变片电桥的辅助电路。应变片安装在凹槽100和凹槽200的具有相同半径的弹性元件21的圆周表面或内孔表面，不同应变片分别对应某轴向截面的圆周不同位置点I?12。不同应变片分为5组，应变片组的应变片必须安装在同一轴截面上。其中凹槽100、凹槽200对应位置点1、2、5、6的应变片分别构成独立的一组应变片组，位置点3、4、7、8的应变片同样分别构成独立一组应变片组，这两组均为径向分力应变片组;位置点9、10、11、12的应变片构成一组应变片组，这一组为轴向力应变片组，此应变片组可在凹槽100或凹槽200位置，或具有相同圆周半径的同一轴向横截面的弹性元件外表面或内部表面。
[0042]其工作原理为:参考图4，当弹性元件受到X、Y、Z三个方向的力，弹性元件会产生变形，各个位置的应变片则会产生相应应变值，且应变值与力的大小成正比。本发明所述的轴销式三向测力传感器就是通过测量这些应变片的应变值来反求x、Y、z方向的受力，即通过该发明的轴销式传感器可测试销轴所承受的外部载荷。应变片分5组，共有5个输出结果，分别输出凹槽100、200处的径向分力?1?7和轴向力?2。其中，应变片组41^2^5^6用来测量凹槽100区域的径向分力FXA;应变片组Α3、Α4、Α7、Α8用来测量凹槽100区域的径向分力FYA;应变片组Β1、Β2、Β5、Β6用来测量凹槽200区域的径向分力FXB;应变片组Β3、Β4、Β7、Β8用来测量凹槽200区域的径向分力FYB;应变片组Β9、Β10、Β11、Β12用来测量轴销的轴向力FZj组应变片组的应变片惠斯通全桥分别如图5-9所示。各应变片与Z轴的安装夹角为O或45度，具体角度如图4所示;有括号的应变片，表明该应变片安装在图示零件试图的背面。
[0043]参考图4，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(100)或轴销弹性凹槽(200)的4个方位上，所述的轴向力应变片与轴线(即坐标轴的Z轴)成O度。
[0044]参考图5-图9，具体的应变片电桥辅助电路:所述的应变片电桥辅助电路包括5组应变片的惠斯通电路，每组径向分力应变片组构成一个惠斯通电桥全桥电路，桥臂只有一个应变片，相同面的应变片在相邻桥臂上，180度对应位置的应变片在相邻桥臂上;所述的轴向力应变片组构成一个惠斯通电桥1/4桥。
[0045]实施例2
[0046]与实施例1不同的地方在于: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(100)或轴销弹性凹槽(200)的4个方位上，轴向力应变片与轴线成O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(100，200)以外的部分，对均匀布置在轴销弹性凹槽(100)或轴销弹性凹槽(200)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。该温度补偿应变片可去除应变片受温度影响，可提高测试精度。
[0047]其原理图可参考图9，轴向力应变片与温度补偿应变片构成一个惠斯通电桥全桥，4片应变片任意分2组，每组应变片串联后分别放在对边桥臂上，4个温度补偿片分2组分别放在相邻桥臂上。同时，轴向力应变片组构成一个惠斯通电桥半桥单4片应变片串联后一起放在单个桥臂上;所述的4片温度补偿应变片串联后放在另一个桥臂上。
[0048]实施例3
[0049]与实施例1不同的地方在于:参考图3，5组应变片可贴在与实例I轴销外圆柱表面对应的内孔表面。
[0050]实施例4
[0051 ]如图10-图13所示，与前述实施例不同的地方在于:轴销式传感器的轴销弹性元件(21)的轴端面400设有有多个螺纹孔500，或轴端处300设有一段轴销为螺纹600，可通过螺纹连接实现轴向预应力装配。
[0052]即图10-图13的轴销传感器在轴端面加工小螺纹孔，或在轴端部直接加工为大螺纹，或组合加工，用来实现轴销传感器的轴向预应力装配。
[0053]实施例5
[0054]如图10-图13所示，与前述实施例不同的地方在于:轴销式传感器的轴销弹性元件(21)设有内孔700，或轴销圆柱表面800沿轴向设有小槽900，便于辅助电路布线。
[0055]即图10、图11、图12的应变片可安装在内孔表面；图13的应变片可安装在轴销凹槽外表面，几个小半圆凹槽用来过辅助电路电线。
[0056]本发明所述的轴销式三向测力传感器为轴向预应力装配如图14所示，由轴销传感器31、固定件32、旋转件33、螺栓34、底板35组成。
[0057]参考图15-16，本发明所述的轴销式三向测力传感器不仅能用来测试径向载荷为受力方向相同的正载工况，也能用来测试径向载荷为受力方向不同的偏载工况，增强了轴销传感器工况的适应性，避免了径向载荷为偏载时测量出错。
【主权项】
