆9的较长的杠杆臂通过第二耦合元件14连接到第二杠杆15的短杠杆臂上。与之相似，第二杠杆15由安置在悬臂式突起8上的且形式为挠性轴20的第二支轴支承。由第三耦合元件16连接到第二杠杆上的第三杠杆17由安置在第一杠杆9的较长的杠杆臂上的且形式为挠性轴12的第三支轴支承。钻孔19用于将杠杆的延长部分(未示出)连接到第三杠杆17的较长的杠杆臂上，并到达力补偿装置(未示出)。力传动机构的这一构造的优点是提高了紧凑型装置的结构强度。
所述的平行四边形、各耦合元件、杠杆机构和各挠性轴的边界都由材料块1内形式为窄线形切口2的无材料空间限定。切口2最好用腐蚀丝由电火花腐蚀生成。钻孔2a用于将腐蚀丝放在合适的位置。
杠杆支轴10和20都设计成直立的挠性轴，而支轴12设计成悬挂的挠性轴，第三杠杆17靠它悬挂在第一杠杆9上。
耦合元件13、14和16的力集中端部6、6a、6b以及杠杆9、15、17的挠性轴型支轴10、20、12都设计成薄材料连接。力传动机构的弹簧常数——它决定复位力且对天平的精度也有相当大的影响——主要是随耦合端部和挠性轴型支轴(尤其是第三杠杆17的)的弹簧常数而变化。因此，耦合元件16的力集中端部6a、6b以及挠性轴型支轴12设计成如图2b-5所详细说明的有独特创造性构型的薄材料连接，这些附图代表了用在上述地方的薄材料连接的不同实施例。在耦合元件16的力集中端部6b内，特别需要薄材料连接的有创造性的设计，端部6b和杠杆支轴12处于相同的垂直高度。
图1所示的实施例还有一个从材料块1的顶部进入的一端为盲端的钻孔30，钻孔的轴线位于所述材料块的中心面内。所述钻孔在材料块包含第三耦合元件16和第三杠杆17的支轴12的部分上方延伸，因此所述耦合元件和所述支轴被分成两部分，并且它们垂直于杠杆旋转面的有效宽度减小，这还有助于软化受影响的挠性轴的弹簧特性。
为了与随后将要说明的本发明的薄材料连接相比，图2a还给出了一种现有技术中的薄材料连接，例如它可用于杠杆支轴12中。由电火花腐蚀产生的薄材料连接大约长0.5-2mm，厚度约50-110μm。薄连接区域21由切割线段22和23的两个拱形表面形成，与其延长部分24和25相比，切割线段22和23略有加宽，延长部分24和25作为窄线形切口而延伸，例如将第一杠杆与第三杠杆隔开。加宽切割线段22和23由限定薄材料连接区域21的表面上的最后工序完成。尽管图中不明显，但所述最后工序有重要的目的。它不仅仅用于精确成形，而且还用于使薄材料连接的表面光滑。
由于其相对长度且宽度基本上均匀，因此图2a中的薄材料连接存在的问题是由所述薄材料连接形成的挠性轴的旋转中心无法精确确定，这使得天平对非水平条件敏感。另一方面，图2a所示的那种薄材料连接会对水平方向作用在称量单元上的冲击力作出响应，侧向弯曲并且近似变形为s形而不折断。所述变形一般是可逆的，因此天平不会因冲击损坏。
本发明中的薄材料连接结构保持了抗冲击的优点。如图2b所示，本发明的改进包括切割线段32、33的凹陷37、38。所述凹陷是通过将细长形的薄材料连接区域31中心处另外的表面材料除去而产生的，从而在薄材料连接区域31上形成一个长约0.2-0.6mm的收敛部分36。因此所述的薄材料连接在小范围内进一步变薄，从而使弹簧常数产生所想要的减小。另一方面，旋转中心的位置被精确确定为图2b中的薄材料连接的收敛部分的中心。
本发明的薄材料连接的另一个实施例如图2c所示。在这一改进型中，切割线段42、43中只有一个具有形成薄材料连接区域41的收敛部分46的凹陷47。这同样能使所述的薄材料连接进一步变薄，并且能更精确地限定旋转中心。
图2d给出了本发明的薄材料连接的另一种改进型，其中切割线段52、53有嵌套在第一凹陷57、58内的第二凹陷59、60。除了进一步使薄材料连接区域51变窄之外，这一结构还能更精确地限定所述挠性轴的旋转中心。不言而喻，仅在拱形切割线段52、53中的一条上形成凹陷也可以使所述薄材料连接区域51进一步变窄。本发明的其他可以想到的改变可以有其他的不同深度的凹陷，每一个凹陷都嵌套在前一个较浅的轮廓段内。
图3给出了用于本发明挠性轴的薄材料连接的布置，其中切割线段62、63的延长部分64、65在所述薄材料连接的两相对端处开始。所述薄材料连接区域61的收敛部分66的形状与图2b中收敛部分的形状相同，这仅仅是作为一个例子，当然其形状可以与图2c和2d所示的任意一个收敛部分的形状相同。
