專利名稱：測試萬向節軸向力的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械組件的結構強度測試方法，具體涉及測試萬向節軸向力的方法及裝置。
背景技術：
萬向節即萬向接頭，是汽車、飛機、例如挖掘機、推土機等大型工程機械的萬向連接的關鍵部件，連接在需要改變傳動軸線方向的位置，是用以實現變角度聯接及載荷傳遞的組件。對于不同用途的萬向節在結構上會存在差異，但其作用原理都基本相同。如圖1 所示，在圖1中給出了一種典型的萬向節結構，其包括前軸套10、后軸套30，以及連接前軸套10和后軸套30之間的萬向節環20。萬向節在使用前需經過疲勞試驗考核以及外場載荷監視等，其中都需要對軸向力進行測試，以確保萬向節能夠安全工作。如圖2a和2b所示，在傳統的測試方法中，通常將四個單向應變計1、2、3、4兩兩對應地粘貼在后軸套30上，采用傳統軸類零件軸向力測試的組橋方法進行測試，單向應變計1、3沿軸向力方向布置，以測量軸向力，單向應變計3、4橫向布置，以進行溫度補償。在現有的這種測試方法的具體操作過程中，由于后軸套30的橫截面積較大，會產生應變輸出小、受其它載荷干擾大的缺點，進而影響軸向力的測試精度。

發明內容
為了解決現有技術中萬向節軸向力測試方法精度差的問題，本發明提供一種測試萬向節軸向力的方法及裝置。適用于本發明提供的測試萬向節軸向力方法的萬向節包括前軸套、后軸套和連接在它們之間的萬向節環。根據本發明的一個方面提供的測試萬向節軸向力的方法是將應變計組件貼在萬向節環上進行測量。進一步地，采用測量扭轉應力的電阻應變式傳感器進行測量，該電阻應變式傳感器與所述應變計組件相連。進一步地，將應變計貼在萬向節環支臂上橫截面積最小的部位。進一步地，所述應變計組件包括四個單向應變計，其中，每兩個單向應變計集成為一組，兩組單向應變計對應地貼在支臂橫截面積最小部位的內側和外側。進一步地，每組單向應變計中兩個單向應變計的敏感柵的延伸線成“V”字形或 “人”字形排列。進一步地，“V”字形或“人”字形的夾角成90度。進一步地，每組單向應變計中兩個單向應變計的敏感柵向外延伸的方向與萬向節環支臂的延伸方向成45度。進一步地，應變計接通惠斯通電橋時，位于萬向節環同側的兩個單向應變計在電橋中為鄰臂。
根據本發明的另一個方面提供一種測試萬向節軸向力的裝置，包括測量扭轉應力的電阻應變式傳感器，應變計組件，與電阻應變式傳感器相連，應變計組件包括四個單向應變計，其中，每兩個單向應變計集成為一組，每組單向應變計中兩個單向應變計的敏感柵成“V”字形或“人”字形排列，應變計組件貼在被測試的萬向節的萬向節環上；每組單向應變計中的兩個單向應變計在惠斯通電橋中為鄰臂。進一步地，應變計組件貼在萬向節環支臂上橫截面積最小的部位。在萬向節組件中，選擇截面小的萬向節環截面部位進行應變計粘貼，不直接用軸向力應變測量方式，而采用測量剪切扭轉應變的組橋方式進行測量，從而間接轉換測量出通過萬向節的軸向力。該方式具有測量應變大、輸出靈敏度高、受其它載荷干擾小的優點。


說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是現有技術中典型萬向節的結構示意圖；圖2a和圖2b是應變計貼在萬向節后軸套貼上從不同方向的應變計的位置示意圖；圖3a是適用于本發明測試萬向節軸向力的萬向節環的主視結構示意圖；圖3b是根據圖3a中A-A線的剖視結構示意圖；圖3c是根據圖3a中B方向觀察所得到的結構示意圖；圖4是用于本發明的一具體實施例應變橋的示意圖；以及圖5是用于本發明的另一具體實施例應變橋的示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。在本發明中提供了一種測試萬向節軸向力的方法，該方法適用于具有與圖1中所示萬向節作用原理相同的萬向節。這種萬向節包括前軸套10、后軸套30以及連接在它們之間的具有環狀結構的萬向節環20。如圖3a所示，一種適用于本發明所提供的測試萬向節軸向力的方法的萬向節環 20，該萬向節環20具有環形結構，其內周為圓形，外周為基于正方形去除四個角形成的八邊形。該萬向節環20包括四個角區域22以及連接在角區域22之間的支臂21。在角區域 22上設有連接孔23，前軸套10和后軸套30分別通過連接孔23與萬向節環20相連。在本發明的一種典型實施方式中，該測試萬向節軸向力的方法是將應變計組件貼在萬向節環上，然后采用傳統的測量扭轉應力的電阻應變式傳感器進行測量，該電阻應變式傳感器與所述應變計組件相連。優選地，將應變計貼在萬向節環20支臂21上截面積最小的部位。支臂21對稱軸所處的部位具有最小的橫截面積。圖3a_3c從不同的角度示出了本發明提供的測試萬向節軸向力的方法中應變計在萬向節環20上的位置，其中，圖3b是根據圖3a中A-A線的剖視結構示意圖；圖3c是根據圖3a中B方向觀察所得到的結構示意圖。本發明采用的應變計組件包括四個單向應變計，其中，每兩個單向應變計集成為一組，兩組單向應變計對應地貼在支臂橫截面積最小部位的內側和外側。每組單向應變計中兩個單向應變計的按敏感柵的延伸線成“V”字形排列， 便于測量出士45°方向上的應變。