CN114485514A - 一种位移传感器的寿命试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种位移传感器的寿命试验台及试验方法，位移传感器的寿命试验台，包括：控制机构、机架以及设置在机架上的驱动机构、传动组件、凸轮组件与试验组件，驱动机构与凸轮组件通过传动组件连接，凸轮组件包括凸轮、凸轮轴与设置在凸轮上的轴承轴，凸轮轴与传动组件挠性连接，试验组件包括支撑件、传感器、信号输出件与活塞杆，支撑件上设置有测试滑道，传感器滑动设置在测试滑道中，传感器通过活塞杆驱动，信号输出件连接在传感器上，用于向控制机构传输电子信号。本公开的技术方案，能够提高试验台的可靠性并降低造价。

Description

一种位移传感器的寿命试验台及试验方法

技术领域

本公开涉及位移传感器领域，尤其涉及一种位移传感器的寿命试验台及试验方法。

背景技术

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，用于将机械位移转换成与电子信号，为了对位移传感器的使用寿命进行测量，人们发明了各种传感器寿命试验台，例如，采用对心曲柄滑块机构(类似牛头刨原理)和涡轮蜗杆形式。

但是，采用对心曲柄滑块机构制成的传感器寿命试验台，往往在动杆和静杆的同轴度上无法保持长时间精度，导致寿命试验台在长时间连续工况下的可靠性不高；采用涡轮蜗杆形式的传感器寿命试验台，同轴度上没有问题，但是一旦涉及高频次往复直线运动，需要采用高速齿轮，造价成本太高。

发明内容

本公开提供了一种位移传感器的寿命试验台及试验方法，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种位移传感器的寿命试验台，包括：控制机构、机架以及设置在所述机架上的驱动机构、传动组件、凸轮组件与试验组件，所述驱动机构与所述凸轮组件通过所述传动组件连接，所述凸轮组件包括凸轮、凸轮轴与设置在凸轮上的轴承轴，所述轴承轴平行于所述凸轮轴，所述凸轮轴与所述传动组件挠性连接，所述试验组件包括支撑件、传感器、信号输出件与活塞杆，所述支撑件上设置有测试滑道，所述传感器滑动设置在所述测试滑道中，所述传感器在所述测试滑道中具有第一连接端与第二连接端，所述活塞杆的一端转动连接所述第一连接端，所述活塞杆的另一端转动连接所述轴承轴，所述信号输出件连接在所述第二连接端，在所述传感器在所述测试滑道中的位移过程中，能够通过所述信号输出件向所述控制机构传输电子信号。

在一可实施方式中，所述传动组件包括连接轴，所述连接轴具有第一端和第二端，所述第一端通过联轴器与所述驱动机构的输出轴连接。

在一可实施方式中，所述联轴器设置为柔性联轴器。

在一可实施方式中，所述连接轴的第二端的周壁上设置有梅花键，所述凸轮轴沿轴线方向开设有梅花孔，所述第二端插设在所述梅花孔内且使所述梅花键与所述梅花孔适配连接。

在一可实施方式中，所述第二端沿所述连接轴轴线方向开设有弹簧安装孔，在所述弹簧安装孔内设置有挠性弹簧，在所述第二端未与所述凸轮轴连接时，所述挠性弹簧呈现为初始状态，在所述初始状态的情况下，所述挠性弹簧的一端抵紧所述弹簧安装孔的底壁，另一端能够从所述弹簧安装孔伸出；在所述第二端与所述凸轮轴连接后，所述挠性弹簧被压缩。

在一可实施方式中，在所述连接轴上还设置有轴肩盖板，所述轴肩盖板抵紧于所述梅花键远离所述第二端的一侧。

在一可实施方式中，所述轴肩盖板上开设有多个螺纹通孔，所述凸轮轴的端部开设有多个螺纹盲孔，所述螺纹通孔与所述螺纹盲孔的位置一一对应，在所述连接轴的第二端与凸轮轴适配连接后，通过长螺钉连接所述轴肩盖板与凸轮轴。

在一可实施方式中，包括安装底板，所述安装底板上均匀开设有多个安装底孔，所述机架与所述安装底孔通过螺钉连接。

在一可实施方式中，所述凸轮组件包括两个凸轮以及两个凸轮轴，两个所述凸轮轴共轴线，两个所述凸轮沿凸轮轴线方向的投影面相互重合，所述轴承轴的两端分别连接在不同的凸轮上。

