CN108801546B - 一种双杠杆式力标准机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双杠杆式力标准机，包括：主杠杆系统、辅助杠杆系统、机架、反力架、移动横梁系统、砝码A和砝码B；主杠杆系统1上安装砝码A和砝码B，反力架用于连接主杠杆系统和辅助杠杆系统，机架用于支撑主杠杆系统，移动横梁系统安装在机架上。在本发明的优点在于：采用两套加载砝码的质量差代替单一的加载砝码，利用杠杆放大的反向原理，实现砝码重力的缩小，达到对被施力装置施加精确小力值的目的；采用弹性铰支作为本力标准机的两套杠杆系统的支点和力点；采用一套驱动系统驱动砝码A和砝码B,实现砝码A和砝码B的相向同步运动。
Description
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域，特别涉及一种双杠杆式力标准机。
背景技术
力值计量在经济建设中起着重要的作用。在力值计量的领域应用最广泛的设备是力标准机，用于对力值的计量传递，实施对测力仪的标定、校准试验。随着技术经济的发展进步，对力值计量的范围正向大和小两个方向不断拓展。其中力值小于1N的微小力值计量的需求，在航天、生物工程、微纳制造等技术领域显示出了越来越多和越来越高的趋势。因而用于微小力值计量传递的力标准机，其作用就越发增大了。
目前，对于大力值的范围，对砝码重力的放大的技术已经很成熟了，但对于小力值范围，对砝码重力缩小的技术还在不断的探索中。对于现有技术来说，在微小力值范围内，越是小的力值，对于砝码重力的缩小越难实现，对于砝码的要求越高，作为加载砝码的单一砝码因重量过小而无法制造出来，与此同时对于操作的要求也就越高，对于外部环境的要求就越高。一般对于杠杆式力标准机采用刀口支撑等支撑形式，只能承受单向的载荷，如果要实现双向载荷需要额外的转换装置。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种双杠杆式力标准机，能有效的解决上述现有技术存在的问题。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种双杠杆式力标准机，其特征在于包括：主杠杆系统1、辅助杠杆系统2、机架3、反力架4、移动横梁系统5、砝码A6和砝码B7；
主杠杆系统1包括：滚珠丝杠A8、滚珠丝杠B9、支撑体A10、支撑体B11、侧梁12、横梁13、内导轨14、外导轨15、伺服电机A16、传动装置A17、凸台18和铰支总成19；
所述滚珠丝杠A8在上，滚珠丝杠B9在下，上下并行排列，支撑体A10和支撑体B11都设有用于安装滚珠丝杠A8和滚珠丝杠B9的圆孔，圆孔与滚珠丝杠的端部通过轴承连接，两根滚珠丝杠的一端通过支撑体A10的圆孔固定，另一端通过支撑体B11的圆孔固定；滚珠丝杠与支撑体A10和支撑体B11的连接须施加丝杠额定载荷10％的轴向预紧力；
支撑体之间通过两根平行的侧梁12固定，并在两根侧梁12顶部之间固定若干根横梁13加固；
两根侧梁12向外的表面安装互相平行的外导轨15，在侧梁12内表面的前端和后端分别设有一凸台18，凸台18上开有通孔，前后凸台18上的通孔上分别安装铰支总成19；所述侧梁12内表面还设有与外导轨15平行的内导轨14；
支撑体A10下端安装伺服电机A16，伺服电机A16通过传动装置A17带动滚珠丝杠A8和滚珠丝杠B9转动，滚珠丝杠A8和滚珠丝杠B9导程相同，旋向相反；
所述辅助杠杆系统2包括：辅助杠杆横梁20、配平砝码21、伺服电机B22、传动装置B23、丝杠24、直线导轨25和铰支总成19；
