一种轴销式单轴径向测力传感器的制作方法

本实用新型涉及一种轴销式单轴径向测力传感器，具体地说涉及到一种新型的轴销式径向测力传感器，主要应用于轴销的单轴向径向拉压力的检测。

背景技术：

目前国内外常见的轴销式单轴力传感器，按照测力原理划分为：剪切应力型和弯曲正应力型，如CN105588669A、CN103063345 B、CN106347418B等轴销专利，其径向力的测量方法均需要在轴销内开盲孔或者表面开应力集中槽，目的是提高受力部位的应力，以保证应力测量的灵敏度和精度，其设计思路是依据常规轴销称重传感器的设计思想，以轴销自身作为检测的弹性体，其直接缺点是削弱了轴销自身的强度，导致过载能力差，同时在尺寸较小的轴销内部开盲孔及粘贴应变片操作难度大。在表面应力凹槽内粘贴应变片的方案又会导致应变片防护性能差或缺乏安装空间；其次，常规轴销传感器通常采用传感器专用钢，比如40CrNiMoA钢，导致材料体成本和加工成本大幅增加，而且对很多高负载轴销工况，对耐磨性能、刚度、接触位置等都有一定要求，现有轴销传感器难以满足需求。

因此，有必要开发一种安装简单方便、测试精度较高的轴销传感器。

技术实现要素：

针对以上现有技术问题，本实用新型提供了一种轴销式单轴径向测力传感器，具备检测轴销径向力的功能，解决现有轴销式力传感器强度低、制作难度大等缺陷。

本实用新型的技术方案具体如下：

一种轴销式单轴径向测力传感器，包括：

销轴元件，其作为承载部件；

弹性元件，两个弹性元件相对称的安装在所述销轴元件的两端，所述弹性元件上设有应变区；

应变片组，其由多个应变片组成，每一个应变片均设置在所述应变区中；

密封盖板，两个密封盖板紧固在所述轴销元件两端，起密封及过线作用；

其中，所述弹性元件为单个平行梁结构，所述单个平行梁结构包括平行梁以及平行梁两端设有的圆柱形定位结构。

进一步，所述平行梁中的上、下表面之间具有一缝隙，该缝隙为弹性元件的定位、安装、过线起到辅助作用；平行梁中的上、下表面上各设有两个相互对应的通孔Ⅰ。

进一步，平行梁中的四个通孔Ⅰ内均粘贴有一个应变片。

进一步，所述应变片粘贴位置为平行梁中的上、下表面的轴向中心线上，粘贴方向为平行于弹性元件的轴向；应变片表面覆盖密封胶层。

进一步，平行梁上粘贴的四个应变片组成一个惠斯通全桥，平行梁中的上、下表面上的两个单轴应变片作为对角桥臂，一个惠斯通全桥测量一个径向力。

进一步，所述弹性元件轴向开有通孔Ⅱ，该通孔Ⅱ为弹性元件的定位、安装、过线起到辅助作用。

进一步，所述轴销元件的两端各开有圆柱形的盲孔，所述轴销元件的中心设有通孔Ⅲ。

进一步，所述弹性元件通过其两端的圆柱形定位结构固定在所述轴销元件两端的盲孔内，圆柱形定位结构的直径与盲孔的直径相同，盲孔的底部端面与弹性元件一侧的圆柱形定位结构的端面紧密贴合。

进一步，所述密封盖板通过多个螺栓紧固在轴销元件两端，在所述密封盖板上的圆形槽内嵌入橡胶密封圈，用以增加密封效果。

本实用新型与现有技术相比有益效果在于：

（1）轴销元件表面不需要进行额外的机械加工，与原实心轴销具备良好的互换性；

（2）轴销元件结构强度大、过载能力强、环境适应能力强；

（3）弹性元件材料的选择范围大，弹性元件制作工艺难度和应变片粘贴难度降低；

（4）传感器灵敏度高，灵敏度设计自由度大。

附图说明

图1为本实用新型一种轴销式传感器结构轴向爆炸视图；

图2为图1的侧视图；

图3为图2的B-B面剖视图；

图4为轴销元件的侧视图；

图5为图4的A-A面剖视图；

图6为带开孔的密封盖板侧视图；

图7为图6的C-C面剖视图；

图8为图1的弹性元件结构示意图；

图9为图8的一种应变片电桥电路接线示意图；

图10为平行梁结构上的应变片粘贴位置示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

如图1、图2、图3所示，一种轴销式单轴径向测力传感器，包括销轴元件1、弹性元件2、应变片组和密封盖板3；销轴元件1作为承载部件；两个弹性元件2相对称的安装在销轴元件1的两端，弹性元件2上设有应变区；应变片组由多个应变片组成，每一个应变片均设置在应变区中；两个密封盖板3紧固在轴销元件1两端，起密封及过线作用。

