CN104280164B - 一种测量机构系统运动副反力的测控装置 - Google Patents
一种测量机构系统运动副反力的测控装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种测量机构系统运动副反力的测控装置,包括机械结构部分、信号检测部分和数据处理部分;机械结构部分包括整体保持外圈,整体保持外圈内设置有传感器固定架,传感器固定架中固定有多个压力检测传感器,传感器固定架内还设置有检测点作用内圈,所述多个压力检测传感器的传感器探头均与检测点作用内圈接触,检测点作用内圈中设置有销轴;信号检测部分和数据处理部分包括分别与压力检测传感器连接的被测对象和信号放大器,信号放大器依次连接A/D转换器、微处理器、RS232串口通讯和上位机。本发明能够对转动副上大小和方向都随时间变化的作用力实时测量和监控,对转动副的研究提供实验数据,结构简单、加工方便、可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于机电设备系统性能检测与试验技术领域,具体涉及一种测量机构系统运动副反力的测控装置。
背景技术
目前,对于机械产品的性能要求越来越高,而具有转动副的铰链机构,轴套之间的磨损对于铰链机构的影响很大,轴套之间的磨损间隙对机械产品的精度产生重大影响。为了研究销轴之间的这种磨损,加载在轴套上的作用力的测量就显得尤为重要。而现如今对于作用力的方向确定的力的测量技术比较成熟,例如:拉压力传感器、销轴传感器、称重传感器和多维力传感器等。但是它们只能够对作用力方向确定在某一方向上的力测量,而当作用力的方向发生改变时却不能够发挥效应。对于转动副而言,其上作用力的大小和方向随时都在随时间变化,用一般的方法对它测量就会很困难,而且不能够真实的反映作用在轴套上的力,目前尚缺少能够用于测量转动副上变化的作用力的检测装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量机构系统运动副反力的测控装置,能够对转动副上变化的作用力实时测量和监控,对转动副的研究提供实验数据,并对设备的保护起到预测和控制作用。
本发明所采用的技术方案是:一种测量机构系统运动副反力的测控装置,包括机械结构部分、信号检测部分和数据处理部分;
机械结构部分包括整体保持外圈,整体保持外圈内设置有传感器固定架,传感器固定架中固定有多个压力检测传感器,传感器固定架内还设置有检测点作用内圈,多个压力检测传感器的传感器探头均与检测点作用内圈接触,检测点作用内圈中设置有销轴;
信号检测部分和数据处理部分包括分别与压力检测传感器连接的被测对象和信号放大器,信号放大器依次连接A/D转换器、微处理器、RS232串口通讯和上位机。
本发明的特点还在于,
整体保持外圈侧壁连接有作用力杆,作用力杆中设置有作用力杆引导孔;整体保持外圈两端面分别通过十字槽沉头小螺钉a固定有挡板,挡板的中心孔大于检测点作用内圈的内径。
整体保持外圈两端具有两耳,两耳与作用力杆垂直分布,两耳上对称加工出铰制孔,铰制孔中设置有加载螺栓进行定位,加载螺栓通过弹簧垫圈和螺母调节固定,弹簧垫圈在加载螺栓与螺母之间。
传感器固定架为剖分式结构,在传感器固定架的固定架外壁加工出对称的4个传感器固定架平面,4个传感器固定架平面上均匀加工有多个螺钉孔,传感器固定架内对称开有4个传感器安装槽,每个传感器安装槽中安装有2个压力检测传感器,每个压力检测传感器外壳由十字槽沉头小螺钉b穿过螺钉孔与传感器固定架固定,通过加载螺栓对压力检测传感器进行零点的微调节。
传感器固定架的两端面开有固定架端面圆槽,传感器固定架平面上开有固定架端面开口槽。
压力检测传感器包括弹性体,弹性体通过螺钉固定在压力检测传感器外壳上,弹性体与压力检测传感器外壳之间设置有弹性体支撑件,弹性体通过紧固螺母垂直连接传感器探头,弹性体的敏感部位粘贴有采用全桥电路连接方式连接的4个电阻应变片,电阻应变片连接有传感器引线,传感器引线穿过固定架端面圆槽由固定架端面开口槽引出到作用力杆引导孔中。
压力检测传感器共设置8个,8个压力检测传感器的电源电压输入端采用并联方式连接,8个压力检测传感器的传感器探头均与检测点作用内圈接触。
检测点作用内圈为圆筒结构,在检测点作用内圈的内圈外壁上加工有对称分布的4个内圈外壁微平面,内圈外壁微平面与8个压力检测传感器的传感器探头接触。
检测点作用内圈与销轴采用间隙配合安装,内圈内壁为配合面。
压力检测传感器、信号放大器、A/D转换器、微处理器和上位机均与稳压电源连接。