辅助杠杆横梁20前后两端的上表面开有两个圆形凹槽、凹槽用于安装铰支总成19，凹槽位置对应凸台18，辅助杠杆横梁20一端部开有孔，孔与丝杆24的一头间隙配合，配平砝码21中部开有孔，孔内安装一螺母用于与丝杆24螺纹配合；
铰支总成19作为两套杠杆系统中的支点和力点。在主杠杆系统中左端的支点和右端的力点分别由2个铰支总成19构成；在辅助杠杆系统中左端的支点和右端的力点分别由一个铰支总成19组成，在主杠杆系统中砝码A6和B7在由铰支总成19组成的支点和力点之间运动，形成了重力缩小的结构布局；
所述直线导轨25有两根，从辅助杠杆横梁20的两侧伸出并与丝杆平行，配平砝码21左右两侧都设有和滑轨匹配的滑块，配平砝码21的运动由伺服电机B22作为动力源，沿直线导轨25运动；伺服电机B22安装在配平砝码的一侧面，伺服电机B22的电机轴与传动装置B23相连，伺服电机B22通过传动装置B23带动丝杠24转动，从而带动配平砝码21运动；
所述机架3是力标准机的支撑系统，由支架30、移动横梁支架31、底座32、横梁A33和横梁B34组成；支架30与移动横梁支架31都固定于底座30的上表面，支架30上端固定横梁A33，横梁A33与主杠杆系统1的左端的铰支总成19相连；移动横梁支架301上端固定横梁B34，横梁B34中心开有供反力架4穿过的开口35，移动横梁支架301下端的底座32开有一通孔用于反力架4穿过，横梁B34的开口35两边各开有一通孔；
所述底座32为中空，其内部用于安装辅助杠杆系统2，底座32是由若干个槽钢36连接的两块平板37组成，在底座的上平板37上相对于辅助杠杆系统2左端铰支总成19的位置有一个开孔的圆形凸台38，辅助杠杆系统2通过铰支总成19与底座圆形凸台38的开孔相连，在辅助杠杆系统2安装完成后，用盖板将底座包裹住，形成密闭环境；
所述反力架4的上端连接主杠杆系统1右端的铰支总成19，反力架4的下端连接辅助杠杆系统2右端的铰支总成19；
所述移动横梁系统5安装在移动横梁支架301的内部，其包括移动横梁51、两根丝杆C52、传动装置C53和伺服电机C54；移动横梁51上用以放置被施加力值的试件，它可以在传动装置C和伺服电机C54以及丝杆C52的配合下作铅垂方向的往复运动，改变其相对于机架在铅垂方向的位置；
移动横梁51左右两端各上开有2个通孔，其中外侧的通孔与丝杠C52的螺母连接，反力架4通过内侧的通孔与其间隙配合，所述丝杠C52上端与横梁B34上的通孔通过轴承相连，下端与底座32表面设置的凹槽通过轴承相连，丝杠C52下端设有传动轮，和传动带形成传动装置C53,所述伺服电机C54安装在底座32表面，并连接传动装置C53，其控制两根丝杆C52同时同步运动来改变移动横梁51的运动；
所述砝码A6和砝码B7分别通过伺服电机A16和传动机构A17实现沿着滚珠丝杠和导轨作直线运动，砝码A6和砝码B7同时、同步、相向工作，在全行程方向上互不干涉；
所述砝码A6和砝码B7两个移动砝码是由一个驱动装置实现驱动的，即通过伺服电机A16和传动机构A17实现沿着滚珠丝杠和导轨作直线运动。传动机构A17即通过同步带和带轮将滚珠丝杠A8，B9连接起来，滚珠丝杠A8，B9导程相同，旋向相反，实现了由一个伺服电机驱动砝码A6和砝码B7同时、同步、相向工作；
砝码A6和砝码B7分别横跨在滚珠丝杠A8，B9上，运动互不干涉，砝码A6和砝码B7的质量存在微小的质量差，当力标准机工作时即砝码A6和B7相向运动的时候，可将砝码A6和B7的质量差看做只是用一个砝码作为加载砝码的理想的加载砝码。且砝码A6和砝码B7的重心在主杠杆系统中铰支总成19构成的支点力点连线以下。