以下给出上述实施例关于轴销元件的一优选实施例：

如图4、图5所示，轴销元件1为轴销传感器的载体，是主要的承载部件，在受到径向载荷后产生径向位移变形，材质采用合金钢制造，如40Cr、45钢，数控加工成型。弹性体两端各有四个螺纹孔4，通过螺栓来固定密封盖板3。轴销元件1的两端各开有圆柱形的盲孔5，轴销元件1的中心设有通孔Ⅲ6，用于辅助安装及过线，若轴销元件1的长度长则可以不用钻中心的通孔，那么过线则都通过两端的开孔端盖。

以下给出上述实施例关于密封盖板的一优选实施例：

如图6、图7所示，密封盖板3上有四个螺栓孔8，通过四个螺栓紧固在轴销元件1两端，起到对内部弹性体的保护及密封的作用，通过橡胶密封圈7加强密封效果，中心开螺纹孔的端盖用于导线的引出；密封盖板3为Q235材质。

以下给出上述实施例关于弹性元件的一优选实施例：

如图8所示，弹性元件2为轴销传感器核心零件，为一体化成型结构，材质为比轴销元件1性能更优的合金钢，比如40CrNiMoA钢，结构形式为单个平行梁结构；单个平行梁结构的两端均设有圆柱形定位结构11；平行梁12中的上、下表面之间具有一缝隙，该缝隙为弹性元件的定位、安装、过线起到辅助作用，同时缝隙的大小对结构性能影响很小；平行梁12中的上、下表面上各设有两个相互对应的通孔Ⅰ9。

弹性元件2轴向开有通孔Ⅱ10，该通孔Ⅱ10为弹性元件的定位、安装、过线起到辅助作用，同时轴向的通孔Ⅱ10的大小对结构性能影响很小，但在满足需求的情况下尽量取小值。

弹性元件2通过其两端的圆柱形定位结构11固定在轴销元件1两端的盲孔5内，圆柱形定位结构11的直径与盲孔5的直径相同，盲孔5的底部端面与弹性元件2一侧的圆柱形定位结构11的端面紧密贴合，两个弹性元件2为对称安装，对称安装的优点是分力、合力、方向角参数计算更方便。

如图9、图10所示，平行梁12中的四个通孔Ⅰ9内均粘贴有一个应变片。应变片粘贴位置为平行梁12中的上、下表面的轴向中心线上，粘贴方向为平行于弹性元件2的轴向；应变片表面覆盖密封胶层。

平行梁12上粘贴的四个应变片组成一个惠斯通全桥，平行梁12中的上、下表面上的两个应变片作为对角桥臂，一个惠斯通全桥测量一个径向力。

本实用新型的工作原理：

本实用新型的目的是检测轴销所受单轴径向剪力的大小，同时需要抵抗弯矩载荷和温度变化的干扰。

当轴销传感器轴端受到载荷后，轴销产生局部变形，该变形包括剪力和弯矩两个部分，同时弹性元件也产生弹性变形，变形通过平行梁结构进行应力放大，结合检测电路可以分离出轴销所受径向剪力而不受弯矩的影响。

弹性元件平行梁上的四个应变片1A、应变片1B、应变片1C、应变片1D组成的全桥形式，全桥的优点是可以抵抗温度变化的影响，其中应变片1A、应变片1B组成相邻桥臂，应变片1C、应变片1D组成另外一支相邻桥臂，每个惠斯通全桥测量一个径向力。

综上可得，本实用新型解决了现有轴销传感器必须在表面开槽或者内部开孔来提高测量区域应力的难题，采用新型嵌入式弹性体作为应力放大结构，提高了轴销传感器的结构强度和信号灵敏度，降低了应变片的粘贴难度，改善了测量精度和产品互换性。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。