根据本公开的第二方面，提供了一种试验方法，运用于上述的位移传感器的寿命试验台，包括如下步骤：

根据传感器的型号，调整支撑件的高度以及支撑件与凸轮组件之间的距离；

启动驱动机构，测试出传感器在测试滑道中的极限往返次数；

关闭驱动机构，再次调整支撑件的高度以及支撑件与凸轮组件之间的距离；

再次启动驱动机构，获得此时传感器在测试滑道中的极限往返次数；

可重复上述试验步骤，获得传感器的使用寿命。

本公开的位移传感器的寿命试验台，可以调节试验次数，在整个试验台中驱动机构与传动组件以及传动组件与凸轮组件之间均采用柔性连接的方式，运行可靠性得到提高，能够提高整个试验台的安全使用寿命；并且不需要使用高速齿轮，降低了造价成本。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1是本公开一个实施例的位移传感器的寿命试验台的结构示意图；

图2是本公开一个实施例的试验组件的剖视图；

图3是本公开一个实施例中凸轮轴与连接轴之间连接结构的拆解结构示意图；

图4是本公开一个实施例的试验方法的流程示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、机架；11、电机支架；2、驱动机构；3、传动组件；31、连接轴；32、梅花键；33、挠性弹簧；34、轴肩盖板；341、螺纹通孔；4、凸轮组件；41、凸轮；42、凸轮轴；421、梅花孔；422、螺纹盲孔；43、轴承轴；5、试验组件；51、支撑件；511、测试滑道；52、传感器；53、信号输出件；54、活塞杆；6、联轴器；7、安装底板；71、安装底孔。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

位移传感器是将被测位移量转换为内部线圈的互感变化，通过切割磁感线的动作，将不可视化的位移等参数转换成可视化的电子信号，再经过信号处理器处理，形成直观的数字形式。

本实施例提供一种位移传感器的寿命试验台，该试验台的设计是为了对新型号的位移传感器的寿命特征、失效规律、失效率、平均寿命以及在寿命试验中可能出现的各种失效模式进行研究。失效试验可以有助于快速清晰地弄清楚失效机理，在失效分析的基础上，提高产品设计的可靠性，改进新产品的质量。

参照图1和图2，该试验台包括控制机构、机架1以及设置在机架1上的驱动机构2、传动组件3、凸轮组件4与试验组件5，驱动机构2与凸轮组件4通过传动组件3连接，凸轮组件4包括凸轮41、凸轮轴42与设置在凸轮41上的轴承轴43，轴承轴43平行于凸轮轴42，凸轮轴42与传动组件3挠性连接，试验组件5包括支撑件51、传感器52、信号输出件53与活塞杆54，支撑件51上设置有测试滑道511，测试滑道511类似为活塞筒的结构，传感器52滑动设置在测试滑道511中，形成活塞式设计，能够保证传感器52在测试滑道511中运动时的同轴度，可靠性更好。传感器52在测试滑道511中具有第一连接端与第二连接端，活塞杆54的一端转动连接第一连接端，活塞杆54的另一端通过轴承转动连接于轴承轴43，活塞杆54利用轴承轴43上传递来的力矩，带动传感器52在测试滑道511中作来回往复运动，信号输出件53连接在第二连接端，在传感器52在测试滑道511中的位移过程中，能够通过信号输出件53向控制机构传输电子信号。

在本公开的实施例中，驱动机构2设置为伺服电机，伺服电机使用电机支架11支撑，伺服电机相比于步进电机和异步电机运行更加平稳，适合于高精度场合；且高速性能好，一般额定转速能达到2-3kr/min，适用于有高速响应要求的场合。除此之外，侗服电机还有使用寿命长、抗过载能力强、发热少及噪音小等特点。伺服电机与一般电机相比，启动转矩大，运行范围广，还无自转现象产生。对点动、正/反转适用度高，非常适合本实施例中位移传感器寿命试验的要求。伺服电机配合伺服控制系统，可以使物体的位置、方向及状态等输出被控量跟随输入目标(或给定值)的任意变化而变化。