进一步地，所述砝码A6包括：螺母61、连接件62、滑块63和砝码体64；连接件62中部设有与滚珠丝杠A8螺纹连接的螺母61，连接件62两侧设置砝码体64，砝码体64的内表面设有用于与外导轨15滑动连接的滑块63；
所述砝码B7包括：砝码主体71、螺母72和滑块73；
砝码主体71中部设置与滚珠丝杠B9螺纹连接的螺母72，砝码主体71两侧分别设置用于与内导轨14滑动连接的滑块73。
进一步地，所述铰支总成19由弹性铰支191和胀套192组成的，弹性铰支为一个中间加工为弧形的圆柱体，铰支总成的上端和下端都设有胀套。
进一步地，主杠杆系统1取消滚珠丝杠A8、滚珠丝杠B9、伺服电机A16和传动装置A17，这些带动两个砝码运动的机构，将两个砝码沿杠杆做直线运动的动力源改为直线电机承担，即砝码作为直线电机动子的一部分，改为直接连接支撑体A10、支撑体B11的横梁90，并在其的上下两面设置直线电机定子A91和电机定子B92；
对应的动子分别固定于砝码A6和砝码B7上，直线电机通电时，动子分别带动两个砝码做直线运动，直线电机的动子为次级，不带任何电缆线；直线电机的定子为直线电机的初级，所有直线电机的电缆线固定在定子上。
进一步地，在横梁B34的力点外侧安装阻尼装置，阻尼装置包括N级磁板80、S级磁板81和非磁性板82；其中N级磁板80和S级磁板81固定在横梁B34上，非磁性板83固定在主杠杆系统1的支撑体B11上，非磁性板82的形状为楔形板，防止在工作时非磁性板82与横梁B34发生碰撞；在零点校准的时候，杠杆的一端产生轻微的震动，带动着非磁性板82在N,S级磁板形成的磁场中运动，形成电涡流阻尼，阻止主杠杆的震动。
进一步地，双杠杆式力标准机安装护罩100，护罩100是杠杆式力标准机的运动部分的防护装置，用作防止工作部分的空气流动，护罩为透明的玻璃罩，安装在机架的底座32上部，同时在移动横梁系统的移动横梁附近开一个门方便被施力试件的安装或卸载。
进一步地，对被加载工件施加拉、压双向载荷，而不需要通过取消反向架4，在零位处将砝码A6和砝码B7的位置调换，并通过配平砝码的位置改变实现新的零点平衡；然后所有的驱动控制与施加另一个方向的载荷相同；因为拉压两个方向只有两个零点位置，它们可以通过控制程序记忆，只需要在零点位置处发出一个指令，做相应的简单动作即可。
与现有技术相比本发明的优点在于：
1.实现对较大质量砝码重力的缩小，达到对被施力装置施加精确小力值的目的。达到以机械化、自动化方法施加小载荷的目标，从而解决微小重力砝码制作、操作使用极其不便，甚至无法实现的问题。
2.通过采用两个加载砝码沿横梁移动改变杠杆比达到施力目的。它们在驱动系统的驱动和控制下，可沿着主杠杆体作相向同步(同速、同位移、运动方向相反)运动，以改变在主刚杆上的位置。两个砝码之间存在固定的质量差Δm，解决了由单一砝码作为加载砝码，质量过小无法实现的问题
3.辅助杠杆系统中配平系统配重砝码和伺服电机相连，伺服电机固定在配平砝码的一侧，电机轴穿过配平砝码上的电机安装板通过带轮与丝杠相连，丝杠螺母固定在辅助杠杆上，电机通过丝杠可以带动配平砝码和自身沿直线导轨移动，可以通过直接控制电机实现对零点的自动校准。
4.装有阻尼装置，在进行校准和平衡时可以消除机器的轻微震动对结果造成的影响。
5.采用弹性铰支的支撑形式，可以实现双向加载。
附图说明
图1为本发明实施例1双杠杆式力标准机不带护罩的立体图；
图2为本发明实施例1双杠杆式力标准机不带护罩的主视图；
图3为本发明实施例1主杠杆系统的立体图；
图4为本发明实施例1内导轨和外导轨的结构示意图；
图5为本发明实施例1主杠杆系统与砝码的连接示意图；
图6为本发明实施例1辅助杠杆系统的主视图；
图7为本发明实施例1配平砝码、伺服电机B和传动装置B的结构示意图；
