CN220489954U - 零件跳动测量装置及其传感器总成 - Google Patents

Abstract

一种零件跳动测量装置及其传感器总成。零件跳动测量装置包括传感器总成、传感器位置调节架和上位机。传感器总成包括弹片底座、应变片和弹性杆；弹片底座包括弹片和弹片固定座，弹片的一端固定于弹片固定座；弹性杆的后端与弹片的另一端连接，弹性杆的前端用于与被测零件相接触；应变片固定于弹片；传感器位置调节架与弹片固定座连接，用以调节及定位传感器总成的位置；上位机的第一输入端与应变片的信号输出端连接，用以根据所述应变片的输出电压以及预先存储的弹性杆前端位移与应变片输出电压之间的对应关系获得被测零件的跳动值。本实用新型适用于高温、低温、含水、润滑油或润滑脂等复杂场景，并且能实现高速和多个方向的测量。

Description

零件跳动测量装置及其传感器总成

技术领域

本实用新型涉及零件的跳动测量技术。

背景技术

汽车部件执行器主要应用于汽车的空气动力管理或者热管理及优化，通常安装在汽车的进气格栅(包括内外置格栅)、扰流架或冷却水阀等总成中。总体来说，汽车部件执行器由电机系统和基于电机控制的齿轮系传动结构两大主要部分组成，通过微型电机传动齿轮系减速，然后带动输出齿轮系旋转，按需求输出一定的转速和力矩，来调节空调风门旋转或冷却水阀开和关。

常规的电机和齿轮转动时存在动不平衡，会发出噪声和振动，长时间运行会使轴套磨损，加剧损坏的速度。为了减少噪音和振动，新一代的执行器加装了转子压紧弹片，电机转子转动后会带动弹片跳动，其跳动大小目前还没有好的方法可以测量，特别是对于执行器壳体内部以及含有很多润滑脂的情况，在环境仓中的极限高低温下更是没有测量仪器可以胜任测量工作。而准确测量电机轴或齿轮轴在径向上的跳动在产品研发、试制和改良阶段尤为重要，是评估设计参数是否合理的重要依据。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种零件跳动测量装置及其传感器总成，其实现成本低，适用于高温、低温、含水、润滑油或润滑脂等复杂场景，并且能实现高速和多个方向的测量。

本实用新型实施例提供了一种零件跳动测量装置，包括传感器总成、传感器位置调节架和上位机；传感器总成包括弹片底座、应变片和弹性杆；弹片底座包括弹片和弹片固定座，弹片的一端固定于弹片固定座；弹性杆的后端与弹片的另一端连接，弹性杆的前端用于与被测零件相接触；应变片固定于弹片；传感器位置调节架与弹片固定座连接，用以调节及定位传感器总成的位置；上位机的第一输入端与应变片的信号输出端连接，用以根据所述应变片的输出电压以及预先存储的弹性杆前端位移与应变片输出电压之间的对应关系获得被测零件的跳动值。

本实用新型实施例还提供了一种用于测量零件跳动的传感器总成，包括弹片底座、应变片和弹性杆；弹片底座包括弹片和弹片固定座，弹片的一端固定于弹片固定座；弹性杆的后端与弹片的另一端连接，弹性杆的前端用于与被测零件相接触；应变片固定于弹片。

本实用新型至少具有以下优点：

1、低成本。本实用新型实施例的测量装置易于生产制造，普通加工厂即可实现单件或批量生产，成品费用低；

2、高响应性。由于弹片变形及恢复速度快，应变片本身也几乎表现为纯电阻特性，所以信号输出频率可以达到很高，能实现高速测量；

3、可适应较为极限的高温和低温环境，而普通传感器如激光位移传感器无法适应；

4、可适应含水、润滑油或润滑脂的场景，如含大量润滑脂的正常工作中的执行器转子或入水中的工作试验；

5、可多角度布置，实现多个方向的测量；

6、安装方便；

7、稳定性好。一次应变片贴片和标定之后即可长期稳定使用。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一实施例的零件跳动测量装置的原理示意图，其中，被测零件处于静止状态。

图2示出了根据本实用新型一实施例的零件跳动测量装置的原理示意图，其中，被测零件发生振动(跳动)从而使测量装置的弹片发生形变。

图3示出了根据本实用新型一实施例的传感器总成的仰视结构示意图。

图4示出了根据本实用新型一实施例的零件跳动测量装置的控制框图。

图5示出了根据本实用新型一具体实施方式的位移-电压特性曲线的示意图。

图6示出了采用本实用新型实施例的零件跳动测量装置测量零件跳动的流程示意图。

图7示出了使用位移传感器标定本实用新型实施例的传感器总成的示意图。

图8示出了使用根据本实用新型实施例的测量装置测量执行器电机轴跳动的示意图。

图9示出了图8的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1至图7。根据本实用新型一实施例的一种零件跳动测量装置，包括传感器总成1、传感器位置调节架2和上位机3。

