CN219178787U - 一种大量程的三维力传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种大量程的三维力传感器，其包括弹性体，所述弹性体包括依次排布的上受力块、下受力块和应变梁，所述应变梁一端连接于所述上受力块，所述应变梁另一端连接于所述下受力块；所述上受力块的轴线和所述下受力块的轴线共线，所述应变梁的数量至少为二，所述应变梁沿所述上受力块的轴线周向均匀分布。本申请具有增大三维力传感器的测量范围的效果。

Description

一种大量程的三维力传感器

技术领域

本申请涉及传感器的领域，尤其是涉及一种大量程的三维力传感器。

背景技术

目前，三维力传感器作为测量力的元器件，三维力传感器被广泛地应用在各个机械领域中。

相关技术中，三维力传感器包括弹性体和外套筒，弹性体呈圆柱体结构，弹性体上设有应变梁，应变梁上贴有用于感应力的应变片，外套筒贴紧弹性体外侧壁设置，外套筒用于保护弹性体上的应变片。弹性体的两端面均连接于待测设备，当弹性体两端面受力情况不同时，弹性体发生形变，弹性体上的应变片将力的信号转换为电信号输出，从而三维力传感器能够起到对待测设备测量的功能。

针对上述中的相关技术，应变梁的最大形变量有限，因此三维力传感器的最大量程有限。

实用新型内容

为了增大三维力传感器的测量范围，本申请提供一种大量程的三维力传感器。

本申请提供的一种大量程的三维力传感器采用如下的技术方案：

一种大量程的三维力传感器，包括弹性体，所述弹性体包括依次排布的上受力块、下受力块和应变梁，所述应变梁一端连接于所述上受力块，所述应变梁另一端连接于所述下受力块；所述上受力块的轴线和所述下受力块的轴线共线，所述应变梁的数量至少为二，所述应变梁沿所述上受力块的轴线周向均匀分布。

通过采用上述技术方案，为了保证三维力传感器良好的测量灵敏性，单个应变梁的最大弹性系数不能超过一定值，因此单个应变梁能够测量的最大力有限；上受力块与下受力块之间设置有多个应变梁，且全部应变梁沿上受力块轴线周向均匀分布，因此全部应变梁能够同时承受的力更大，因此本方案能够增大三维力传感器的测量范围。同时，根据各个应变梁的形变情况还能够判断出本方案中，上受力块与下受力块之间各个区域的受力情况。

优选的，还包括内套筒件和外套筒件，所述上受力块和所述下受力块均为圆环形柱状体，所述内套筒件与所述上受力块内壁贴合，所述内套筒件与所述下受力块内壁贴合，所述外套筒件与所述上受力块的外侧壁贴合，所述外套筒件与所述下受力块的外侧壁贴合。

通过采用上述技术方案，上受力块、下受力块、内套筒件和外套筒件将应变梁包围，因此内套筒件和外套筒件能够对应变梁上的应变片起到保护作用。同时，内套筒件和外套筒件还能够对弹性体起到限位作用，减少了测量过程中弹性体发生轴向弯曲形变的可能性，提高了本方案的测量精度。

优选的，所述上受力块远离所述下受力块一端面上设置有卡接环，所述卡接环贴紧所述下受力块的内侧壁设置，所述内套筒件外壁凸出设有适配于所述卡接环的卡接件。

通过采用上述技术方案，在卡接环与卡接件的作用下，内套筒件与上受力块之间可拆卸连接，本方案中的内套筒件拆装更加便捷。

优选的，还包括底盖板，所述底盖板可拆卸连接于所述下受力块远离所述上受力块的端面。

通过采用上述技术方案，底盖板能够对下受力块起保护作用，同时底盖板还能避免灰尘沿下受力块与内套筒件之间的间隙端面进入中心体内，降低了灰尘与应变片接触的可能性。

优选的，所述弹性体还包括连接块，所述连接块与所述下受力块同轴设置，所述连接块呈圆环形柱状体，所述连接块的内侧壁与所述下受力块的外侧壁连接，所述连接块靠近所述上受力块的端面用于与待测设备连接。