图8为本发明实施例1机架的立体图；
图9为本发明实施例1主杠杆系统与辅助杠杆系统的连接示意图；
图10为本发明实施例1底座的结构示意图；
图11为本发明实施例1移动横梁系统的结构示意图；
图12为本发明实施例1砝码A的立体图；
图13为本发明实施例1砝码B的立体图；
图14为本发明实施例1铰支总成的结构示意图；
图15为本发明实施例1阻尼装置的结构示意图；
图16为本发明实施例1护罩的结构示意图；
图17为本发明实施例2主杠杆系统的结构示意图；
图18为本发明实施例2砝码A与电机定子A的结构示意图；
图19为本发明实施例2砝码B与电机定子B的结构示意图；
图20为本发明实施例3双向加载砝码位置示意图；
图21为双杠杆变臂比杠杆式加载装置工作原理图；
图22为小力值变臂比双杠式加载装置工作原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1、2所示，一种双杠杆式力标准机，包括：主杠杆系统1、辅助杠杆系统2、机架3、反力架4、移动横梁系统5、砝码A6、砝码B7；
如图3至5所示，主杠杆系统1包括：滚珠丝杠A8、滚珠丝杠B9、支撑体A10、支撑体B11、侧梁12、横梁13、内导轨14、外导轨15、伺服电机A16、传动装置A17、凸台18和铰支总成19；
所述滚珠丝杠A8在上，滚珠丝杠B9在下，上下并行排列，支撑体A10和支撑体B11都设有用于安装滚珠丝杠A8和滚珠丝杠B9的圆孔，圆孔与滚珠丝杠的端部间隙配合，圆孔与滚珠丝杠的端部通过轴承连接，两根滚珠丝杠的一端通过支撑体A10的圆孔固定，另一端通过支撑体B11的圆孔固定。连接必须是施加丝杠额定载荷10％的轴向预紧力；
支撑体之间通过两根平行的侧梁12固定，并在两根侧梁12顶部之间固定若干根横梁13加固。
两根侧梁12向外的表面安装互相平行的外导轨15，在侧梁12内表面的前端和后端分别设有一凸台18，凸台18上开有通孔，前后凸台18上的通孔上分别安装铰支总成19；所述侧梁12内表面还设有与外导轨15平行的内导轨14；
支撑体A10下端安装伺服电机A16，伺服电机A16通过传动装置A17带动滚珠丝杠A8和滚珠丝杠B9转动，滚珠丝杠A8和滚珠丝杠B9导程相同，旋向相反。
如图6所示，所述辅助杠杆系统2包括：辅助杠杆横梁20、配平砝码21、伺服电机B22、传动装置B23、丝杠24、直线导轨25和铰支总成19；
辅助杠杆横梁20前后两端的上表面开有两个圆形凹槽、凹槽用于安装铰支总成19，凹槽位置对应凸台18，辅助杠杆横梁20一端部开有孔，孔与丝杆24的一头间隙配合，配平砝码21中部开有用于与丝杆24螺纹配合的螺母；配平砝码21中部开有用于与丝杆24螺纹配合的螺母；孔与丝杆24的螺母相连接，
如图7所示，所述直线导轨25有两根，从辅助杠杆横梁20的两侧伸出并与丝杆平行，配平砝码21左右两侧都设有和滑轨匹配的滑块，配平砝码21的运动由伺服电机B22作为动力源，沿直线导轨25运动。伺服电机B22安装在配平砝码的一侧面，伺服电机B22的电机轴与传动装置B23相连，伺服电机B22通过传动装置B23带动丝杠24转动，从而带动配平砝码21运动。
如图8所示，所述机架3是力标准机的支撑系统，由支架30、移动横梁支架31、底座32、横梁A33和横梁B34组成；支架30与移动横梁支架31都固定于底座30的上表面，支架30上端固定横梁A33，横梁A33与主杠杆系统1的左端的铰支总成19相连；移动横梁支架31上端固定横梁B34，横梁B34中心开有供反力架4穿过的开口35，移动横梁支架301下端的底座32开有一通孔用于反力架4穿过，横梁B34的开口35两边各开有一通孔。
