[发明专利]一种轴向预紧力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴向力传感器，该轴向力传感器适用于测量轴向压力或轴向预紧力，尤其适用于测量机械装备中，对滚珠丝杠有预拉伸要求的测力场合。 

背景技术

本发明属于轴向力测量领域。目前，许多高端装备中运动部件的驱动都采用滚珠丝杠副，滚珠丝杠的轴向刚度和受热伸缩性对运动部件的动态精度有着重要影响。为了提高滚珠丝杠的轴向刚度并减小热伸长对运动部件动态精度的影响，实践中，滚珠丝杠多采用预拉伸安装方式，滚珠丝杠的预拉伸力变化范围大，从几千牛到上万牛。现有的轴向力传感器多采用压电式传感器，不能测量静态力，而其他轴向力传感器受安装方式的限制，难以安装在滚珠丝杠两端的轴承座一侧，或者受测力范围小等因素的制约，不能满足大预紧力的测量需要，所以发明一种适应性较强的轴向预紧力传感器十分必要。 

在测量轴向力的传感器中，压电式测力传感器是以电介质的压电效应为基础，在外力作用下，电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。压电式测力传感器虽然具有频带宽、信噪比高等优点，但是在滚珠丝杠的轴向预拉伸力测量中，一般需要测出静态的轴向力，而压电测力传感器不能测量静态力。电容式测力传感器是以电容器为原理，将被测的非电量转化成电容量的变化，进而实现非电量的转换与测量。虽然电容式传感器具有非接触测量、本身发热影响小等优点，但是在测量轴向预紧力时容易引起传感器的非线性输出，同时寄生电容的存在会降低转换效率，引起测量误差。 

本发明所述的轴向力传感器属于金属应变式传感器，是电阻应变式传感器的一种，具有原理清晰、适用范围广、使用安装方便等优点。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴向预紧力传感器，特别适用于滚珠丝杠动态特性参数测试装置中丝杠的轴向预拉伸力的测量。 

本发明轴向预紧力传感器属于金属应变式传感器，工作原理是基于电阻应变效应，通过测量电路与传感器配合可以测出轴向预紧力大小。实际设计中，弹性敏感元件上粘贴4个箔式应变片，其粘贴方式是两个沿轴向，两个沿周向，沿周向粘贴的应变片其温度补偿片的作用。 

实现本发明的方案为：包括调整垫片、带有凸台和螺纹孔的左端盖、弹性敏感元件、应变片、带有凸台和轴向孔槽的右端盖、推力球轴承、右端盖上的轴向孔槽、螺钉、封装外壳上的引线孔、封装外壳和螺钉。调整垫片可用来调整传感器在被测轴上的轴向位置，在实际测量中，可根据情况放置若干。带有凸台的左、右端盖用来支撑弹性敏感元件、承受轴向力，并与传感器外壳一起对弹性敏感元件及电阻应变片起密封保护作用，可以有效地阻止传感器安装处的润滑剂和外界的污物、灰尘等进入封装的弹性敏感元件处，避免应变片在工作过程中受到干扰而引起误差。推力球轴承安装在传感器的一侧，座圈与施加预紧力的螺母接触，轴圈与右端盖接触，实际测量中，轴向预紧力通过推力球轴承施加到右端盖上，推力球轴承有效地隔离了弹性敏感元件可能承受的附加周向扭转力，同时，防止了预紧螺母旋转可能引起的应变片引出线缠绕传感器问题。传感器封装外壳上设有带橡皮圈的引线孔，既便于引线的引出，又能在引线孔处起密封作用，防止外界污物进入弹性敏感元件处，在测量时减少了误差，保证了测量精度。传感器左、右端盖与封装外壳用两个螺钉连接，右端盖上加工有轴向孔槽9，在施加轴向预紧力的过程中，该轴向孔槽允许右端盖和弹性敏感元件产生轴向位移和轴向应变，同时，当右端盖有周向运动趋势时，通过螺钉10传递给封装外壳及螺钉13，进而把这种运动趋势传递给左端盖，这样左端盖和右端盖有同样的运动趋势，从而消减传递到弹性敏感元件上的周向附加应变。 

传感器的具体工作过程：传感器左、右端盖内径与被测轴配合安装，端盖凸台支撑弹性敏感元件，弹性敏感元件上贴有电阻应变片，调整垫片用来调整传感器在被测轴上的轴向位置。被测过程中，螺母施加预紧力时先与推力球轴承的座圈接触，座圈与螺母一起旋转，同时把螺母的轴向预紧力传递给推力球轴承的轴圈，进而传递给传感器右端盖与弹性敏感元件。传感器与丝杠支撑座14接触，当螺母施加预紧力时，传感器整体往支撑座方向移动，由于反作用力，传感器左右端盖将施加的轴向预紧力传递到弹性敏感元件上，此时，贴在弹性敏感元件表面上的应变片随同弹性敏感元件一起发生应变，应变片所接引线通过封装外壳上的引线孔把应变片电阻值的变化引出，这种电阻变化经过后续测量电路的转换即可测出轴向力的大小。