CN219736628U - 轮辐式剪切传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种轮辐式剪切传感器，包括：轮毂、轮辐、轮圈以及应变贴片。三个轮辐固定连接在轮毂上，轮圈固定连接在轮辐上，轮辐上开设第二通孔。通过设置三个轮辐来降低成本，通过开设第二通孔使得应力集中在第二通孔的周向两侧。由此，提高了本申请的测量精度。并且由于轮辐数量少，每个轮辐的宽度增加，使得每个轮辐的一面可以贴两个应变贴片。由此，进一步的提高了本申请的测量精度。

Description

轮辐式剪切传感器

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种轮辐式剪切传感器。

背景技术

轮辐式剪切传感器通常用于压力或拉力的测量，通过外接的方式对轮辐式剪切传感器施加压力或拉力，使得轮辐式剪切传感器内部的轮辐产生微量的形变，并通过在应力集中处设置应变贴片，使其形成变换电路，可将轮辐结构产生形变量转化为电信号，使用者可以根据电信号得到拉力或压力的大小。通常增加轮辐式剪切传感器的轮辐数量可以提高轮辐式剪切传感器的精度。然而轮辐式剪切传感器的价格与轮辐的数量是呈正相关的。

因此行业内亟需一款低成本高精度的轮辐式剪切传感器。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提出了一种轮辐式剪切传感器。能够满足在低成本的情况下维持相对高的精度。

根据本申请的一方面，提供了一种轮辐式剪切传感器，包括：轮毂、轮辐、轮圈以及应变贴片。轮毂为圆柱体结构，轮毂的顶面设置有安装部，安装部的顶面开设有第一通孔。轮辐呈板状结构，轮辐的表面开设有第二通孔，三个轮辐均匀的布设在轮毂的外立面。应变贴片与轮辐固定连接，应变贴片的位置在第二通孔的周向两侧。轮圈为环状结构，轮圈与轮辐远离轮毂的一端固定连接。

有一种可能的实现方式中，轮辐为斧状结构，且轮辐从轮圈中心至外周宽度先缩小后增大，轮辐的斧刃一侧与轮圈的内侧连接，轮辐的斧背一侧与轮毂连接。

有一种可能的实现方式中，应变贴片为长方形结构，应变贴片分别设置在轮辐的上表面、下表面的对应位置，应变贴片包括：第一应变贴片以及第二应变贴片。第一应变贴片的长度方向的延长线与第一应变贴片的中心和轮毂同水平轴心连线呈45°夹角。第二应变贴片的长度方向的延长线与第二应变贴片的中心和轮毂同水平轴心连线呈-45°夹角。

有一种可能的实现方式中，轮圈为圆环形结构，轮圈与轮毂同轴设置，轮圈的底面具有凸起环。

有一种可能的实现方式中，轮圈的顶面开设有第三通孔，第三通孔的开设方向与第一通孔的开设方向相同。

有一种可能的实现方式中，第三通孔为六个，六个第三通孔均匀排布在轮圈上，且第三通孔穿过凸起环。

有一种可能的实现方式中，第二通孔为长圆孔，第二通孔的长度方向沿垂直于第二通孔所在轮毂处的半径方向设置。

有一种可能的实现方式中，轮辐与轮毂的连接处具有第一过渡圆角。

有一种可能的实现方式中，轮辐与轮圈的连接处具有第二过渡圆角。

有一种可能的实现方式中，第一应变贴片在轮辐的周向相间设置，第二应变贴片在轮辐周向相间设置。

本申请的有益效果：本申请通过设置三条轮辐来降低成本，通常轮辐受力条件的变化所引起的测力误差的实质是轮辐贴片部位周向的应力分布不均匀，在承载强度足够的条件下，如果将轮辐贴片部位周向上不贴片的部分挖空，便可以使得应力更大程度的集中在未挖空的部位。所以需要设置第二通孔来集中应力至第二通孔的周向两侧。由此来提升轮辐式剪切传感器的静态特性，进一步增加测量精度。

