CN105698981B - 一种测量转动副反力的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量转动副反力的传感器，包括传感器外圈，传感器外圈内壁等间距间隔设置有两个以上拱形支撑结构，每个拱形支撑结构包括位于拱形支撑结构拱顶处的弹性体，弹性体上设置有两个以上电阻应变片，弹性体依次与压力传递块和传感器内圈连接，传感器内圈内设置有内套筒。一种测量转动副反力的传感器设置有压力传递块，压力传递块作用在弹性体中央位置处，引起了弹性体的变形，弹性体的敏感部位粘贴有多个电阻应变片，应变片阻值发生变化输出电压信号，便可以检测出该方向的压力。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，涉及一种测量转动副反力的传感器。
背景技术
任何机械产品机构之间的运动，都会受到不同程度的阻力或摩擦力的作用，所以机构之间必然存在磨损。而想要得到性能要求越来越高，可靠度更好机械产品，就要使运动副之间的磨损尽可能降低。研究运动副之间的磨损，加载在轴套上作用力的测量就显得尤为重要。对于铰链运动副而言，轴套上作用反力对于机构磨损具有重要的影响，要想深层次的分析磨损，就需要准确的测量出运动副之间的作用力，所以如何实时有效的测量运动副之间的作用力成为对于机构磨损分析的关键因素。
在现有的传感器中，对于运动副之间作用力方向确定的力的测量技术比较成熟。例如：微型压力传感器，当沿着一定方向受到机械压力作用时，传感器内部发生变形，测量系统检测出电压信号，当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态。对于拉压力传感器来说，它受到的是某一方向拉力作用；销轴传感器受到的是某一方向销轴之间剪切力作用；以及多维力传感器受到的是确定方向上多维力的作用，总之它们所能够测量力的方向都是单一确定的。而当作用力的方向发生改变时，它们却都不能够准确的进行测量。对于转动副而言，其上作用力的大小和方向随时都在发生变化，用以上和现有的一般传感器很难对它进行测量，转动副上的作用力不能够真实的反映出来，目前尚缺少能够用于测量转动副上变化的作用力的传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量转动副反力的传感器，该传感器能够对转动副上变化的作用力进行测量。
本发明所采用的技术方案是，一种测量转动副反力的传感器，包括传感器外圈，传感器外圈内壁等间距间隔设置有两个以上拱形支撑结构，每个拱形支撑结构包括位于拱形支撑结构拱顶处的弹性体，弹性体上设置有两个以上电阻应变片，弹性体依次与压力传递块和传感器内圈连接，传感器内圈内设置有内套筒。
本发明的特点还在于，
每个拱形支撑结构还包括支撑体，支撑体和弹性体组成一个拱形，支撑体、弹性体和传感器外圈内壁围成形变腔。
传感器外圈的两端均通过十字槽沉头小螺钉连接端盖。
传感器外圈和传感器内圈均为圆形，支撑体和压力传递块在传感器内圈对称分布，端盖为环形，端盖的内径大于传感器内圈的内径2-3mm。
传感器内圈上设置有两个以上切割槽，切割槽位于支撑体、弹性体压力传递块和传感器内圈形成的空腔内。
压力传递块相对的两个面上分别设置有数据线导引槽。
传感器外圈的侧壁设置有数据线导引孔，数据线导引孔外侧设置有空心圆头小螺母。
电阻应变片上连接有数据线。
数据线依次穿过数据线导引槽、数据线导引孔和空心圆头小螺母。
每个弹性体上设置有四个电阻应变片，四个电阻应变片两两相对。
