CN110987271A - 一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器。包括管状连接件、环形连接件及四个Y型弹性元件。所述四个Y型弹性元件为结构相同的弹性元件，且沿周向间隔90°对称布置。所述Y型弹性元件包括内部固定端，应变梁，Y型连接梁，外部固定端。所述应变梁上固定有应变片。所述管状连接件包括内部连接孔，内部凹槽，及两侧的顶丝孔。所述环形连接件包括与Y型弹性元件连接的外部凹槽及与待测件连接的螺纹孔。本发明的优点在于保证连接刚度的同时，提高局部测量应力的水平，同时也能消除载荷不对中带来的采集误差。

Description

一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器

技术领域

本发明涉及一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，尤其涉及用于测量汽车控制臂或副车架汽车悬架衬套连接处的静态载荷力。

技术背景

汽车悬架系统及副车架各连接点处为减小振动的传递，通常采用汽车悬架衬套连接的方式进行隔振。汽车悬架衬套连接处尺寸小，形状不规则，对该处载荷力的测量变得困难。铰接点载荷力作为汽车零部件设计分析的重要依据，准确地获取载荷数据能保证零件设计的质量。目前，汽车悬架铰接点载荷的获取通常是通过多体动力学软件仿真获得。将测试得到的轮心点六分力作为软件模型的输入，输出铰接点的载荷力。但仿真得到的结果的准确性一般很难验证，往往采用间接的测量方式进行验证。具体做法是在减振器筒上或者稳定杆连杆上贴应变片，测量该处的载荷与模型仿真结果进行对比。汽车悬架衬套连接处不易进行贴片测试，因此无法直接验证模型的准确性。目前，通用的传感器很少有专用于测量汽车悬架衬套连接处载荷力，由于汽车悬架衬套连接处径向尺寸小，载荷大的特点，需特别地制作一种径向结构紧凑，强度高的传感器进行测量。

发明内容

本发明的目的在于解决上述汽车悬架衬套连接处载荷力不易测量的问题，提供一种径向结构紧凑，便于安装测量的三分力传感器。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，包括管状连接件、环形连接件及四个Y型弹性元件；所述管状连接件通过Y型弹性元件固定于环形连接件中心；所述四个Y型弹性元件为结构相同的弹性元件，且沿周向间隔90°对称布置；所述Y型弹性元件包括内部固定端、应变梁、Y型连接梁和外部固定端；所述内部固定端位于Y型弹性元件两分叉部位的顶端，并与管状连接件相连，所述应变梁位于所述内部固定端与所述Y型连接梁之间，所述外部固定端位于所述Y型连接梁的底部，并与环形连接件相连；所述应变梁上固定有应变片，所述管状连接件的中心位置开设有内部连接孔，所述内部连接孔贯穿于管状连接件中心，所述内部凹槽位于管状连接件的上下底面的边缘位置，所述管状连接件的侧面上开设有顶丝孔；所述环形连接件上开设有与Y型弹性元件连接的外部凹槽以及与待测件连接的螺纹孔。

进一步地，所述Y型弹性元件在外部固定端处尺寸较厚，在Y型连接梁处分叉，形成两个分支，每个分支上具有一个应变梁及内部固定端。

进一步地，所述应变梁处横截面的尺寸较内部固定端小，为一长宽相等的正方形。

进一步地，所述应变梁上粘贴有测量三向力的应变片；其沿轴线上下面的应变片用于测量Z向力，侧面用于测量X向或者Y向力。

进一步地，所述管状连接件整体为一八棱柱体，其包括大、小两种侧面，棱柱的大侧面上加工有内部凹槽,小侧面上加工有顶丝孔，其轴对称中心加工出安装施力轴的内孔。

进一步地，所述管状连接件在上下端面的四个长边方向有安装Y型弹性元件内部固定端的凹槽，在短边对应的侧平面上加工出顶丝孔。

进一步地，安装在管状连接件内孔的施力轴通过安装在所述顶丝孔的顶丝紧固在管状连接件上(如图6所示)。

进一步地，所述环形连接件上设置有用于安装Y型弹性元件外部固定端的四个相同的凹槽，及沿环形面均匀分布的四个螺栓孔，螺栓孔与凹槽之间间隔45°。

进一步地，被测件通过所述环形面上的螺纹孔与环形连接件进行紧固连接。

进一步地，所述Y型弹性元件通过两个内部固定端与内部凹槽结合，通过在轴向加厚的外部固定端与外部凹槽结合；所述Y型弹性元件共四个，沿周向对称布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该三分力传感器径向尺寸紧凑，方便在汽车悬架衬套连接处安装；