如图10所示，所述底座32为中空，其内部用于安装辅助杠杆系统2。
底座32是由若干个槽钢36连接的两块平板37组成，在底座的上平板37上相对于辅助杠杆系统2左端铰支总成19的位置有一个开孔的圆形凸台38，辅助杠杆系统2通过铰支总成19与底座圆形凸台38的开孔相连。在辅助杠杆系统2安装完成后，用盖板将底座包裹住，形成密闭环境。
如图9所示，所述反力架4的上端连接主杠杆系统1右端的铰支总成19，反力架4的下端连接辅助杠杆系统2右端的铰支总成19。
如图11所示，所述移动横梁系统5安装在移动横梁支架301的内部，其包括移动横梁51、两根丝杆C52、传动装置C53和伺服电机C54。移动横梁51上用以放置被施加力值的试件，它可以在传动装置C和伺服电机C54以及丝杆C52的配合下作铅垂方向的往复运动，改变其相对于机架在铅垂方向的位置。
移动横梁51左右两端各上开有2个通孔，其中外侧的通孔与丝杠C52的螺母连接，反力架4通过内侧的通孔与其间隙配合，所述丝杠C52上端与横梁B34上的通孔通过轴承相连，下端与底座32表面设置的凹槽通过轴承相连，丝杠C52下端设有传动轮，和传动带形成传动装置C53,所述伺服电机C54安装在底座32表面，并连接传动装置C53，其控制两根丝杆C52同时同步运动来改变移动横梁51的运动。
如图12所示，砝码A6包括：螺母61、连接件62、滑块63和砝码体64；连接件62中部设有与滚珠丝杠A8螺纹连接的螺母61，连接件62两侧设置砝码体64，砝码体64的内表面设有用于与外导轨15滑动连接的滑块63；
如图13所示，砝码B7包括：砝码主体71、螺母72和滑块73；
砝码主体71中部设置与滚珠丝杠B9螺纹连接的螺母72，砝码主体71两侧分别设置用于与内导轨14滑动连接的滑块73。
砝码A6和砝码B7分别通过伺服电机A16和传动机构A17实现沿着滚珠丝杠和导轨作直线运动，砝码A6和砝码B7同时、同步、相向工作，在全行程方向上互不干涉。
如图14所示，所述铰支总成19由弹性铰支191和胀套192组成的，弹性铰支为一个中间加工为弧形的圆柱体，铰支总成的上端和下端都设有胀套。
如图15所示，还可以在横梁B34的力点外侧安装阻尼装置，阻尼装置包括N级磁板80、S级磁板81和非磁性板82；其中N级磁板80和S级磁板81固定在横梁B34上，非磁性板83固定在主杠杆系统1的支撑体B11上，非磁性板82的形状为楔形板，防止在工作时非磁性板82与横梁B34发生碰撞。在零点校准的时候，杠杆的一端产生轻微的震动，带动着非磁性板82在N,S级磁板形成的磁场中运动，形成电涡流阻尼，阻止主杠杆的震动。
如图16所示，本发明可以为双杠杆式力标准机安装护罩100，护罩100是杠杆式力标准机的运动部分的防护装置，用作防止工作部分的空气流动，护罩为透明的玻璃罩，安装在机架上部，同时在移动横梁系统的移动横梁附近开一个门方便被施力试件的安装或卸载。
实施例2
本实施例2只针对于实施例1的不同之处进行描述。
如图17至19所示，主杠杆系统1的两个砝码沿杠杆做直线运动的动力源由直线电机承担，即砝码作为直线电机动子的一部分。取消丝杠螺母驱动机构，改为直接连接支撑体A10、支撑体B11的横梁90，并在其的上下两面设置直线电机定子A91和电机定子B92；
对应的动子分别固定于砝码A6和砝码B7上。直线电机通电时，动子分别带动两个砝码做直线运动。直线电机的动子为次级，不带任何电缆线；直线电机的定子为直线电机的初级，所有直线电机的电缆线固定在定子上。
实施例3
本实施例3只针对于实施例1的不同之处进行描述。
如图20所示，本发明还可以实现例如双向加载的方法；