本发明的有益效果是：通过设置压力传递块，压力传递块作用在弹性体中央位置处，引起了弹性体的变形，弹性体的敏感部位粘贴有多个电阻应变片，应变片阻值发生变化输出电压信号，便可以检测出该方向的压力。本发明能够用于含有转动副结构的机械系统中作用力的大小和方向都随时间变化的作用力进行准确测量，对于模拟加载试验、磨损性的研究具有重要的作用。通过对转动副中运动副反力的检测，对于轴套之间的磨损性研究提供可靠的实验数据，可通过预测和控制对设备起到保护作用。其结构简单易行、加工方便、测量准确度高、有很好的可靠性，对各种转动副上变化作用力的检测都可得到广泛应用。
附图说明
图1是本发明一种测量转动副反力的传感器的结构示意图；
图2是本发明一种测量转动副反力的传感器的左视图；
图3是图1中A处的放大视图；
图4是图1中B处的放大视图；
图5是图1中C-C剖视图；
图6是本发明一种测量转动副反力的传感器在运动铰链处的使用状态示意图；
图7是本发明一种测量转动副反力的传感器在定轴转动副处的使用状态示意图；
图8是图7的左视图。
图中，1.传感器外圈，2.形变腔，3.支撑体，4.弹性体，5.电阻应变片，6.压力传递块，7.传感器内圈，8.内套筒，9.数据线导引槽，10.螺钉孔，11.数据线，12.空心圆头小螺母，13.切割槽，14.端盖，15.数据线导引孔，16.十字槽沉头小螺钉，17.传感器安装座，18.垫片，19.圆螺母，20.销轴，21.连杆头，22.螺母，23.弹簧垫圈，24.紧固螺栓，25.连杆A，26.连杆B。
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。
本发明提供了一种测量转动副反力的传感器，如图1-5所示，包括传感器外圈1，传感器外圈1内壁等间距间隔设置有两个以上拱形支撑结构，每个拱形支撑结构包括位于拱形支撑结构拱顶处的弹性体4，弹性体4上设置有两个以上电阻应变片5，弹性体4依次与压力传递块6和传感器内圈7连接，传感器内圈7内设置有内套筒8；
每个拱形支撑结构还包括支撑体3，支撑体3和弹性体4组成一个拱形，支撑体3、弹性体4和传感器外圈1内壁围成形变腔2；
电阻应变片5上连接有数据线11；
支撑体3和弹性体4组成一个拱形，支撑体3与弹性体4组成的圆弧型拱形结构与半圆形结构相比，跨度增长拱顶降低，这样可以有效地减小传感器的径向尺寸，同时具有承载强、稳定性好的特点；
支撑体3、弹性体4、压力传递块6和传感器内圈7形成的空腔大大的减轻传感器的重量，而且增加了力传递的效率，提高传感器的灵敏度；
传感器外圈1和传感器内圈7均为圆形，支撑体3和压力传递块6在传感器内圈7对称分布，端盖14为环形，为了不影响测量，端盖14的内径大于传感器内圈7的内径2-3mm；为了防止外部环境的影响，传感器外圈1上设置有螺钉孔10，螺钉孔10上设置有十字槽沉头小螺钉16，传感器外圈1的两端均通过十字槽沉头小螺钉16连接端盖14；为了应用环境的广泛，在传感器外圈1的两端开出密封槽，安装密封圈；
传感器外圈1、支撑体3、弹性体4、压力传递块6和传感器内圈7采用合金钢材质线切割成整体式结构，降低制造安装难度；同时合金刚材质既有刚度保证及形变恢复，又有良好的耐防腐性能；传感器内圈7成剖分式结构，用线切割的方式将传感器内圈7切成两个以上切割槽13，切割槽13位于支撑体3、弹性体4、压力传递块6和传感器内圈7形成的空腔内，以免反向作用力对测量产生影响；
传感器外圈1的侧壁设置有数据线导引孔15，数据线导引孔15外侧设置有空心圆头小螺母12；
数据线11依次穿过数据线导引槽9、数据线导引孔15和空心圆头小螺母12，空心圆头小螺母12可以有效的防止数据线11被拉出损坏影响测量；
如图3所示，每个弹性体4上设置有四个电阻应变片5，四个电阻应变片5两两相对，在弹性体4上切割有两处相对的圆形凹槽，此处变形量最大，对作用力最为敏感，为弹性体4的敏感部位，四个电阻应变片5贴于弹性体4上切割的圆形凹槽上；
