[发明专利]一种轴销式力传感器及检测轴销所承受径向力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，更具体地说涉及一种轴销式力传感器及检测轴销所承受径向力的方法。

背景技术

传统的测试轴销受力的方法是把机械装置中的轴和销改造成为应变式测力传感器（即轴销式传感器）。根据不同用途，方便地安装在两结构联接处，既能起到替代原有轴销的功能，又能起到测力传感器的作用，从而使整个测力系统的机械部件大大简化。这种方法能把该装置系统许多困难的测力问题变得极为简单，而又不需要改变结构和增加零件。轴销式传感器体现了电子衡器小型化、模块化、集成化、智能化的发展方向，是将承载器和传感器合二为一的一种集成结构，是测量轴承、滑轮等构件的径向载荷的专用传感器。因此，轴销式传感器在机械行业有着广泛的应用。

传统的轴销式传感器，双剪型电阻应变计粘贴在轴销的一个方向位置上，通过成惠斯通电桥进行测量，通过简单的力学公式计算获得径向力大小。因此，传统的轴销式传感器，只能检测单方向径向力，无法检测变方向径向力。也就是说，当轴销式传感器设计后，轴销式传感器只能检测一个方向的径向力，其它方向的径向力检测结果误差很大。因此，传统的轴销式传感器，对于变方向载荷的测量却无能为力，对于径向力的方向测量也无能为力。在工程机械工作过程中总是承受多方向复杂的随机载荷。因此，传统的轴销式传感器在工程机械测力方面的应用受到了极大的限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种轴销式力传感器及检测轴销所承受径向力的方法，以解决检测轴销所承受多方向复杂的随机径向力的问题，提高检测的精度和减少测量误差。

一方面，本发明提供了一种轴销式力传感器，包括轴销和至少四个应变片，每个应变片均匀布置在轴销的同一圆周径向上。

进一步地，位置相对的两个应变片为一组，每组应变片构成一个电桥电路输出，每组应变片分别代表不同方向的应变值。

进一步地，沿轴销外表面上开设有多个凹槽，应变片位于凹槽内。

进一步地，沿轴销的轴线开设有通孔，应变片位于通孔的内表面上。

另一方面还提供了一种检测轴销所承受径向力的方法，包括：

步骤1：在轴销的不同径向上布置有至少四个应变片，位置相对的两个应变片为一组，每组应变片构成一个电桥电路输出，每组应变片分别代表不同方向的应变值；

步骤2：在标定试验机上对轴销的圆周上进行加载径向力，采集与每个加载径向力对应的应变片的应变信号，

步骤3；建立预测数学模型；通过预测数学模型计算轴销所承受的径向力大小和方向。

进一步地，在步骤2与步骤3之间，还包括建立神径网络模型或者支持向量机模型；将步骤2采集的每个加载径向力对应的应变片的应变信号数据输入到神径网络模型或者支持向量机模型中进行训练；得到径向力大小及方位的预测数学模型。

进一步地，在步骤1中，应变片均匀布置在轴销的同一圆周径向上。

另一方面还提供另一种检测轴销所承受径向力的方法，包括：

在轴销的不同径向上布置有四个应变片，相邻两个应变片径向相隔90度，位置相对的两个应变片为一组，每组应变片分别接入电桥电路，每组应变片产生的应变信号单独输出，分别代表X、Y方向的应变值ε_x+ε_xy、ε_y+ε_yx；

在X、Y方向对轴销加载径向力，获取x、y方向加载径向力与应变信号之间的系数k1、k2；

在X、Y其它方向对轴销加载径向力，获取正交效应系数k12、k21；

根据下面公式计算x、y方向的真实分力：