双向加载，即对被加载工件施加拉、压双向载荷，而不需要通过反向架实现。方法是，在零位处将砝码A6和砝码B7的位置调换，并通过配平砝码的位置改变实现新的零点平衡。然后所有的驱动控制与施加另一个方向的载荷相同。因为拉压两个方向只有两个零点位置，它们可以通过控制程序记忆，只需要在零点位置处发出一个指令，做相应的简单动作即可。
本发明工作原理如下：
双杠杆变臂比加载系统的工作原理如图21所示。以第二原理，即杠杆的阻力点在动力点和支点的中间，即为省力杠杆，工作的主杠杆E，支点A，输出力作用点B，施加力为质量m1砝码的重力。
砝码m1可以沿主杠杆E作左右直线运动；辅助杠杆F，支点D，输出力作用点C，通过立杆G与B点相连。砝码m2用于实现杠杆系统的初始平衡。任何情况下，A、B、C、D四个点构成平行四边形。
假设杠杆平衡时砝码m1的位置位于距离支点A的L0处，此时主杠杆和辅助杠杆均处于水平状态，立杆处于铅垂状态。以此为零点，表现为输出作用力P＝0。随后，砝码m1沿杠杆的移动产生作用力，在杠杆处于水平状态时，符合下式
P＝m1g·L/S
杠杆放大的反向(缩小)和双砝码的工作原理如图22所示，也是本发明的工作原理图。在主杠杆上设置两个砝码，m11和m12，其重力分别为w11、w12。杠杆的平衡状态由杠杆平衡位置传感器监测。为消除振动，设置阻尼器。
仍设杠杆初始平衡位置L0，作用力P符合下式
P＝m11g·L1/S-m12g·L2/S
L1和L2的方向相反，且取|L1|＝|L2|＝L，Lmax<S,则有
P＝(m11-m12)·g·L/S
放大比L/S<1,实现了力值缩小，主杠杆以第三杠杆原理工作，即杠杆的动力点在支点和阻力点之间，即为费力杠杆。两块砝码的质量m11和m12按下述关系设置，即Δm＝m11-m12→0，于是其产生的重力Δmg就可以很小。但是由于二者的本身不需要很小，这为加工制造带创造了有益条件；取|L1|＝|L2|＝L，可以使两个砝码沿杠杆的运动为同步相向，简化驱动结构。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种双杠杆式力标准机，其特征在于包括：主杠杆系统(1)、辅助杠杆系统(2)、机架(3)、反力架(4)、移动横梁系统(5)、砝码A(6)和砝码B(7)；
主杠杆系统(1)包括：滚珠丝杠A(8)、滚珠丝杠B(9)、支撑体A(10)、支撑体B(11)、侧梁(12)、横梁(13)、内导轨(14)、外导轨(15)、伺服电机A(16)、传动装置A(17)、凸台(18)和铰支总成(19)；
所述滚珠丝杠A(8)在上，滚珠丝杠B(9)在下，上下并行排列，支撑体A(10)和支撑体B(11)都设有用于安装滚珠丝杠A(8)和滚珠丝杠B(9)的圆孔，圆孔与滚珠丝杠的端部通过轴承连接，两根滚珠丝杠的一端通过支撑体A(10)的圆孔固定，另一端通过支撑体B(11)的圆孔固定；滚珠丝杠与支撑体A(10)和支撑体B(11)的连接须施加丝杠额定载荷10％的轴向预紧力；
支撑体之间通过两根平行的侧梁(12)固定，并在两根侧梁(12)顶部之间固定若干根横梁(13)加固；
两根侧梁(12)向外的表面安装互相平行的外导轨(15)，在侧梁(12)内表面的前端和后端分别设有一凸台(18)，凸台(18)上开有通孔，前后凸台(18)上的通孔上分别安装铰支总成(19)；所述侧梁(12)内表面还设有与外导轨(15)平行的内导轨(14)；
支撑体A(10)下端安装伺服电机A(16)，伺服电机A(16)通过传动装置A(17)带动滚珠丝杠A(8)和滚珠丝杠B(9)转动，滚珠丝杠A(8)和滚珠丝杠B(9)导程相同，旋向相反；
所述辅助杠杆系统(2)包括：辅助杠杆横梁(20)、配平砝码(21)、伺服电机B(22)、传动装置B(23)、丝杠(24)、直线导轨(25)和铰支总成(19)；