支撑体3增加径向支撑力，在弹性体4的敏感部位粘贴采用全桥电路连接方式连接的4个电阻应变片5，用来检测该方向压力引起的弹性体4的形变；
如图6所示，连杆A25上安装有销轴20，连杆A25与连杆B26通过销轴20铰接，连杆B26与销轴20相对转动，而且轴心位置不固定，所以数据线11可沿连杆B26内部引出，避免数据线11缠绕；用螺母22、弹簧垫圈23和紧固螺栓24将本发明安装在连杆头内部，也可起到预紧的作用；
如图7所示，在安装过程中，内套筒8的轴心与传感器安装座17孔轴线应当保持同轴，如果发生偏斜会影响测量的准确性；
如图8所示，销轴20上加工出阶梯型结构，可防止本发明在轴线方向发生移动，用垫片18和圆螺母19防止了本发明从另一侧滑落；
本发明一种测量转动副反力的传感器的工作原理是：被测对象(即压力)作用在内套筒8上，内套筒8通过与传感器内圈7相互作用，将压力传递到压力传递块6上，压力传递块6作用在弹性体4中央位置处，引起了弹性体4的变形，弹性体4的敏感部位粘贴有多个电阻应变片5，应变片阻值发生变化输出电压信号，便可以检测出该方向的压力。
本发明的一种测量转动副反力的传感器设置有压力传递块6，压力传递块6作用在弹性体4中央位置处，引起了弹性体4的变形，弹性体4的敏感部位粘贴有多个电阻应变片5，应变片阻值发生变化输出电压信号，便可以检测出该方向的压力。本发明能够用于含有转动副结构的机械系统中作用力的大小和方向都随时间变化的作用力进行准确测量，对于模拟加载试验、磨损性的研究具有重要的作用。通过对转动副中运动副反力的检测，对于轴套之间的磨损性研究提供可靠的实验数据，可通过预测和控制对设备起到保护作用。其结构简单易行、加工方便、测量准确度高、有很好的可靠性，对各种转动副上变化作用力的检测都可得到广泛应用。
Claims (4)
1.一种测量转动副反力的传感器，其特征在于：包括传感器外圈(1)，传感器外圈(1)内壁等间距间隔设置有两个以上拱形支撑结构，每个拱形支撑结构包括位于拱形支撑结构拱顶处的弹性体(4)，弹性体(4)上设置有两个以上电阻应变片(5)，弹性体(4)依次与压力传递块(6)和传感器内圈(7)连接，传感器内圈(7)内设置有内套筒(8)，所述每个拱形支撑结构还包括支撑体(3)，支撑体(3)和弹性体(4)组成一个拱形，支撑体(3)、弹性体(4)和传感器外圈(1)内壁围成形变腔(2)，所述传感器内圈(7)上设置有两个以上切割槽(13)，切割槽(13)位于支撑体(3)、弹性体(4)、压力传递块(6)和传感器内圈(7)形成的空腔内。
2.根据权利要求1所述的一种测量转动副反力的传感器，其特征在于：所述传感器外圈(1)的两端均通过十字槽沉头小螺钉(16)连接端盖(14)，所述传感器外圈(1)和传感器内圈(7)均为圆形，支撑体(3)和压力传递块(6)在传感器内圈(7)对称分布，端盖(14)为环形，端盖(14)的内径大于传感器内圈(7)的内径2-3mm。
3.根据权利要求1所述的一种测量转动副反力的传感器，其特征在于：所述压力传递块(6)相对的两个面上分别设置有数据线导引槽(9)，所述传感器外圈(1)的侧壁设置有数据线导引孔(15)，数据线导引孔(15)外侧设置有空心圆头小螺母(12)，所述电阻应变片(5)上连接有数据线(11)，所述数据线(11)依次穿过数据线导引槽(9)、数据线导引孔(15)和空心圆头小螺母(12)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种测量转动副反力的传感器，其特征在于：所述每个弹性体(4)上设置有四个电阻应变片(5)，四个电阻应变片(5)两两相对。
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