[发明专利]一种轴销式三向测力传感器

说明书

本发明公开了一种轴销式三向测力传感器，能测出轴销的径向力Fn和轴向力Fz，包括轴销弹性元件、至少20片应变片和辅助电路。应变片分5组，每组应变片按要求布置在同一轴向横截面的具有相同半径的轴销外表面或内孔表面。当轴销承受径向力和轴向力，应变片产生的应变信号通过辅助电路以电信号形式输出，通过电信号就能求解出轴销的三向力。本发明的轴销三向测力传感器实现了轴向预应力装配，能检测轴销的径向力和轴向力，解决现有轴销式力传感器不能检测轴销三向力的难题。

技术领域

本发明涉及一种轴销式力传感器，具体地说涉及到一种新型的轴销式三向测力传感器，主要应用于轴向预应力装配的轴销的三个方向力的检测。

背景技术

轴销式力传感器广泛应用于机械产品、试验检测等领域，主要用于超载控制或载荷研究。目前国内外常见的轴销式力传感器主要有两种设计原理：剪切应力和弯曲正应力。中国部分专利(如CN00212676.1等)、英国部分专利(如GB819377A等)、日本部分专利(如JP2009198274、JP2010159548、JP2010281783等)等为剪切式轴销力传感器，利用切应力原理来测量销轴的承载剪力，可消除销轴承载点位置的重复性差对测试灵敏度的影响，但只能测量销轴的径向力。中国部分专利(如CN201210554820.6等)、韩国部分专利(如KR20110045517等)等为弯曲式轴销力传感器，利用弯曲正应力原理来测量销轴的承载力，同类型的不同零件可能会引起承载点的重复性差，从而引起较大的测试灵敏度误差，且只能测量销轴的径向力。现在某些机械产品需要检测轴销三向力(即径向方向的两分力和轴向力)，且需实现轴向预应力装配，现有轴销式力传感器不能满足其需求。

发明内容

针对以上现有技术问题，本发明提供了一种轴销式三向测力传感器，具备检测轴销三向力的功能，即能检测轴销的径向力和轴向力，解决现有轴销式力传感器不能检测轴销三向力的难题。

本发明的技术方案具体如下：

一种轴销式三向测力传感器，包括轴销弹性元件、至少20片单轴应变片组成的应变片组和应变片电桥辅助电路，所述的应变片组为5组，所述的轴销弹性元件上设有轴销弹性凹槽Ⅰ和轴销弹性凹槽Ⅱ，每组应变片安装在同一轴向横截面的具有相同半径的轴销弹性凹槽Ⅰ和轴销弹性凹槽Ⅱ的圆周外表面或内孔表面。

本发明的工作原理：本发明的轴销式传感器可测量三个方向的受力，即轴向力Fz和径向力Fn，径向力分为两径向分力Fx、Fy，且能分别测出轴销弹性凹槽Ⅰ和轴销弹性凹槽Ⅱ所承受的径向力，解决轴两端径向力Fn方向不一致的问题。其中，Fxi中的下标x代表坐标方向，下标i可被轴销弹性凹槽Ⅰ或轴销弹性凹槽Ⅱ替代，其他变量的意义类似。

以上所述的轴销式三向测力传感器，所述的轴销弹性凹槽Ⅰ和轴销弹性凹槽Ⅱ圆周方向均匀分为4个方位；所述的应变片组包括4组径向分力应变片组和1组轴向力应变片组；每个轴销弹性凹槽均布置2组径向分力应变片组，每个径向分力应变片组包括4片应变片并布置在圆周均分的四个方位的对称两个方位，不同方向径向分力的应变片组的方位角相差90度；所述的轴向力应变片组包括4片应变片，均匀布置在轴销弹性凹槽Ⅰ或轴销弹性凹槽Ⅱ的4个方位上，所述的轴向力应变片与轴线成0度。

以上所述的轴销式三向测力传感器，所述的径向分力应变片组均由4片应变片组成，应变片与轴线成45度或-45度；正、反面各有2片应变片，且对称布置在轴线即坐标轴的Z轴上下，同面的2片应变片垂直，正面和反面对应的应变片垂直。

以上任一所述的轴销式三向测力传感器，所述的轴向力应变片组包括8片应变片，其中4片均匀布置在轴销弹性凹槽Ⅰ或轴销弹性凹槽Ⅱ的4个方位上，所述的轴向力应变片与轴线成0度；另外4片应变片沿轴向均匀布置在轴销弹性元件21除轴销弹性凹槽Ⅰ和轴销弹性凹槽Ⅱ以外的部分，对均匀布置在轴销弹性凹槽Ⅰ或轴销弹性凹槽Ⅱ的4个方位上的应变片起到温度补偿作用，称之为温度补偿应变片。