本发明的有益效果是:本发明一种测量机构系统运动副反力的测控装置,能够对转动副上大小和方向都随时间变化的作用力实时测量和监控,尤其是含有转动副的机械系统中运动副反力的检测与试验的分析研究,并且对于轴套之间的磨损性研究起到重要的作用,对转动副的研究提供实验数据,并对设备的保护起到预测和控制作用。其结构简单易行、零件较少、加工方便、可靠性高,对各种运动副上变化作用力的检测都可得到广泛应用,而且运动副上任意一固定方向的作用力可以实时显示。
附图说明
图1是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置的主视图;
图2是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置的侧视图;
图3是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置中传感器固定架的主视图;
图4是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置中传感器固定架的侧视图;
图5是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置中压力检测传感器的主视图;
图6是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置中压力检测传感器的侧视图;
图7是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置中传感器内圈的结构示意图;
图8是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置的信号检测部分和数据处理部分的结构示意图;
图9是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置中压力检测传感器的全桥电路原理图;
图10是本发明测量机构系统运动副反力的测控装置中压力检测传感器的受力分析图。
图中,1.螺母,2.弹簧垫圈,3.加载螺栓,4.整体保持外圈,5.压力检测传感器,6.传感器固定架,7.弹性体,8.紧固螺母,9.传感器探头,10.销轴,11.螺钉,12.检测点作用内圈,13.作用力杆,14.作用力杆引导孔,15.电阻应变片,16.弹性体支撑件,17.传感器引线,18.挡板,19.十字槽沉头小螺钉a,20.十字槽沉头小螺钉b,21.传感器固定架平面,22.螺钉孔,23.传感器安装槽,24.两耳,25.固定架外壁,26.固定架端面圆槽,27.固定架端面开口槽,28.内圈内壁,29.内圈外壁微平面,30.内圈外壁,31.被测对象,32.信号放大器,33.A/D转换器,34.微处理器,35.RS232串口通讯,36.上位机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种测量机构系统运动副反力的测控装置,包括机械结构部分、信号检测部分和数据处理部分;
如图1和图2所示,机械结构部分包括整体保持外圈4,整体保持外圈4内设置有传感器固定架6,传感器固定架6中固定有多个压力检测传感器5,传感器固定架6内还设置有检测点作用内圈12,多个压力检测传感器5的传感器探头9均与检测点作用内圈12接触,检测点作用内圈12中设置有销轴10,检测点作用内圈12与销轴10采用间隙配合安装,内圈内壁28为配合面;
整体保持外圈4侧壁连接有作用力杆13,作用力杆13中设置有作用力杆引导孔14,以便于传感器引线从其中引出,同时增加拉压刚度;整体保持外圈4两端面分别通过十字槽沉头小螺钉a19固定有挡板18,挡板18用来限制传感器固定架6和检测点作用内圈12的轴向运动,为避免与销轴10之间的摩擦,挡板18的中心孔大于检测点作用内圈的内径;整体保持外圈4两端具有两耳24,两耳24与作用力杆13垂直分布,两耳24上对称加工出铰制孔,铰制孔中设置有加载螺栓3进行定位,加载螺栓3通过弹簧垫圈2和螺母1调节固定,弹簧垫圈2在加载螺栓3与螺母1之间;
如图3所示,为了更好的调整测控零点,将传感器固定架6做成剖分式结构,其由对称的四部分组成,在传感器固定架6的固定架外壁25加工出对称的4个传感器固定架平面21,便于螺钉孔22的加工,4个传感器固定架平面21上均匀加工有多个螺钉孔22,传感器固定架6内对称开有4个传感器安装槽23,为了在动态检测过程中保证测控装置的轴孔与销轴轴线有很好的同轴度,及测控装置不会发生偏斜,压力检测传感器5采用双排分布结构,每个传感器安装槽23中安装有2个压力检测传感器5,每个压力检测传感器5外壳由十字槽沉头小螺钉b20穿过螺钉孔22与传感器固定架6固定,通过加载螺栓3对压力检测传感器5进行零点的微调节,如图4所示,传感器固定架6的两端面开有固定架端面圆槽26,传感器固定架平面21上开有固定架端面开口槽27;