图4a给出了薄材料连接的另一个改进型。限定所述薄材料连接区域81的边界的切割线段82、83在这个例子中限定一个从所述材料连接的两端到其中心锥度恒定的锥形，因此最小厚度位于所述薄材料连接的中心处。但是需要指出的是图中所示的锥度被严重放大。在实际实施该实施例时，锥度很小，因此分隔所述切割线段82、83的距离在所述薄材料连接的中心和两端之间相差仅几个微米。该形状的收敛部分86的优点在于它易于产生且能精确确定挠性轴的旋转中心。由于与其厚度相比所述薄材料连接区域81相对较长，因此该形状的挠性轴有足够的柔性以吸收横向冲击，而只有暂时的弹性变形，这一点在上面已作过解释。
图4b给出了图4a中所示的薄材料连接的另一个改进型。所述薄材料连接区域91的收敛部分96开始处的形状与图2b的例子相似，其差别在于限定所述薄材料连接边界的所述切割线段92、93的收敛部分97、98具有朝向中心恒定变窄的锥度，例如，所述薄材料连接区域91的宽度连续下降。
不言而喻，也可以生产边界由无材料空间限定的用于挠性轴的薄材料连接，且所述薄材料连接有一个半径基本上恒定的拱形表面。当构成所述力传动机构的材料块的无材料空间由诸如铣削之类的加工工艺生产时，这是特别有利的。图5给出了这种薄材料连接的一个例子。图中表示的不是真实的比例，由于所述材料连接的长度与厚度相比被压缩了。所述薄材料连接区域71的收敛部分76在这个例子中由形式为拱形切割部分72、73的无材料空间构成，所述拱形切割部分72、73还包含曲率半径较短的第二拱形切割部分77、78。
本发明的范围还包括可以想到的构型，其中限定所述材料连接边界的无材料空间有其他深度的嵌套的凹陷或切割部分，所述凹陷或切割部分的曲率半径逐渐变小。
限定所述薄材料连接边界的无材料空间的半径恒定的构型也可以想到，所述薄材料连接仅一侧有凹陷的轮廓部分，这一凹陷的轮廓部分构成所述薄材料连接区域的收敛部分。
还可以想到将长的薄材料连接与收敛部分结合，其中限定所述薄材料连接边界的无材料空间在所述薄材料连接的一侧或两侧形成半径恒定的、凹陷的轮廓片断。
不言而喻，而且在与图1有关的部分已经讨论过，包含至少一个薄材料连接的所述挠性轴不需要延伸过所述材料块与所述平行四边形的所述平面垂直的整个宽度。可以想到从平行于所述杠杆的旋转平面的两个主表面进入所述材料块的两个切口中的任一个使得所述耦合元件的力集中端部以及本发明的力传动机构的杠杆支轴的宽度减小，也可以想到带有或没有与之相关的挠性轴的杠杆和耦合元件被延伸进所述材料块正中平面的切口分成两部分。
附图标记1 材料块2 窄线形切口2a 用于插入电火花腐蚀丝的钻孔3 平行导向元件4 静止部分5 可垂直移动的平行四边形的边6，6a，6b 耦合元件的端部7 载荷接收部分8 静止部分的悬臂式突起9 第一杠杆10 第一杠杆支轴11 平行四边形的挠性轴12 第三杠杆支轴14 第二耦合元件15 第二杠杆16 第三耦合元件
17第三杠杆19钻孔20第二杠杆支轴30盲端钻孔21，31，41，51，61，7 1，81，91 薄材料连接区域22，32，42，52，62，72，82，92切割线段，无材料空间23，33，43，53，63，73，83，93切割线段，无材料空间24，34，44，54，64，74，84，94切割线段的延长部分25，35，45，55，65，75，85，95切割线段的延长部分26，36，46，56，66，76，86，96收敛部分37，47，67，97凹陷38，98凹陷57，58第一凹陷59，60第二凹陷72，73具有第一半径的拱形切口77，78具有第二半径的拱形切口
权利要求
1.一种形式为薄材料连接的挠性轴，通过其固体材料部分被挠性连接在一起，所述挠性轴用在力传动机构中，所述力传动机构具有静止部分(4)、包括至少一根减力杠杆(9，15，17)且用于将力传递到测量传感器的杠杆机构、和用于将输入力输入到所述杠杆机构的至少一个耦合元件(13，14，16)，所述耦合元件是刚性的，能够抵抗纵向变形，但又易于弯曲，且有至少一个薄材料连接，其中所述的至少一根杠杆(9，15，17)通过挠性支轴(10，20，12)支承在所述的静止部分(4)上和/或前一根杠杆(9，15)上，所述支轴包括薄材料连接，所述支轴由相邻的无材料空间形成，且包含至少一个薄材料连接区域(21，31，41，51，61，71，81，91)，所述薄材料连接区域的边界由正对无材料空间(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)的拱形表面限定，其特征在于，限定所述薄材料连接区域(31，41，51，61，71，81，91)边界的所述至少一个无材料空间(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)具有形成所述薄材料连接区域(31，41，51，61，71，81，91)的收敛部分(36，46，56，66，76，86，96)的形状。