在本公开的实施例中，试验台包括安装底板7，安装底板7上均匀开设有多个安装底孔71，机架1与安装底孔71通过螺钉连接。用于支撑伺服电机的电机支架11是机架1的一个组成部分，电机支架11与安装底板7采用螺钉连接，可拆卸，灵活方便。在一个优选方案中，安装底板7上安装底孔71为M6mm螺纹孔，且安装底孔71间的间距设置为20mm，电机支架11的底部开设有φ8mm的孔，孔间距为20mm，有利于电机支架11的快速安装。

在本公开的实施例中，传动组件3包括连接轴31，连接轴31具有第一端和第二端，第一端通过联轴器6与驱动机构2的输出轴连接。将联轴器6设置为柔性联轴器，比起刚性凸缘联轴器，柔性联轴器具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，降低冲击尖峰载荷，缓冲减振，同时兼具过载安全保护功能。

参照图1和图3，在本公开的实施例中，连接轴31的第二端的周壁上均匀设置有8个梅花键32，凸轮轴42沿轴线方向开设有能够与梅花键32适配连接的梅花孔421，第二端插设在梅花孔421内且使梅花键32与梅花孔421适配连接，以达到平衡传力载荷的效果，且具有零回转间隙，高扭转刚性传递，比较适合高速转动要求的场合。第二端沿连接轴31轴线方向开设有弹簧安装孔，在弹簧安装孔内设置有挠性弹簧33，在第二端未与凸轮轴42连接时，挠性弹簧33呈现为初始状态，在初始状态的情况下，挠性弹簧33的一端抵紧弹簧安装孔的底壁，另一端能够从弹簧安装孔伸出；在第二端与凸轮轴42连接后，挠性弹簧33被压缩。挠性弹簧33的设置可以吸收振动，补偿径向、角向和轴向偏差，保证整体同轴度。这种挠性连接设计，具有高扭矩刚性、高灵敏度、零回转间隙及迟滞小等特点，可进行高精度传动，且相比于正/反转、点动等具有优异的耐久性。

在本公开的实施例中，在连接轴31上还设置有轴肩盖板34，轴肩盖板34抵紧于梅花键32远离第二端的一侧。轴肩盖板34上开设有多个螺纹通孔341，凸轮轴42的端部开设有多个螺纹盲孔422，螺纹通孔341与螺纹盲孔422的位置一一对应，在连接轴31的第二端与凸轮轴42适配连接后，通过长螺钉连接轴31肩盖板与凸轮轴42。通过轴肩盖板34，能够在梅花键32与梅花孔421连接后，将梅花键32压紧于梅花孔421内，使得连接更加牢固，以避免在高速转动过程中，连接轴31与凸轮轴42脱离，发生安全事故。

在本公开的实施例中，凸轮41的大小决定了试验过程中传感器52在测试滑道511中来回往复运动的最大位移量，将凸轮41设置为可更换件，以适应不同位移参数传感器52的寿命试验。

在本公开的实施例中，凸轮组件4包括两个凸轮41以及两个凸轮轴42，两个凸轮轴42共轴线，两个凸轮41沿凸轮轴42线方向的投影面相互重合，轴承轴43的两端分别连接在不同的凸轮41上。两个凸轮轴42通过机架1支撑，以适应高转速的转动环境。

在本公开的实施例中，控制机构以单片机可编程控制器为核心，并以触摸屏为人机交互界面，可设置传感器52试验时的来回往返次数和时间，并将数据储存在读卡器里，用于直接拷贝，并可打印成相应的报告。控制机构通过上述的单片机可编程控制器控制伺服电机的输出功率，进而实现试验台可以调节试验次数的目的，也正因为出于可以调节试验次数的需求，本实施例选用了更为稳定可靠的伺服电机，并在整个试验台中设计了两处柔性连接机构，以提高整个试验台的安全使用寿命。

参照图4，在本公开的实施例中，还提供一种试验方法，运用于上述的位移传感器的寿命试验台，包括如下步骤：

S1.根据传感器的型号，调整支撑件的高度以及支撑件与凸轮组件之间的距离；

S2.启动驱动机构，测试出传感器在测试滑道中的极限往返次数；

S3.关闭驱动机构，再次调整支撑件的高度以及支撑件与凸轮组件之间的距离；

S4.再次启动驱动机构，获得此时传感器在测试滑道中的极限往返次数；

S5.重复上述试验步骤，获得传感器的使用寿命。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种位移传感器的寿命试验台，其特征在于，包括：控制机构、机架(1)以及设置在所述机架(1)上的驱动机构(2)、传动组件(3)、凸轮组件(4)与试验组件(5)，所述驱动机构(2)与所述凸轮组件(4)通过所述传动组件(3)连接，