传感器总成1包括弹片底座11、应变片12和弹性杆13。

弹片底座11包括弹片111和弹片固定座112，弹片111的一端固定于弹片固定座112。在本实施例中，弹片111采用一片很薄的、且具有良好弹性和刚度的薄钢片。弹片111通过粘接、焊接或铆接等方式固定在弹片固定座112上。

弹性杆13的后端与弹片111的另一端连接。在本实施例中，弹性杆13的后端面开设有插孔，弹片111的前端设有向前凸出的插杆部113，插杆部113插入弹性杆13后端的插孔内，与弹片111形成一平直的弹性悬臂。弹性杆13的长度、弹性力大小、杆径可根据现场的被测对象任意选择安装。通过调整插杆部113插入弹性杆13的插孔内的深度，可以调节传感器总成1的长度。在另一种实施方式中，在弹性杆13的后端设有安装环，插杆部113插入弹性杆13的安装环中。在其它的实施方式中，弹性杆13的后端还可通过焊接、铆接、粘接或螺栓等方式与弹片111的另一端连接。

弹性杆13的前端用于与被测零件9相接触。弹性杆13可采用弹性良好的钢材制成。

较佳地，弹性杆13的前端设有用于与被测零件9相接触的触点14。触点14为设置于弹性杆前端的球面凸起或与弹性杆13相连的金属球(例如钢珠)。前述的球面凸起可通过冲压形成，前述的钢珠通过焊接与弹性杆13的前端相连。通过球面凸出或钢珠与被测零件目标点接触，可达到接触位置精确以及耐磨的目的。对于振动很大或高速旋转的被测零件，还可在触点处电镀如氮化钛等耐磨涂层，进一步增加耐磨程度。

应变片12固定于弹片111。在本实施例中，应变片12粘接在弹片111上，粘接位置为弹片上靠近弹片固定座的位置，应变片12可以粘接在弹片111的顶面或底面。应变片12采用桥式电阻片，用于对弹片的形变做出电信号响应。

请参考图7。传感器位置调节架2与弹片固定座112连接，用以调节及定位传感器总成1的位置，以便于实施测量。

在本实施例中，传感器位置调节架2是多连杆加旋转铰链连接的结构，可对传感器总成1的上下、前后、俯仰、沿轴向的旋转进行调节，并能固定传感器总成1，将传感器总成的弹性杆13的触点14与被测零件9需要测量的目标点位置接触。

在一个具体的实施方式中，传感器位置调节架2包括竖杆21、横杆22、第一U形夹23、第一调节螺杆24、第二U形夹25和第二调节螺杆26。

第一U形夹23夹在竖杆21外，第一调节螺杆24穿过第一U形夹23，并与第一U形夹23螺旋连接，以调节第一U形夹23的夹紧程度；第一调节螺杆24的一端设有穿孔240。横杆22穿过穿孔240；第二U形夹25分别夹住横杆22和弹片固定座112，第二调节螺杆26与第二U形夹25螺旋连接，以调节第二U形夹25的夹紧程度，从而可将弹片固定座112固定在第二U形夹25。

上位机3的第一输入端与应变片12的信号输出端连接，用以根据应变片12的输出电压以及预先存储的弹性杆前端位移与应变片输出电压之间的对应关系获得被测零件的跳动值。

在一种具体的实施方式中，上位机3为计算机，弹性杆前端位移与应变片输出电压之间的对应关系用位移-电压特性曲线来表示。图5示出了上位机3所存储的位移-电压特性曲线的示例。

采用根据本实用新型一实施例的零件跳动测量装置测量零件跳动的过程包括以下步骤：

通过标定获得弹性杆前端位移与应变片输出电压之间的对应关系，并存储于上位机中；

在被测零件处于静止状态时，令弹性杆前端接触待测零件的目标点，将此时应变片输出电压对应的弹性杆前端位移，作为被测零件的初始位置值；

在被测零件处于运行状态时，令弹性杆前端接触待测零件的目标点，将此时应变片输出电压对应的弹性杆前端位移，作为被测零件的当前位移值，用当前位移值减去初始位置值得到被测零件的跳动值。