如图5和图6所示,压力检测传感器5包括弹性体7,弹性体7通过螺钉11固定在压力检测传感器5外壳上,弹性体7与压力检测传感器5外壳之间设置有弹性体支撑件16,弹性体7通过紧固螺母8垂直连接传感器探头9,弹性体7的敏感部位粘贴有采用全桥电路连接方式连接的4个电阻应变片15,电阻应变片15连接有传感器引线17,为了传感器引线17不发生缠绕,传感器引线17穿过固定架端面圆槽26由固定架端面开口槽27引出到作用力杆引导孔14中;压力检测传感器5共设置8个,8个压力检测传感器5的电源电压输入端采用并联方式连接,只需引出每个压力检测传感器5的两根传感器引线17即可,采用此方式可有效的减少传感器引线17在压力检测传感器5中布线的复杂程度;
如图7所示,检测点作用内圈12为圆筒结构,在检测点作用内圈12的内圈外壁30上加工有对称分布的4个内圈外壁微平面29,8个压力检测传感器5的传感器探头9均与内圈外壁微平面29接触,内圈外壁微平面29限制了检测点作用内圈12与压力检测传感器5之间的相对转动,加工精度较高;
如图8所示,信号检测部分和数据处理部分包括分别与压力检测传感器5连接的被测对象31和信号放大器32,压力检测传感器5通过传感器引线17与信号放大器32连接,信号放大器32依次连接A/D转换器33、微处理器34、RS232串口通讯35和上位机36,压力检测传感器5、信号放大器32、A/D转换器33、微处理器34和上位机36均与稳压电源连接。
其中,信号检测部分是通过作用在检测点作用内圈12上的传感器探头9将压力传递到与之相连接的弹性体7上,弹性体7发生变形,其上粘贴的电阻应变片15的阻值发生变化,同时输出电信号,通过信号放大器32和A/D转换器33输入到微处理器34中进行数据的处理;数据处理部分是通过微处理器34确定任意两个压力传感器5上的数据变化来确定该压力检测传感器在起作用,然后对其数据进行合成,由RS232串口通讯35输入到上位机36中实时的显示数据变化情况。
如图9所示的压力检测传感器5的全桥电路图,在弹性体7上粘贴的四个电阻应变片15分别为对应全桥电路中的R1,R2,R3,R4。其中A,C点为电源电压输入端,B,D点为信号输出端。当弹性体7发生变形时,弹性体7上部的电阻应变片15受拉,其阻值变大;弹性体7下部的电阻应变片15受压,其阻值变小,因此全桥电路中B,D端就会输出电压信号U0,再通过信号放大器32和A/D转化器33输入到微处理器34中进行数据的处理。
使用时,被测对象31(即压力)作用在检测点作用内圈12上,8个压力检测传感器5对压力信号进行采集,将压力信号通过信号放大器32和A/D转换器33输入到微处理器34中通过识别判断进行数据的处理,通过RS232串口通讯35输入到上位机36中实时的显示数据变化情况,并进行记录存储。
如图10所示的传感器受力分析图,其中FX0为该测控装置所测得的作用在运动副上的反力,Fx1为测控装置在x正方向上所受作用合力,Fx2为测控装置在x负方向上所受作用合力,Fy1为测控装置在y正方向上所受作用合力,Fy2为测控装置在y负方向上所受作用合力。根据受力分析,由力的合成原理:①当Fx1和Fy1同时发生变化时,②当Fy1和Fx2同时发生变化时,③当Fx2和Fy2同时发生变化时,④当Fy2和Fx1同时发生变化时,⑤当Fx1、Fx2、Fy1、Fy2中只有其中任意一个有测量数据时,说明作用力的方向处于特殊位置,其FX0=Fx1(或Fx2、Fy1、Fy2),由此可见本发明提供一种测量转动副上作用力的方向和大小变化的测控装置。
本装置中传感器固定架6和整体保持外圈4结构较大,在满足结构设计要求,考虑到足够强度、刚度要求前提下,尽可能采用轻质结构材料,可有效地降低结构本身自重对测量结果的影响,而且响应速度和准确性都会提升。
本发明的有益效果是:能够有效用于含有转动副结构的变化作用力的测量与检测,对于模拟加载试验、磨损性的研究起到了重要的作用,用它测量转动副上变化的作用力以及轴套上某一固定方向的作用力,均可实时而又有效的得到测量结果,而且其结构简单易行、零件较少、加工方便、可靠性高,对各种运动副上变化作用力的检测都可得到广泛应用,而且运动副上任意一固定方向的作用力可以实时显示。
Claims (9)