辅助杠杆横梁(20)前后两端的上表面开有两个圆形凹槽、凹槽用于安装铰支总成(19)，凹槽位置对应凸台(18)，辅助杠杆横梁(20)一端部开有孔，孔与丝杆(24)的一头间隙配合，配平砝码(21)中部开有孔，孔内安装一螺母用于与丝杆(24)螺纹配合；
铰支总成(19)作为两套杠杆系统中的支点和力点， 在主杠杆系统中左端的支点和右端的力点分别由2个铰支总成(19)构成；在辅助杠杆系统中左端的支点和右端的力点分别由一个铰支总成(19)组成，在主杠杆系统中砝码A(6)和B(7)在由铰支总成(19)组成的支点和力点之间运动，形成了重力缩小的结构布局；
所述直线导轨(25)有两根，从辅助杠杆横梁(20)的两侧伸出并与丝杆平行，配平砝码(21)左右两侧都设有和滑轨匹配的滑块，配平砝码(21)的运动由伺服电机B(22)作为动力源，沿直线导轨(25)运动；伺服电机B(22)安装在配平砝码的一侧面，伺服电机B(22)的电机轴与传动装置B(23)相连，伺服电机B(22)通过传动装置B(23)带动丝杠(24)转动，从而带动配平砝码(21)运动；
所述机架(3)是力标准机的支撑系统，由支架(30)、移动横梁支架(31)、底座(32)、横梁A(33)和横梁B(34)组成；支架(30) 与移动横梁支架(31)都固定于底座(30)的上表面，支架(30)上端固定横梁A(33)，横梁A(33)与主杠杆系统(1)的左端的铰支总成(19)相连；移动横梁支架(31)上端固定横梁B(34)，横梁B(34)中心开有供反力架(4)穿过的开口(35)，移动横梁支架(31)下端的底座(32)开有一通孔用于反力架(4)穿过，横梁B(34)的开口(35)两边各开有一通孔；
所述底座(32)为中空，其内部用于安装辅助杠杆系统(2)，底座(32)是由若干个槽钢(36)连接的两块平板(37)组成，在底座的上平板(37)上相对于辅助杠杆系统(2)左端铰支总成(19)的位置有一个开孔的圆形凸台(38)，辅助杠杆系统(2)通过铰支总成(19)与底座圆形凸台(38)的开孔相连，在辅助杠杆系统(2)安装完成后，用盖板将底座包裹住，形成密闭环境；
所述反力架(4)的上端连接主杠杆系统(1)右端的铰支总成(19)，反力架(4)的下端连接辅助杠杆系统(2)右端的铰支总成(19)；
所述移动横梁系统(5)安装在移动横梁支架(31)的内部，其包括移动横梁(51)、两根丝杆C(52)、传动装置C(53)和伺服电机C(54)；移动横梁(51)上用以放置被施加力值的试件，它可以在传动装置C和伺服电机C(54)以及丝杆C(52)的配合下作铅垂方向的往复运动，改变其相对于机架在铅垂方向的位置；
移动横梁(51)左右两端各上开有(2)个通孔，其中外侧的通孔与丝杠C(52)的螺母连接，反力架(4)通过内侧的通孔与其间隙配合，所述丝杠C(52)上端与横梁B(34)上的通孔通过轴承相连，下端与底座(32)表面设置的凹槽通过轴承相连，丝杠C(52)下端设有传动轮，和传动带形成传动装置C(53),所述伺服电机C(54)安装在底座(32)表面，并连接传动装置C(53)，其控制两根丝杆C(52)同时同步运动来改变移动横梁(51)的运动；
所述砝码A(6)和砝码B(7)分别通过伺服电机A(16)和传动机构A(17)实现沿着滚珠丝杠和导轨作直线运动，砝码A(6)和砝码B(7)同时、同步、相向工作，在全行程方向上互不干涉；
所述砝码A(6)和砝码B(7)两个移动砝码是由一个驱动装置实现驱动的，即通过伺服电机A(16)和传动机构A(17)实现沿着滚珠丝杠和导轨作直线运动， 传动机构A(17)即通过同步带和带轮将滚珠丝杠A(8)，B(9)连接起来，滚珠丝杠A(8)，B(9)导程相同，旋向相反，实现了由一个伺服电机驱动砝码A(6)和砝码B(7)同时、同步、相向工作；