其中，通过标定获得弹性杆前端位移与应变片输出电压之间的对应关系包括以下步骤：

将位移传感器与弹性杆前端接触，并对弹性杆前端施加位移，通过上位机连续记录位移传感器的位移和应变片的输出电压，得到位移-电压特性曲线，并保存到上位机。

请参考图7。位移传感器41安装于位移传感器调节架42，上位机3的第二输入端与位移传感器41的信号输出端连接，以采集位移传感器41的输出信号。位移传感器调节架42用于调节和定位位移传感器41的位置。位移传感器41轴向垂直于弹性杆朝外的端部(即弹性杆的前端)，且位移传感器41的头部与弹性杆13朝外的端部接触。标定时，用手推动位移传感器41的头部朝外伸出，将弹性杆13朝外的端部顶起一段距离，然后放手使位移传感器41的头部回到起始位置，停止记录。如此实施多次，上位机3根据位移传感器41的变化数据和应变片12的变化数据计算并绘制出位移-电压特性曲线，特性曲线数据被保存，从而完成传感器总成的标定，标定过程简单快速。前述的位移传感器41可采用电阻式位移传感器或LVDT位移传感器。

本实施例通过标定装置(即位移传感器41和位移传感器调节架42)对弹性杆的触点施加位移，弹性杆带动弹片底座的前端(即弹片)形变，从而引起粘贴在上面的应变片电阻发生变化从而产生微小电压信号输出。位移传感器同时输出位移信号，上位机采集到上述两个信号后可绘制出位移-电压特性曲线，该特性曲线即为传感器总成的特性曲线。后续使用中只需实时采集应变电压信号，即可通过位移-电压信号得到真实的位移信号，以检测被测零件目标位置处的振动大小。

以下结合一具体的实施方式对采用本实用新型实施例的零件跳动测量装置测量零件跳动的过程进行更具体的说明。请参考图6。

S1：根据测试要求，决定是否需要重新标定(当使用新的位移传感器41或者对现有位移传感器41进行了调整，更换了弹性杆13、移动了弹性杆13或者由于测试需要折弯弹性杆13后，整个传感器总成的特性实质上已经发生了变化，就需要重新标定，得到新的位移-电压特性曲线。若没有变化则不需要重新标定，直接使用上次标定得到并保存的位移-电压特性曲线即可)。若需要标定，则将位移传感器41与弹性杆的触点14接触，并对触点14施加位移，通过上位机3连续记录位移传感器41的位移和应变片12的输出电压，进行位移-电压特性曲线的绘制和存储。

S2：将测量装置的弹性杆的触点14与处于静止状态的被测零件9的目标点接触，上位机3将此时应变片12的输出电压对应的触点位移记为被测零件9的初始位置值，即零位移点。

S3：被测零件9启动后，上位机3连续地采集应变片12的输出电压。此时被测零件9上目标点的微小跳动即会引起弹性杆13的触点14跳动，通过弹性杆13带动弹片底座11形变，应变片12随着形变输出变化的电压。

S4：上位机3基于应变片12的输出电压查询位移-电压特性曲线，得到被测零件9的当前位移值，减去初始位置值即得到跳动位移，对跳动位移进行显示和存储。

S5：按试验要求完成整个测试，得到整个过程的跳动位移曲线。

要说明的是，弹片111的弹力大小可以通过更换不同直径、长度和材料的弹性杆13以及改变弹性杆13与弹片底座11连接的重合部分的长度来控制。这样设置的目的有三个：

其一、灵活的探测点布局：被测零件上被测的点可能处于试件内部不同位置，需要不同长度的，甚至是一根弯曲的弹性杆才能够到接触点；

其二、灵活的刚度选择：对于外力很敏感的测试点(很小的接触力就会改变振动特性)需要使用细且刚度较小的弹性杆，针对像微型电机转子、齿轮转子等微小零件能很好适应；

其三，灵活的材料选择：针对旋转类和非旋转类的被测零件可以灵活更换不同材质的弹性杆，以达到抗磨损的目的，对于在高低温环境中进行的测试可以选择不同材质的弹性杆以保证在测试温度范围内弹性杆的刚度。