通过采用上述技术方案，连接块与一个待测设备一端连接，上受力块与待测设备另一端连接，且由于连接块外径大于上受力块的外径，因此本方案在传递力的过程中能够带动应变梁发生不平行于上受力块轴向的拉伸，使得单个应变梁具有更大的形变，且全部应变梁的受力角度各不相同，从而使得本方案的测量范围，同时提高了本方案的测量精度。同时由于连接块靠近上受力块的端面用于与待测设备连接，因此本方案传递拉力的过程中，待测设备能够与连接块靠近上受力块的端面相抵，从而提高了力的传递效果，提高了测量精度。

优选的，所述弹性体还包括多个连接条，所述连接条一端连接于所述连接块的内侧壁，所述连接条另一端连接于所述下受力块的外侧壁，所述连接条沿所述下受力块的轴线周向均匀分布，相邻两个所述连接条之间具有间隙。

通过采用上述技术方案，在连接条的作用下，连接块与下受力块之间的力的传递更加集中，因此本方案能够进一步提高测量精度。

优选的，所述连接条上设置有过渡弧，所述过渡弧设置于所述连接条与所述下受力块的连接处。

通过采用上述技术方案，在过渡弧的作用下，连接块与连接条之间的接触更加充分，且当连接块与连接条之间传递力的过程中，连接条于过渡弧处能够产生更大的弹性形变，从而提高力的传递效率。

优选的，所述下受力块远离上受力块一端凸出形成连接柱，所述连接柱与所述下受力块同轴设置，所述连接柱外径小于所述下受力块外径，所述连接块的内侧壁与所述连接柱的外侧壁向连接。

通过采用上述技术方案，连接柱与连接块同层排布，连接柱与下受力块分层排布，因此在连接柱的作用下，连接块与下受力块分层排布，又由于连接柱外径小于下受力块外径，因此在力的传递过程中连接柱更加易于发生弹性形变，因此本方案具有更佳的力传递效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.为了保证三维力传感器良好的测量灵敏性，单个应变梁的最大弹性系数不能超过一定值，因此单个应变梁能够测量的最大力有限；上受力块与下受力块之间设置有多个应变梁，且全部应变梁沿上受力块轴线周向均匀分布，因此全部应变梁能够同时承受的力更大，因此本方案能够增大三维力传感器的测量范围。同时，根据各个应变梁的形变情况还能够判断出本方案中，上受力块与下受力块之间各个区域的受力情况；

2.上受力块、下受力块、内套筒件和外套筒件将应变梁包围，因此内套筒件和外套筒件能够对应变梁上的应变片起到保护作用。同时，内套筒和外套筒还能够对弹性体起到限位作用，减少了测量过程中弹性体发生轴向弯曲形变的可能性，提高了本方案的测量精度；

3.连接块与一个待测设备一端连接，上受力块与待测设备另一端连接，且由于连接块外径大于上受力块的外径，因此本方案在传递力的过程中能够带动应变梁发生不平行于上受力块轴向的拉伸，使得单个应变梁具有更大的形变，且全部应变梁的受力角度各不相同，从而使得本方案的测量范围，同时提高了本方案的测量精度。同时由于连接块靠近上受力块的端面用于与待测设备连接，因此本方案传递拉力的过程中，待测设备能够与连接块靠近上受力块的端面相抵，从而提高了力的传递效果，提高了测量精度。

附图说明

图1是一种大量程的三维力传感器的爆炸图。

图2是一种大量程的三维力传感器的轴侧示图。

图3是弹性体的结构视图。

附图标记说明：1、弹性体；11、应变梁；12、上受力块；121、卡接环；13、下受力块；131、连接柱；14、连接块；15、连接条；151、过渡弧；2、内套筒件；21、卡接件；3、外套筒件；4、底盖板。

