專利名稱：探測針式摩擦力傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種探測針式摩擦力傳感器。
背景技術：
國內外近年來的研究表明摩擦系數(shù)與構件間相對運動速度有關，其非 線性特性主要存在于構件間相對運動速度為零的區(qū)域附近，因而零速附近的 摩擦現(xiàn)象是目前研究的熱點問題。運動副中廣泛存在的速度反向區(qū)中包含有 速度零點，因此對該區(qū)域的摩擦系數(shù)的變化迸行檢測具有理論和實際意義。 但現(xiàn)有的傳感器結構中，因為傳感器組合構件間有摩擦和反向間隙，不但影 響了測量的精度，而且也不能實現(xiàn)運動副速度反向區(qū)域摩擦系數(shù)的測量。
檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利《探針式組合壓力傳感器》(專利號
200310109886.5，公開號CN1556382A，
公開日期2004,12.22)，該專利
公開了一種探針式組合壓力傳感器，用以測量板料拉伸成形過程中材料不同 部位的摩擦力，該傳感器由滾珠、切向力懸臂彈性體、正向力懸臂彈性體、 探針、預緊螺栓組合而成。由于探針和滾珠間有摩擦，探針和切向力懸臂彈 性體之間也存在摩擦，影響了測量精度；同時由于探針和切向力懸臂彈性體 之間為間隙配合，當運動方向改變時，探針和切向力懸臂彈性體之間存在反 向間隙，因此該傳感器不能用于速度反向區(qū)摩擦力和摩擦系數(shù)的測量。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有摩擦力檢測傳感器不能用于速度反向區(qū)摩擦力和摩擦系 數(shù)測量的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種探測針式摩擦力傳感器，能精確
測量運動副摩擦系數(shù)，尤其實現(xiàn)了速度反向區(qū)運動副摩擦系數(shù)的測量。
本發(fā)明所采用的技術方案是，探測針式摩擦力傳感器，包括探測針、固 定探測針的緊固件、與探測針相連接的二維力敏感元件和電阻應變計，二維 力敏感元件包括支座，支座上固定有剛性塊，還包括與支座連為一體的切向 力彈性體和正壓力彈性體，切向力彈性體與剛性塊相平行，并與剛性塊鉸接， 正壓力彈性體與剛性塊相垂直，并與剛性塊鉸接，支座、切向力彈性體、正 壓力彈性體和剛性塊四者的中心線共面，探測針與剛性塊為可調剛性連接， 電阻應變計粘貼在切向力彈性體和正壓力彈性體的力敏感部位。
本發(fā)明的傳感器具有結構簡單、便于加工、靈敏度高、誤差小、經(jīng)濟性 好的優(yōu)點。不但實現(xiàn)了二維力的解耦合，并且消除了摩擦和反向間隙，實現(xiàn) 了在速度反向區(qū)運動副摩擦系數(shù)的連續(xù)動態(tài)測量。可應用于回轉副和移動副 中正壓力、摩擦力和摩擦系數(shù)的檢測。


圖1是本發(fā)明探測針式摩擦力傳感器一種實施例的結構示意圖，其中，
a是主視圖，b是側視圖，c是俯視圖2、圖3、圖4分別為對不同結構的回轉副和移動副進行摩擦系數(shù)測 試時傳感器的安裝結構示意圖。
圖中，l.探測針，2.切向力彈性體，3.正壓力彈性體，4.第一彈性鉸鏈， 5.第二彈性鉸鏈，6.剛性塊，7.緊固件，8.支座，9.電阻應變計，IO.被測運 動構件。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。
如圖l所示，本發(fā)明的傳感器包括探測針1及緊固件7、 二維力敏感元