对于极端使用场景，在高温环境下大多数传感器会工作不正常或直接损坏，特殊的高温传感器会面临温飘等问题；在油脂中、凝露低温环境下不能使用光学位移传感器，因为光线反射受阻，无法测量。而本实用新型实施例提供的传感器总成可以通过弹性杆将传感器设置到高温箱以外，仅触点位置和被测零件在高温箱中，可避免高温带来一系列问题；本实用新型实施例提供的测量装置可以适用于复杂的测试环境，这些环境是一般传感器或者光学测距仪不能适应的，本实用新型实施例的测量装置适用于在以下环境中对被测零件的微小高频跳动进行测量：超过100℃的高温、零件浸没于水中和油脂中、含凝露的低温环境。测试时仅需将测量装置的触点与被测零件保持接触即可。

前述的被测零件9包括但不限于：旋转的电机轴、电机轴压紧簧片、被测零件的任意面(可测量零件外表面的振动位移)。图8和图9示出了使用根据本实用新型实施例的测量装置测量执行器电机轴跳动的示意图，图中，弹性杆13伸入执行器壳体内部，弹性杆13的触点14与电机轴91的目标点位置接触。

本实用新型实施例具有以下特点：

1、传感器总成带有弹性杆，可灵活配置传感器总成的弹性杆，不同的配置通过标定即可得到真实的位移信号；

2、传感器总成适应于各种复杂的测试环境，可通过更换弹性杆来实现，包括直接将弹性杆折弯等带轻微破坏性的行为不会影响测量，只需要将折弯后的传感器总成重新标定一次即可。(折弯的目的是弹性杆能伸入到被测零件内部一些较为狭小的位置进行测量)；

3、本实施例的测量装置适用于在尽可能少的破坏被测零件的情况下进行测量，例如在被测零件上开一个能容纳弹性杆的孔，只需弹性杆能与被测零件被测目标点接触到即可；

4、成本低，弹性杆损坏只需要更换弹性杆，并不需要更换整个传感器。

以上描述是结合具体实施方式和附图对本实用新型所做的进一步说明。但是，本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本实用新型确定的保护范围。

Claims (10)

1.一种零件跳动测量装置，其特征在于，包括传感器总成、传感器位置调节架和上位机；

所述传感器总成包括弹片底座、应变片和弹性杆；所述弹片底座包括弹片和弹片固定座，所述弹片的一端固定于所述弹片固定座；所述弹性杆的后端与所述弹片的另一端连接，所述弹性杆的前端用于与被测零件相接触；所述应变片固定于所述弹片；

所述传感器位置调节架与所述弹片固定座连接，用以调节及定位所述传感器总成的位置；

所述上位机的第一输入端与所述应变片的信号输出端连接，用以根据所述应变片的输出电压以及预先存储的弹性杆前端位移与应变片输出电压之间的对应关系获得被测零件的跳动值。

2.根据权利要求1所述的零件跳动测量装置，其特征在于，所述传感器位置调节架包括竖杆、横杆、第一U形夹、第一调节螺杆、第二U形夹和第二调节螺杆；

所述第一U形夹夹在所述竖杆外，所述第一调节螺杆穿过第一U形夹，并与第一U形夹螺旋连接，以调节第一U形夹的夹紧程度；第一调节螺杆的一端设有穿孔；

所述横杆穿过所述穿孔；所述第二U形夹分别夹住所述横杆和所述弹片固定座，所述第二调节螺杆与所述第二U形夹螺旋连接，以调节第二U形夹的夹紧程度。

3.根据权利要求1所述的零件跳动测量装置，其特征在于，所述弹性杆的前端设有与被测零件相接触的触点。

4.根据权利要求3所述的零件跳动测量装置，其特征在于，所述触点为设置于弹性杆前端的球面凸起或与弹性杆相连的金属球。

5.根据权利要求1所述的零件跳动测量装置，其特征在于，所述应变片为桥式电阻片。

6.一种用于测量零件跳动的传感器总成，其特征在于，包括弹片底座、应变片和弹性杆；所述弹片底座包括弹片和弹片固定座，所述弹片的一端固定于所述弹片固定座；所述弹性杆的后端与所述弹片的另一端连接，所述弹性杆的前端用于与被测零件相接触；所述应变片固定于所述弹片。

7.根据权利要求6所述的传感器总成，其特征在于，所述弹性杆的前端设有与被测零件相接触的触点。

8.根据权利要求7所述的传感器总成，其特征在于，所述触点为设置于弹性杆前端的球面凸起或与弹性杆相连的金属球。

9.根据权利要求6所述的传感器总成，其特征在于，所述弹性杆的后端面开设有插孔，所述弹片的前端设有向前凸出的插杆部，所述插杆部插入所述插孔内。

10.根据权利要求6所述的传感器总成，其特征在于，所述应变片为桥式电阻片。