具体实施方式

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种大量程的三维力传感器。

参照图1和3，一种大量程的三维力传感器包括弹性体1、内套筒件2、外套筒件3和底盖板4，弹性体1包括多个应变梁11、上受力块12、下受力块13、连接块14和连接条15；其中，上受力块12、应变梁11和下受力块13依次同轴排布，应变梁11沿弹性体1轴线周向均匀排布，连接块14通过连接条15与下受力块13连接。上受力块12和下受力块13均呈环形柱状体，内套筒件2与上受力块12内壁贴合，同时内套筒件2与下受力块13内壁贴合，外套筒件3与上受力块12外侧壁贴合，同时外套筒件3与下受力块13外侧壁贴合；底盖板4连接于下受力块13远离上受力块12的端面上。

通过上述结构，为了保证三维力传感器良好的测量灵敏性，单个应变梁11的最大弹性系数不能超过一定值，因此单个应变梁11能够测量的最大力有限；因此本方案中上受力块12和下受力块13均呈环形柱状结构，且上受力块12与下受力块13之间设有多个应变梁11，此时本方案能够承受更大的轴向力，因此本方案具有更大的测量范围。另外，上受力块12、下受力块13、内套筒件2和外套筒件3将应变梁11包裹，减少了应变梁11与灰尘接触的可能性，对应变梁11起到保护作用。

参照图1和3，具体的，上受力块12和下受力块13均为环形柱状体，上受力块12的内径等于下受力块13的内径，上受力块12的外径等于下受力块13的外径，上受力块12远离下受力块13的端面上设有用于连接待测设备的插销和螺纹孔，上受力块12远离下受力块13的端面上还设有卡接环121，卡接环121贴紧上受力块12内壁设置，内套筒件2外壁周向凸出设有适配于卡接环121的卡接件21，在卡接环121与卡接件21的配合作用下，内套筒件2与上受力块12相卡接。

参照图1和2，上受力块12沿外侧壁上还设有螺纹孔，螺纹孔沿上受力块12的轴线方向周向均匀排布，在螺钉与上受力块12外侧壁的螺纹孔的作用下，外套筒件3可拆卸连接于上受力块12。应变梁11数量至少为二，应变梁11呈长方体，应变梁11沿中心体轴线周向均匀排布；应变梁11一端连接于上受力块12靠近下受力块13的端面，应变梁11另一端连接于下受力块13靠近上受力块12的端面，应变梁11侧壁上贴有应变片，应变片用于将应变梁11受力时发生形变的信号转化为电信号并输出。

参照图1和3，具体的，下受力块13远离上受力块12的端面凸出形成连接柱131，连接柱131也呈环形柱状体，连接柱131的内壁与下受力块13的内壁相连接，连接柱131的外侧壁半径小于下受力块13的外侧壁半径。连接块14呈环形柱状体，连接块14、连接柱131和下受力块13同轴设置，连接块14的内壁半径大于连接柱131的外侧壁半径。

弹性体1还包括多个连接条15，在本实施例中，连接条15呈长方体，在其他实施例中，连接条15还能为其他形状的柱状体。连接条15一端与连接块14的内壁连接，连接条15另一端与连接柱131的外侧壁连接，连接条15上设有过渡弧151，过渡弧151设置于连接条15与连接柱131的连接处；连接条15沿中心体轴线周向均匀分布，相邻两个连接条15之间具有间隙，连接条15在力的传导过程中具有使力集中的效果。连接块14靠近上受力块12的端面上还设有螺纹孔和插销孔，连接块14通过螺纹孔和插销孔能够与待测设备连接。

通过上述结构，当上受力块12与下受力块13之间存在拉力或压力时，全部应变梁11能够将这些力分散，每个应变梁11受到一部分力，因此本方案能够增大三维力传感器的测量范围。同时当上受力块12与下受力块13之间存在拉力时，连接块14靠近上受力块12的端面能够与待测设备相抵，当上受力块12与下受力块13之间存在压力时，待测设备能够与上受力块12远离下受力块13的端面相抵，从而本方案具有更佳的力的传递效果。