2.如权利要求1所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，所述挠性轴(6，6a，6b，10，20，12)的旋转中心位于所述收敛部分(36，46，56，66，76，86，96)的区域内。
3.如权利要求1或2所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，所述挠性轴是一个材料块的一个整体部分，且所述无材料空间(32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)由窄线形切口(2)形成，所述线形切口垂直于所述材料块(1)的主表面横穿所述材料块(1)。
4.如权利要求1或2所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，所述挠性轴是一个材料块的一个整体部分，且所述无材料空间(32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)是由机床从所述材料块内挖空的。
5.如权利要求1-4中的任意一项所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，正对限定所述薄材料连接区域(31，41，51，61)边界的无材料空间(32，33，42，43，52，53，62，63)的所述拱形表面呈细长形，且具有至少一个凹陷(37，38，47，57，58，59，60，67，68)，所述凹陷形成所述薄材料连接区域(31，41，51，61)的中部的收敛部分(36，46，56，66)。
6.如权利要求1-4中的任意一项所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，正对限定所述薄材料连接区域(81)边界的无材料空间(82，83)的拱形表面呈细长形，且形成所述薄材料连接(81)的收敛部分(86)，所述收敛部分具有朝向所述薄材料连接(81)的中部恒定变窄的锥度。
7.如权利要求1-4中的任意一项所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，正对限定所述薄材料连接区域(91)边界的无材料空间(92，93)的拱形表面呈细长形，其中限定所述薄材料连接区域(91)边界的所述无材料空间(92，93)的至少一个凹陷(97，98)形成所述薄材料连接区域(91)的收敛部分(96)，所述收敛部分具有朝向所述薄材料连接区域(91)的中部恒定变窄的锥度。
8.如权利要求1-4中的任意一项所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，限定所述薄材料连接区域(81)边界的每一个无材料空间的边界由具有第一曲率半径的拱形切口(72，73)限定，具有较小的第二曲率半径的拱形切口(77，78)嵌在具有第一曲率半径的所述拱形切口(72，73)内。
9.如权利要求5或8所述的形式为薄材料连接的挠性轴，其特征在于，限定所述薄材料连接(51)边界的所述无材料空间(52，53)的拱形凹陷(57，58)还包括曲率更大的拱形凹陷(59，60)。
10.用于测力装置尤其是天平的力传动机构，它包括静止部分(4)、用于将力传动到测量传感器且包括至少一根减力杠杆(9，15，17)的杠杆机构、和用于将输入力输入到所述杠杆机构的至少一个耦合元件(13，14，16)，所述耦合元件是刚性的，可以抵抗纵向变形，但易于弯曲，且有至少一个薄材料连接，其中所述的至少一根杠杆(9，15，17)通过挠性支轴(10，20，12)支承在所述的静止部分(4)上和/或前一根杠杆(9，15)上，所述支轴(10，20，12)包括薄材料连接；其中薄材料连接包括至少一个薄材料连接区域(21，31，41，51，61，71，81，91)，所述至少一个薄材料连接区域(21，31，41，51，61，71，81，91)的边界由正对无材料空间(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)的拱形表面限定，其特征在于，限定所述薄材料连接区域(31，41，51，61，71，81，91)边界的所述至少一个无材料空间(32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)具有形成所述薄材料连接区域(31，41，51，61，71，81，91)的收敛部分(36，46，56，66，76，86，96)的形状。