1.一种轴销式三向测力传感器，其特征在于:包括轴销弹性元件(21)、至少20片单轴应变片(22)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(21)上设有轴销弹性凹槽(100，200)，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(100，200)的圆周外表面或内孔表面。2.根据权利要求1所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于:所述的轴销弹性凹槽(100，200)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I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(100)或轴销弹性凹槽(200)的4个方位上，所述的轴向力应变片与轴线成O度。3.根据权利要求2所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于: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。4.根据权利要求2或3所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于: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(100)或轴销弹性凹槽(200)的4个方位上，所述的轴向力应变片与轴线成O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(100，200)以外的部分，对均匀布置在轴销弹性凹槽(100)或轴销弹性凹槽(200)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。5.根据权利要求1-3任一所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于:所述的应变片电桥辅助电路包括5组应变片的惠斯通电路，每组径向分力应变片组构成一个惠斯通电桥全桥电路，桥臂只有一个应变片，相同面的应变片在相邻桥臂上，180度对应位置的应变片在相邻桥臂上;所述的轴向力应变片组构成一个惠斯通电桥1/4桥。6.根据权利要求4所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于:所述的应变片电桥辅助电路包括5组应变片的惠斯通电路，每组径向分力应变片组构成一个惠斯通电桥全桥电路，桥臂只有一个应变片，相同面的应变片在相邻桥臂上，180度对应位置的应变片在相邻桥臂上;所述的轴向力应变片组构成一个惠斯通电桥半桥，4片轴向力应变片串联后一起放在单个桥臂上;所述的4片温度补偿应变片串联后放在另一个桥臂上;所述的轴向力应变片与温度补偿应变片构成一个惠斯通电桥全桥，4片应变片任意分2组，每组应变片串联后分别放在对边桥臂上，4个温度补偿片分2组分别放在相邻桥臂上。7.根据权利要求1_3、6任一所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于:所述的轴销弹性元件(21)的轴端面(400)设有有多个螺纹孔(500)，或轴端处(300)设有一段轴销为螺纹(600)，可通过螺纹连接实现轴向预应力装配。8.根据权利要求4所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于:所述的轴销弹性元件(21)的轴端面(400)设有有多个螺纹孔(500)，或轴端处(300)设有一段轴销为螺纹(600)，可通过螺纹连接实现轴向预应力装配。9.根据权利要求1_3、6任一所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于:所述的轴销弹性元件(21)设有内孔(700)，或轴销圆柱表面(800)沿轴向设有小槽(900)便于辅助电路布线。10.根据权利要求5所述的轴销式三向测力传感器，其特征在于:所述的轴销弹性元件 (21)设有内孔(700)，或轴销圆柱表面(800)沿轴向设有小槽(900)，便于辅助电路布线。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01L1/22
【公开号】CN105588669
【申请号】CN201510918130
【发明人】向上升, 陈羽, 冯豪, 李延军, 赵云峰, 陆维
【申请人】广西柳工机械股份有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月11日