所述凸轮组件(4)包括凸轮(41)、凸轮轴(42)与设置在凸轮(41)上的轴承轴(43)，所述轴承轴(43)平行于所述凸轮轴(42)，所述凸轮轴(42)与所述传动组件(3)挠性连接，

所述试验组件(5)包括支撑件(51)、传感器(52)、信号输出件(53)与活塞杆(54)，所述支撑件(51)上设置有测试滑道(511)，所述传感器(52)滑动设置在所述测试滑道(511)中，所述传感器(52)在所述测试滑道(511)中具有第一连接端与第二连接端，所述活塞杆(54)的一端转动连接所述第一连接端，所述活塞杆(54)的另一端转动连接所述轴承轴(43)，所述信号输出件(53)连接在所述第二连接端，在所述传感器(52)在所述测试滑道(511)中的位移过程中，能够通过所述信号输出件(53)向所述控制机构传输电子信号。

2.根据权利要求1所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，所述传动组件(3)包括连接轴(31)，所述连接轴(31)具有第一端和第二端，所述第一端通过联轴器(6)与所述驱动机构(2)的输出轴连接。

3.根据权利要求2所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，所述联轴器(6)设置为柔性联轴器。

4.根据权利要求2所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，所述连接轴(31)的第二端的周壁上设置有梅花键(32)，所述凸轮轴(42)沿轴线方向开设有梅花孔(421)，所述第二端插设在所述梅花孔(421)内且使所述梅花键(32)与所述梅花孔(421)适配连接。

5.根据权利要求4所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，所述第二端沿所述连接轴(31)轴线方向开设有弹簧安装孔，在所述弹簧安装孔内设置有挠性弹簧(33)，在所述第二端未与所述凸轮轴(42)连接时，所述挠性弹簧(33)呈现为初始状态，在所述初始状态的情况下，所述挠性弹簧(33)的一端抵紧所述弹簧安装孔的底壁，另一端能够从所述弹簧安装孔伸出；在所述第二端与所述凸轮轴(42)连接后，所述挠性弹簧(33)被压缩。

6.根据权利要求4所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，在所述连接轴(31)上还设置有轴肩盖板(34)，所述轴肩盖板(34)抵紧于所述梅花键(32)远离所述第二端的一侧。

7.根据权利要求6所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，所述轴肩盖板(34)上开设有多个螺纹通孔(341)，所述凸轮轴(42)的端部开设有多个螺纹盲孔(422)，所述螺纹通孔(341)与所述螺纹盲孔(422)的位置一一对应，在所述连接轴(31)的第二端与凸轮轴(42)适配连接后，通过长螺钉连接所述轴肩盖板(34)与凸轮轴(42)。

8.根据权利要求1所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，包括安装底板(7)，所述安装底板(7)上均匀开设有多个安装底孔(71)，所述机架(1)与所述安装底孔(71)通过螺钉连接。

9.根据权利要求1所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，所述凸轮组件(4)包括两个凸轮(41)以及两个凸轮轴(42)，两个所述凸轮轴(42)共轴线，两个所述凸轮(41)沿凸轮轴(42)线方向的投影面相互重合，所述轴承轴(43)的两端分别连接在不同的凸轮(41)上。

10.一种试验方法，运用于权利要求1-9中任意一条所述的位移传感器的寿命试验台，其特征在于，包括如下步骤：

根据传感器(52)的型号，调整支撑件(51)的高度以及支撑件(51)与凸轮组件(4)之间的距离；

启动驱动机构(2)，测试出传感器(52)在测试滑道(511)中的极限往返次数；

关闭驱动机构(2)，再次调整支撑件(51)的高度以及支撑件(51)与凸轮组件(4)之间的距离；

再次启动驱动机构(2)，获得此时传感器(52)在测试滑道(511)中的极限往返次数；

可重复上述试验步骤，获得传感器(52)的使用寿命。

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