11.如权利要求10所述的用于测力装置的力传动机构，其特征在于，所述挠性轴(6，6a，6b，10，20，12)的旋转中心位于所述收敛部分(36，46，56，66，76，86，96)的区域内。
12.如权利要求10或11所述的用于测力装置的力传动机构，其特征在于，所述杠杆机构和至少一个耦合元件(13，14，16)是一个材料块(1)的整体部分。
13.如权利要求10或11所述的用于测力装置的力传动机构，其特征在于，所述力传动机构是一个材料块(1)的整体部分。
14.如权利要求12或13所述的用于测力装置的力传动机构，其特征在于，所述无材料空间(32，33，42，43，52，53，62，63，82，83，92，93)由窄线形切口(2)形成，所述线形切口(2)垂直于所述至少一根减力杠杆(9，15，17)的旋转平面横穿所述材料块(1)。
15.如权利要求12或13所述的力传动机构，其特征在于，所述无材料空间(72，73)是由机床在所述材料块(1)内形成的中空空间。
16.如权利要求10-15中任意一项所述的力传动机构，其特征在于，正对限定所述薄材料连接区域(31，41，51，61)边界的无材料空间(32，33，42，43，52，53，62，63)的所述拱形表面呈细长形，且有至少一个凹陷(37，38，47，57，58，59，60，67，68)，所述凹陷(37，38，47，57，58，59，60，67，68)形成所述薄材料连接区域(31，41，51，61)中部的收敛部分(36，46，56，66)。
17.如权利要求10-15中任意一项所述的力传动机构，其特征在于，正对限定所述薄材料连接(81)边界的无材料空间(82，83)的所述拱形表面呈细长形，且形成所述薄材料连接(81)的收敛部分(86)，所述收敛部分具有朝向所述薄材料连接区域(81)的中部恒定变窄的锥度。
18.如权利要求10-15中任意一项所述的力传动机构，其特征在于，正对限定所述薄材料连接区域(91)边界的无材料空间(92，93)的所述拱形表面呈细长形，其中限定所述薄材料连接区域(91)边界的所述无材料空间(92，93)的轮廓凹陷(97，98)形成所述薄材料连接区域(91)的收敛部分(96)，所述收敛部分具有朝向所述薄材料连接区域(91)中部的恒定变窄的锥度。
19.如权利要求10-15中任意一项所述的力传动机构，其特征在于，限定所述薄材料连接区域(71)边界的每一个所述无材料空间的边界由具有第一半径的拱形切口(72，73)限定，具有第一半径的所述拱形切口(72，73)中嵌有一个具有较小的第二半径的拱形切口(77，78)。
20.如权利要求16-19中任意一项所述的力传动机构，其特征在于，限定所述薄材料连接区域(51)边界的所述无材料空间(52，53)的拱形轮廓凹陷(57，58)还包括曲率更大的拱形轮廓凹陷(59，60)。
21.如权利要求10-20中任意一项所述的力传动机构，其特征在于，源于所述材料块(1)的主表面的横向切口使得耦合元件(13，14，16)的至少一个力集中端部(6，6a，6b)和所述至少一根杠杆的至少一个支轴(10，20，12)的材料横截面减小，所述切口平行于所述至少一根杠杆(9，15，17)的旋转平面，并且/或者所述的至少一根杠杆(9，15，17)和/或其各自的杠杆支轴(10，20，12)和/或所述至少一个耦合元件(13，14，16)和/或其各自的力集中端部(6，6a，6b)被分成两部分。
全文摘要
挠性轴和包含挠性轴的力传动机构，力传动机构包括静止部分(4)、包括至少一减力杠杆(9，15，17)且用于将力传递到测量传感器的杠杆机构、和用于将输入力输入到杠杆机构的至少一耦合元件(13，14，16)，耦合元件是刚性且能抗纵向变形，但易于弯曲且有至少一薄材料连接。至少一根杠杆通过挠性支轴(10，20，12)支承在静止部分上和/或前一根杠杆上，支轴包括薄材料连接。薄材料连接的至少一薄材料连接区域(21，31，41，51，61，71，81，91)由正对无材料空间(22，23，32，33，42，43，52，53，62，63，72，73，82，83，92，93)的拱形表面限定，且至少一无材料空间具有形成薄材料连接区域收敛部分(36，46，56，66，76，86，96)的形状。
文档编号G01G3/00GK1564932SQ02819499
公开日2005年1月12日 申请日期2002年9月26日 优先权日2001年10月2日
发明者安德烈亚斯·梅茨格, 汉斯-鲁道夫·布克哈德 申请人:梅特勒-托莱多有限公司