砝码A(6)和砝码B(7)分别横跨在滚珠丝杠A(8)，B(9)上，运动互不干涉，砝码A(6)和砝码B(7)的质量存在微小的质量差，当力标准机工作时即砝码A(6)和B(7)相向运动的时候，可将砝码A(6)和B(7)的质量差看做只是用一个砝码作为加载砝码的理想的加载砝码， 且砝码A(6)和砝码B(7)的重心在主杠杆系统中铰支总成(19)构成的支点力点连线以下。
2.根据权利要求1所述的一种双杠杆式力标准机，其特征在于：所述砝码A(6)包括：螺母(61)、连接件(62)、滑块(63)和砝码体(64)；连接件(62)中部设有与滚珠丝杠A(8)螺纹连接的螺母(61)，连接件(62)两侧设置砝码体(64)，砝码体(64)的内表面设有用于与外导轨(15)滑动连接的滑块(63)；
所述砝码B(7)包括：砝码主体(71)、螺母(72)和滑块(73)；
砝码主体(71)中部设置与滚珠丝杠B(9)螺纹连接的螺母(72)，砝码主体(71)两侧分别设置用于与内导轨(14)滑动连接的滑块(73)。
3.根据权利要求1所述的一种双杠杆式力标准机，其特征在于：所述铰支总成(19)由弹性铰支(191)和胀套(192)组成的，弹性铰支为一个中间加工为弧形的圆柱体，铰支总成的上端和下端都设有胀套。
4.根据权利要求1所述的一种双杠杆式力标准机，其特征在于：主杠杆系统(1)取消滚珠丝杠A(8)、滚珠丝杠B(9)、伺服电机A(16)和传动装置A(17)，这些带动两个砝码运动的机构，将两个砝码沿杠杆做直线运动的动力源改为直线电机承担，即砝码作为直线电机动子的一部分，改为直接连接支撑体A(10)、支撑体B(11)的横梁(90)，并在其的上下两面设置直线电机定子A(91)和电机定子B(92)；
对应的动子分别固定于砝码A(6)和砝码B(7)上，直线电机通电时，动子分别带动两个砝码做直线运动，直线电机的动子为次级，不带任何电缆线；直线电机的定子为直线电机的初级，所有直线电机的电缆线固定在定子上。
5.根据权利要求1所述的一种双杠杆式力标准机，其特征在于：在横梁B(34)的力点外侧安装阻尼装置，阻尼装置包括N级磁板(80)、S级磁板(81)和非磁性板(82)；其中N级磁板(80)和S级磁板(81)固定在横梁B(34)上，非磁性板(83)固定在主杠杆系统(1)的支撑体B(11)上，非磁性板(82)的形状为楔形板，防止在工作时非磁性板(82)与横梁B(34)发生碰撞；在零点校准的时候，杠杆的一端产生轻微的震动，带动着非磁性板(82)在N,S级磁板形成的磁场中运动，形成电涡流阻尼，阻止主杠杆的震动。
6.根据权利要求1所述的一种双杠杆式力标准机，其特征在于：双杠杆式力标准机安装护罩(100)，护罩(100)是杠杆式力标准机的运动部分的防护装置，用作防止工作部分的空气流动，护罩为透明的玻璃罩，安装在机架的底座(32)上部，同时在移动横梁系统的移动横梁附近开一个门方便被施力试件的安装或卸载。
7.根据权利要求1所述的一种双杠杆式力标准机的双向加载方法，其特征在于：对被加载工件施加拉、压双向载荷，而不需要通过取消反向架(4)，在零位处将砝码A(6)和砝码B(7)的位置调换，并通过配平砝码的位置改变实现新的零点平衡；然后所有的驱动控制与施加另一个方向的载荷相同；因为拉压两个方向只有两个零点位置，它们可以通过控制程序记忆，只需要在零点位置处发出一个指令，做相应的简单动作即可。
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