優選地，該“V”字形的夾角成90度，因為當“V”字形的夾角成90°時，測出相互獨立的垂直90°方向上的主應變。優選地，上述應變計組件中單向應變計與其所貼的支臂延伸方向成45度，當選取此角度時，能夠使應變片敏感柵的方向沿局部主應力的方向，可以測到較大的應變輸出。在本發明中，上述應變計組件接通惠斯通電橋時，位于萬向節環同側的兩個單向應變計在電橋中為鄰臂，因為按照扭轉剪切的應力測量方式，所以同側的兩個單向應變計在電橋中為鄰臂。具體地說，兩個處于對臂的單向應變計，作用疊加；兩個處于其鄰臂的單向應變計，作用相減。該應變橋輸出與整體萬向節的軸向力成正比，該處測量的應變輸出大且受其它載荷影響小。應變橋輸出與軸向力之間采用軸向力加載標定的方式來得到其靈敏系數。兩組單向應變計對應地貼在支臂橫截面積最小部位的內側和外側，組單向應變計的按敏感柵軸向成“V”字形排列，優選地，該“V”字形的夾角成90度。單向應變計與其所貼的支臂延伸方向成45度。在本發明中，不采用軸向力應變測量橋路，而采用剪切扭轉應變測量橋路。應變計接通惠斯通電橋時，位于萬向節環同側的兩個應變計貼片在電橋中為鄰臂。如圖4示出的本發明一具體實施例，其為全橋扭轉應力應變橋。該應變橋包括四個單向應變計1、2、3和4。單向應變計1和3處于對臂，作用疊加，單向應變計2和4處于單向應變計1和3的鄰臂，作用相減。該應變輸出與整體萬向節的軸向力成正比，該處測量的應變輸出大且受其它載荷影響小。如圖5所示的本發明另一具體實施例，單向應變計1和2 處于對臂，作用疊加，單向應變計3和4處于單向應變計1和2的鄰臂，作用相減。測量萬向節環局部的剪切應力，該應變輸出與整體萬向節的軸向力成正比，受其它載荷影響小。本發明還提供了一種測試萬向節軸向力的裝置，包括測量扭轉應力的電阻應變式傳感器；與電阻應變式傳感器相連的應變計組件，其中，應變計組件包括四個單向應變計， 每兩個單向應變計集成為一組，每組單向應變計中兩個單向應變計的敏感柵成“V”字形或 “人”字形排列，應變計組件貼在被測試的萬向節的萬向節環上；每組單向應變計中的兩個單向應變計在惠斯通電橋中為鄰臂。優選地，應變計組件貼在萬向節環支臂上橫截面積最小的部位。采用該裝置進行萬向節軸向力的測量，具有輸出靈敏度高，受其它載荷干擾小的優點。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種測試萬向節軸向力的方法，其特征在于，將應變計組件貼在萬向節環(20)上進行測量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，采用測量扭轉應力的電阻應變式傳感器進行測量，所述電阻應變式傳感器與所述應變計組件相連。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，將所述應變計組件貼在所述萬向節環 (20)支臂(21)上橫截面積最小的部位。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述應變計組件包括四個單向應變計，其中，每兩個所述單向應變計集成為一組，兩組所述單向應變計對應地貼在所述支臂(21)橫截面積最小部位的內側和外側。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，每組所述單向應變計中兩個單向應變計的敏感柵成“V”字形或“人”字形排列。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述“V”字形或“人”字形的夾角成90度。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，每組所述單向應變計中兩個單向應變計的敏感柵向外延伸的方向與所述萬向節環支臂(21)的延伸方向成45度。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，應變計接通惠斯通電橋時，位于所述萬向節環(20)同側的兩個所述單向應變計在電橋中為鄰臂。
9.一種測試萬向節軸向力的裝置，其特征在于，包括測量扭轉應力的電阻應變式傳感器；應變計組件，與所述電阻應變式傳感器相連，所述應變計組件包括四個單向應變計，其中，每兩個所述單向應變計集成為一組，每組所述單向應變計中兩個單向應變計的敏感柵成“V”字形或“人”字形排列，所述應變計組件貼在被測試的萬向節的萬向節環(20)上；每組所述單向應變計中的兩個所述單向應變計在惠斯通電橋中為鄰臂。
10.根據權利要求9所述的測試萬向節軸向力的裝置，其特征在于，所述應變計組件貼在所述萬向節環(20)支臂(21)上橫截面積最小的部位。
全文摘要
本發明公開了一種測試萬向節軸向力的方法及裝置。該測試萬向節軸向力的方法是將應變計組件貼在萬向節環(20)上進行測量。該方式具有測量應變大、輸出靈敏度高、受其它載荷干擾小的優點。
文檔編號G01L1/22GK102322988SQ201110145050
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者付亞斌, 李海平, 許煉, 陳建初, 高潔 申請人:中國航空動力機械研究所