2、四个Y型弹性元件的连接提高了整体刚度及固有频率，避免发生共振造成的传感器损坏，保证其性能并延长使用寿命；

3、应变梁处局部尺寸小，在保证传感器整体强度的同时，提高了应变梁处的应力水平。

4、四个Y型弹性元件共八个测量桥路，布置在顶端与底部，可消除载荷不对中带来的采集误差，提高测量的精度。

附图说明

图1为本发明三分力传感器的轴测图。

图2为Y型弹性元件的正视图。

图3为管状连接件的剖视图。

图4为本发明三分力传感器与被测件安装的俯视图。

图5为本发明三分力传感器与施力轴安装的正视图。

图6为本发明三分力传感器管状连接件与施力轴安装的剖视图。

图7为传感器应变片的布置形式。

图8为传感器测量桥路的连接方式。

图中各个部件如下：

管状连接件1、Y型弹性元件2、环形连接件3、内部连接孔11、顶丝孔12、内部凹槽13、外部固定端21、Y型连接梁22、内部固定端23、应变梁24、螺纹孔31、外部凹槽32。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解，以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明公开的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，如图1至图3所示，包括管状连接件1、环形连接件3及四个Y型弹性元件2；所述管状连接件1通过Y型弹性元件2固定于环形连接件3中心；所述四个Y型弹性元件2为结构相同的弹性元件，且沿周向间隔90°对称布置；所述Y型弹性元件2包括内部固定端23、应变梁24、Y型连接梁22和外部固定端21；所述内部固定端23位于Y型弹性元件2两分叉部位的顶端，并与管状连接件1相连，所述应变梁24位于所述内部固定端23与所述Y型连接梁22之间，所述外部固定端21位于所述Y型连接梁22的底部，并与环形连接件3相连；所述应变梁24上固定有应变片，所述管状连接件1的中心位置开设有内部连接孔11，所述内部连接孔11贯穿于管状连接件1中心，所述内部凹槽13位于管状连接件1的上下底面的边缘位置，所述管状连接件1的侧面上开设有顶丝孔12；所述环形连接件3上开设有与Y型弹性元件2连接的外部凹槽32以及与待测件连接的螺纹孔31。所述Y型弹性元件2在外部固定端21处尺寸较厚，在Y型连接梁22处分叉，形成两个分支，每个分支上具有一个应变梁24及内部固定端23。所述应变梁24处横截面的尺寸较内部固定端23小，为一长宽相等的正方形。所述应变梁2上粘贴有测量三向力的应变片；其沿轴线上下面的应变片用于测量Z向力，侧面用于测量X向或者Y向力。所述管状连接件1整体为一八棱柱体，其包括大、小两种侧面，棱柱的大侧面上加工有内部凹槽13,小侧面上加工有顶丝孔12，其轴对称中心加工出安装施力轴的内孔11。所述管状连接件1在上下端面的四个长边方向有安装Y型弹性元件内部固定端23的凹槽13，在短边对应的侧平面上加工出顶丝孔12。安装在管状连接件内孔11的施力轴通过安装在所述顶丝孔12的顶丝紧固在管状连接件1上(如图6所示)。所述环形连接件3上设置有用于安装Y型弹性元件2外部固定端21的四个相同的凹槽32，及沿环形面均匀分布的四个螺栓孔31，螺栓孔31与凹槽32之间间隔45°。被测件通过所述环形面上的螺纹孔31与环形连接件3进行紧固连接。所述Y型弹性元件2通过两个内部固定端23与内部凹槽13结合，通过在轴向加厚的外部固定端21与外部凹槽32结合；所述Y型弹性元件2共四个，沿周向对称布置。

本发明装有四个Y型弹性元件2，沿管状连接件1对称分布，间隔为90°，且每个Y型弹性元件2通过两个内部固定端23与管状连接件1固联。该连接形式在提高结构强度的同时，也能消除载荷不对中带来的采集误差。Y型弹性元件2与管状连接件1及环形连接件3的连接方式采用焊接的形式，内部凹槽13与外部凹槽32保证了与固定端焊接时的定位尺寸，该固联方式减小了径向尺寸，使得结构紧凑。

如图4所示，为传感器与被测件的连接方式。所述环形连接件3上有四个螺纹孔31，沿环形面上对称分布。为方便传感器的连接，在被测件上加工出2至4个光孔，打孔位置应不影响被测件的工作性能，两者通过螺栓进行紧固。

如图5与图6所示，为传感器与施力轴的连接方式。所述内部连接孔11与施力轴先进行配合，再通过顶丝孔12进行紧固。顶丝孔12应高于环形连接件3的上端面，预留足够的安装空间，便于顶丝的安装。