1.一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,包括机械结构部分、信号检测部分和数据处理部分;
所述机械结构部分包括整体保持外圈(4),所述整体保持外圈(4)内设置有传感器固定架(6),所述传感器固定架(6)中固定有多个压力检测传感器(5),所述传感器固定架(6)内还设置有检测点作用内圈(12),所述多个压力检测传感器(5)的传感器探头(9)均与所述检测点作用内圈(12)接触,所述检测点作用内圈(12)中设置有销轴(10);
所述传感器固定架(6)为剖分式结构,在传感器固定架(6)的固定架外壁(25)加工出对称的4个传感器固定架平面(21),所述4个传感器固定架平面(21)上均匀加工有多个螺钉孔(22),所述传感器固定架(6)内对称开有4个传感器安装槽(23),每个传感器安装槽(23)中安装有2个压力检测传感器(5),每个压力检测传感器(5)外壳由十字槽沉头小螺钉b(20)穿过螺钉孔(22)与传感器固定架(6)固定,通过加载螺栓(3)对压力检测传感器(5)进行零点的微调节;
所述信号检测部分和数据处理部分包括分别与所述压力检测传感器(5)连接的被测对象(31)和信号放大器(32),所述信号放大器(32)依次连接A/D转换器(33)、微处理器(34)、RS232串口通讯(35)和上位机(36)。
2.如权利要求1所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述整体保持外圈(4)侧壁连接有作用力杆(13),所述作用力杆(13)中设置有作用力杆引导孔(14);所述整体保持外圈(4)两端面分别通过十字槽沉头小螺钉a(19)固定有挡板(18),所述挡板(18)的中心孔大于检测点作用内圈(12)的内径。
3.如权利要求1或2所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述整体保持外圈(4)两端具有两耳(24),所述两耳(24)与作用力杆(13)垂直分布,所述两耳(24)上对称加工出铰制孔,铰制孔中设置有加载螺栓(3)进行定位,所述加载螺栓(3)通过弹簧垫圈(2)和螺母(1)调节固定,所述弹簧垫圈(2)在加载螺栓(3)与螺母(1)之间。
4.如权利要求1所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述传感器固定架(6)的两端面开有固定架端面圆槽(26),传感器固定架平面(21)上开有固定架端面开口槽(27)。
5.如权利要求1所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述压力检测传感器(5)包括弹性体(7),所述弹性体(7)通过螺钉(11)固定在压力检测传感器(5)外壳上,所述弹性体(7)与压力检测传感器(5)外壳之间设置有弹性体支撑件(16),所述弹性体(7)通过紧固螺母(8)垂直连接传感器探头(9),所述弹性体(7)的敏感部位粘贴有采用全桥电路连接方式连接的4个电阻应变片(15),所述电阻应变片(15)连接有传感器引线(17),所述传感器引线(17)穿过固定架端面圆槽(26)由固定架端面开口槽(27)引出到作用力杆引导孔(14)中。
6.如权利要求1或5所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述压力检测传感器(5)共设置8个,8个压力检测传感器(5)的电源电压输入端采用并联方式连接,8个压力检测传感器(5)的传感器探头(9)均与检测点作用内圈(12)接触。
7.如权利要求6所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述检测点作用内圈(12)为圆筒结构,在检测点作用内圈(12)的内圈外壁(30)上加工有对称分布的4个内圈外壁微平面(29),所述内圈外壁微平面(29)与8个压力检测传感器(5)的传感器探头(9)接触。
8.如权利要求1所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述检测点作用内圈(12)与销轴(10)采用间隙配合安装,内圈内壁(28)为配合面。
9.如权利要求1所述的一种测量机构系统运动副反力的测控装置,其特征在于,所述压力检测传感器(5)、信号放大器(32)、A/D转换器(33)、微处理器(34)和上位机(36)均与稳压电源连接。
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