综上所述，本方案通过多个应变梁11同时形变来测量上受力块12与下受力块13之间的力，从而增大了本方案的测量范围；同时上受力块12、下受力块13和内轴套件和外轴套件包围应变梁11设置，使得应变梁11上的应变片难以与灰尘等杂物接触，提高了本方案的测量精度；另外连接块14与下受力块13不同层设置，上受力块12与下受力块13之间存在力时，下受力块13能够更均匀地形变，提高力的传递效果。

本申请实施例一种大量程的三维力传感器的实施原理为：为了保证三维力传感器良好的测量灵敏性，单个应变梁11的最大弹性系数不能超过一定值，因此单个应变梁11能够测量的最大力有限；上受力块12与下受力块13之间设置有多个应变梁11，且全部应变梁11沿上受力块12轴线周向均匀分布，因此全部应变梁11能够同时承受的力更大，因此本方案能够增大三维力传感器的测量范围。同时，根据各个应变梁11的形变情况还能够判断出本方案中，上受力块12与下受力块13之间各个区域的受力情况。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大量程的三维力传感器，其特征在于：包括弹性体(1)，所述弹性体(1)包括依次排布的上受力块(12)、下受力块(13)和应变梁(11)，所述应变梁(11)一端连接于所述上受力块(12)，所述应变梁(11)另一端连接于所述下受力块(13)；所述上受力块(12)的轴线和所述下受力块(13)的轴线共线，所述应变梁(11)的数量至少为二，所述应变梁(11)沿所述上受力块(12)的轴线周向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：还包括内套筒件(2)和外套筒件(3)，所述上受力块(12)和所述下受力块(13)均为圆环形柱状体，所述内套筒件(2)与所述上受力块(12)内壁贴合，所述内套筒件(2)与所述下受力块(13)内壁贴合，所述外套筒件(3)与所述上受力块(12)的外侧壁贴合，所述外套筒件(3)与所述下受力块(13)的外侧壁贴合。

3.根据权利要求2所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述上受力块(12)远离所述下受力块(13)一端面上设置有卡接环(121)，所述卡接环(121)贴紧所述下受力块(13)的内侧壁设置，所述内套筒件(2)外壁凸出设有适配于所述卡接环(121)的卡接件(21)。

4.根据权利要求2所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：还包括底盖板(4)，所述底盖板(4)可拆卸连接于所述下受力块(13)远离所述上受力块(12)的端面。

5.根据权利要求1所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述弹性体(1)还包括连接块(14)，所述连接块(14)与所述下受力块(13)同轴设置，所述连接块(14)呈圆环形柱状体，所述连接块(14)的内侧壁与所述下受力块(13)的外侧壁连接，所述连接块(14)靠近所述上受力块(12)的端面用于与待测设备连接。

6.根据权利要求5所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述弹性体(1)还包括多个连接条(15)，所述连接条(15)一端连接于所述连接块(14)的内侧壁，所述连接条(15)另一端连接于所述下受力块(13)的外侧壁，所述连接条(15)沿所述下受力块(13)的轴线周向均匀分布，相邻两个所述连接条(15)之间具有间隙。

7.根据权利要求6所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述连接条(15)上设置有过渡弧(151)，所述过渡弧(151)设置于所述连接条(15)与所述下受力块(13)的连接处。

8.根据权利要求5所述的一种大量程的三维力传感器，其特征在于：所述下受力块(13)远离上受力块(12)一端凸出形成连接柱(131)，所述连接柱(131)与所述下受力块(13)同轴设置，所述连接柱(131)外径小于所述下受力块(13)外径，所述连接块(14)的内侧壁与所述连接柱(131)的外侧壁向连接。

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