如图7所示，所述应变梁24布置应变片的方式。该图仅展示下半部分的贴片方式，上半部贴片方式与下半部相同。应变梁24的四个平面都粘贴型号阻值相同的应变片。其中沿轴向上下平面粘贴的应变片测试z向力，以x轴为法线的平面上的应变片测试x向力，以y轴为法线的平面上的应变片测试y向力。由于某方向受力，导致该方向的平面受弯矩，既一侧承受拉力，另一侧承受压力。进而使得其表面粘附的应变片阻值一侧增加，另一侧减小，由此产生电压信号。

如图8所示，位于同一应变梁平行平面上的应变片位于相邻的电桥臂，且不再同一桥路上。这样能保证x或y侧受力的同时，测量z向力的应变片相邻侧桥臂阻值变化相同，不输出电压信号，降低维间耦合。R2，R4，R10和R12以施力轴中心对称布置，组成全桥电路，完成下半部x向分力Fx_1的测试。R6，R8，R14和R16以施力轴中心对称布置，组成全桥电路，完成下半部y向分力Fy_1的测试。R1、R3、R5、R7、R9、R11、R13和R15以施力轴中心对称布置，其中R1与R5、R3与R7、R9与R13、R11与R15先串联成桥臂，再组成全桥电路，完成下半部z向分力Fz_1的测试。下半部桥路与上半部对应向桥路进行串联，完成三向分力的测量，减小了载荷未作用在中轴线及上下对称面时带来的采集误差。

虽然本发明是结合以上实例进行描述的，但本发明并不限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域的普通技术人员能轻易地对其进行修改和变化，但都落入本申请所附权利要求书所限定的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于，包括管状连接件(1)、环形连接件(3)及四个Y型弹性元件(2)；所述管状连接件(1)通过Y型弹性元件(2)固定于环形连接件(3)中心；所述四个Y型弹性元件(2)为结构相同的弹性元件，且沿周向间隔90°对称布置；所述Y型弹性元件(2)包括内部固定端(23)、应变梁(24)、Y型连接梁(22)和外部固定端(21)；所述内部固定端(23)位于Y型弹性元件(2)两分叉部位的顶端，并与管状连接件(1)相连，所述应变梁(24)位于所述内部固定端(23)与所述Y型连接梁(22)之间，所述外部固定端(21)位于所述Y型连接梁(22)的底部，并与环形连接件(3)相连；所述应变梁(24)上固定有应变片，所述管状连接件(1)的中心位置开设有内部连接孔(11)，所述内部连接孔(11)贯穿于管状连接件(1)中心，所述内部凹槽(13)位于管状连接件(1)的上下底面的边缘位置，所述管状连接件(1)的侧面上开设有顶丝孔(12)；所述环形连接件(3)上开设有与Y型弹性元件(2)连接的外部凹槽(32)以及与待测件连接的螺纹孔(31)。

2.根据权利要求1所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：所述Y型弹性元件(2)在外部固定端(21)处尺寸较厚，在Y型连接梁(22)处分叉，形成两个分支，每个分支上具有一个应变梁(24)及内部固定端(23)。

3.根据权利要求2所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：所述应变梁(24)处横截面的尺寸较内部固定端(23)小，为一长宽相等的正方形。

4.根据权利要求2所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：所述应变梁(2)上粘贴有测量三向力的应变片；其沿轴线上下面的应变片用于测量Z向力，侧面用于测量X向或者Y向力。

5.根据权利要求1所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：所述管状连接件(1)整体为一八棱柱体，其包括大、小两种侧面，棱柱的大侧面上加工有内部凹槽(13),小侧面上加工有顶丝孔(12)，其轴对称中心加工出安装施力轴的内孔(11)。

6.根据权利要求5所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：所述管状连接件(1)在上下端面的四个长边方向有安装Y型弹性元件内部固定端(23)的凹槽(13)，在短边对应的侧平面上加工出顶丝孔(12)。

7.根据权利要求5-6之一所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：安装在管状连接件内孔(11)的施力轴通过安装在所述顶丝孔(12)的顶丝紧固在管状连接件(1)上。

8.根据权利要求1所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：所述环形连接件(3)上设置有用于安装Y型弹性元件(2)外部固定端(21)的四个相同的凹槽(32)，及沿环形面均匀分布的四个螺栓孔(31)，螺栓孔(31)与凹槽(32)之间间隔45°。

9.根据权利要求8所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：被测件通过所述环形面上的螺纹孔(31)与环形连接件(3)进行紧固连接。

10.根据权利要求2-9之一所述的一种测量汽车悬架衬套连接处载荷的三分力传感器，其特征在于：所述Y型弹性元件(2)通过两个内部固定端(23)与内部凹槽(13)结合，通过在轴向加厚的外部固定端(21)与外部凹槽(32)结合；所述Y型弹性元件(2)共四个，沿周向对称布置。

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