件、粘貼式電阻應變計9。支座8、切向力彈性體2和正壓力彈性體3、剛性 塊6組成二維力敏感元件，其連接關系為切向力彈性體2與剛性塊6平行， 二者之間通過第一彈性鉸鏈4連接，正壓力彈性體3與剛性塊6垂直，二者 之間通過第二彈性鉸鏈5連接，切向力彈性體2和正壓力彈性體3均與支座 8 —體。該二維力敏感元件為一體加工的非組合元件。探測針1與剛性塊6 通過螺紋實現(xiàn)可調剛性連接，并通過緊固件7緊固，與二維力敏感元件組成 一體結構。在二維力敏感元件的力敏感部位貼有電阻應變計9，分別組成測 量電橋。
探測針1將測量點上的力傳遞給二維力敏感元件，第一彈性鉸鏈4和第 二彈性鉸鏈5實現(xiàn)了正壓力和切向力的解耦合，切向力彈性體2和正壓力彈 性體3分別感受切向力和正壓力而產生應變，測量電橋將應變轉換為電信號 輸出。根據(jù)傳感器的標定曲線則可得到測量點的切向力和正壓力，進而可計 算出測量點的摩擦系數(shù)。
應用時，將傳感器固定于被測運動副的一個構件上，如圖2、圖3、圖4 所示，調整探測針1及緊固件7，保證探測針1與被測運動構件10始終接觸 并有一定的預緊力。
本發(fā)明利用探測針實現(xiàn)力的傳遞，采用螺紋連接固定于二維力敏感元件 的剛性塊上，二者的中心線重合，且使用緊固裝置緊固。本發(fā)明的結構有如 下優(yōu)點更換探測針即可實現(xiàn)對不同材料運動副的摩擦進行檢測；可實現(xiàn)預 緊力的調整，進而可調節(jié)傳感器的靈敏度；對探測針的磨損可方便的進行補 償，以保證測量的精確性；提高了傳感器的壽命和經(jīng)濟性；緊固裝置保證了 測量過程中連接部位不發(fā)生松動，用以保證測量精確度。
二維力敏感元件由支座8、切向力彈性體2和正壓力彈性體3、剛性塊6
組成，這四者中心線共面。第一彈性鉸鏈4消除了正壓力對切向力彈性體2 應變的影響，而第二彈性鉸鏈5消除了切向力對正壓力彈性體3應變的影響，
從而實現(xiàn)了測量過程中切向力和正壓力的解耦合。此外，由于傳感器中探測 針與彈性體為一體結構，從而消除了傳感器中探測針與彈性體之間的反向間
隙和摩擦，因此不但提高了傳感器的檢測精度，而且實現(xiàn)了速度反向區(qū)摩擦 系數(shù)的連續(xù)動態(tài)測量。
權利要求
1.一種探測針式摩擦力傳感器，包括探測針(1)、固定探測針(1)的緊固件(7)、與探測針(1)相連接的二維力敏感元件和電阻應變計(9)，其特征在于，所述的二維力敏感元件包括支座(8)，支座(8)上固定有剛性塊(6)，還包括與支座(8)連為一體的切向力彈性體(2)和正壓力彈性體(3)，所述的切向力彈性體(2)與剛性塊(6)相平行，并與剛性塊(6)鉸接，所述的正壓力彈性體(3)與剛性塊(6)相垂直，并與剛性塊(6)鉸接，所述的支座(8)、切向力彈性體(2)、正壓力彈性體(3)和剛性塊(6)四者的中心線共面，所述的探測針(1)與剛性塊(6)為可調剛性連接，所述的電阻應變計(9)粘貼在切向力彈性體(2)和正壓力彈性體(3)的力敏感部位。
全文摘要
本發(fā)明公開的探測針式摩擦力傳感器，包括探測針、緊固件、二維力敏感元件和電阻應變計，二維力敏感元件由支座、剛性塊和與支座連為一體的切向力彈性體和正壓力彈性體組成，切向力彈性體與剛性塊相平行，并與剛性塊鉸接，正壓力彈性體與剛性塊相垂直，并與剛性塊鉸接，支座、切向力彈性體、正壓力彈性體和剛性塊四者的中心線共面，探測針與剛性塊為可調剛性連接，電阻應變計粘貼在切向力彈性體和正壓力彈性體的力敏感部位。本發(fā)明的傳感器實現(xiàn)了二維力的解耦合，解決了現(xiàn)有摩擦力傳感器中存在的摩擦和反向間隙的難題，提高了檢測精度，實現(xiàn)了在速度反向區(qū)運動副摩擦系數(shù)的連續(xù)動態(tài)測量。適用于回轉副和移動副中正壓力、摩擦力和摩擦系數(shù)的檢測。
文檔編號G01L1/22GK101178332SQ20071019920
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權日2007年12月13日
發(fā)明者劉宏昭, 原大寧, 李仁軍, 李鵬飛, 王建平 申請人:西安理工大學