传统的轮辐式剪切传感器受限于轮辐的宽度因素在每个轮辐上仅设置一个应力贴片，而本申请通过在宽阔的轮辐上开设第二通孔使得应力集中在第二通孔的周向两侧，并在第二通孔的两侧分别设置应变贴片，贴片部位具有较高的应力(应变)水平，应变贴片可测量本申请上受力最敏感的部分。这样的设计使得三轮辐的轮辐式剪切传感器起到了与六轮辐的轮辐式剪切传感器同等级的测量精度。

之所以选择三轮辐而不是更多轮辐，是由于平面有限，三轮辐间距较大，轮辐可以做的足够宽，这种情况下开设的第二通孔才可以起到集中应力的作用。且轮辐的形状设置有弧度，对应力变化起过渡作用，相对来说受力能力较好。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本申请的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本申请的原理。

图1示出本申请实施例的轮辐式剪切传感器的主体结构图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

图1示出本申请实施例的轮辐式剪切传感器的主体结构图。

如图1所示，该轮辐式剪切传感器包括：轮毂10、轮辐20、轮圈30以及应变贴片。轮毂10为圆柱体结构，轮毂10的顶面设置有安装部11，安装部11的顶面开设有第一通孔12。轮辐20呈板状结构，轮辐20的表面开设有第二通孔21，三个轮辐20均匀的布设在轮毂10的外立面。应变贴片与轮辐20固定连接，应变贴片的位置在第二通孔21的周向两侧。轮圈30为环状结构，轮圈30与轮辐20远离轮毂10的一端固定连接。

在此实施例中，通过设置三条轮辐20来降低成本，通常轮辐20受力条件的变化所引起的测力误差的实质是轮辐20贴片部位周向的应力分布不均匀，在承载强度足够的条件下，如果将轮辐20贴片部位周向上不贴片的部分挖空，便可以使得应力更大程度的集中在未挖空的部位。所以需要设置第二通孔21来集中应力至第二通孔21的周向两侧。由此来提升轮辐式剪切传感器的静态特性，进一步增加测量精度。

传统的轮辐式剪切传感器受限于轮辐20的宽度因素在每个轮辐20上仅设置一个应力贴片，而本申请通过在宽阔的轮辐20上开设第二通孔21使得应力集中在第二通孔21的周向两侧，并在第二通孔21的两侧分别设置应变贴片，贴片部位具有较高的应力(应变)水平，应变贴片可测量本申请上受力最敏感的部分。这样的设计使得三轮辐20的轮辐式剪切传感器起到了与六轮辐20的轮辐式剪切传感器同等级的测量精度。

之所以选择三轮辐20而不是更多轮辐20，是由于平面有限，三轮辐20间距较大，轮辐20可以做的足够宽，这种情况下开设的第二通孔21才可以起到集中应力的作用。且轮辐20的形状设置有弧度，对应力变化起过渡作用，相对来说受力能力较好。

在其中一个具体实施例中，轮辐20为斧状结构，且轮辐20从轮圈30中心至外周宽度先缩小后增大，轮辐20的斧刃一侧与轮圈30的内侧连接，轮辐20的斧背一侧与轮毂10连接。在此设计中，相较于传统的轮辐式剪切传感器所采用的矩形轮辐20，本申请的轮辐20为斧状的轮辐20，对比传统轮辐20，斧状轮辐20具有增加抗偏心载荷和水平侧载能力，对传感器所受的力进行了过渡，增加了可靠性。同时降低了传感器在特殊情况下所发生的疲劳断裂的概率。并且提高了轮辐式剪切传感器的静态性能。并且由于轮辐20宽度的增加，也使得本申请在相同体积的情况下实现更大的量程。

在其中一个具体实施例中，应变贴片为长方形结构，应变贴片分别设置在轮辐20的上表面、下表面的对应位置，应变贴片包括：第一应变贴片41以及第二应变贴片42。第一应变贴片41的长度方向的延长线与第一应变贴片41的中心和轮毂10同水平轴心连线呈45°夹角。第二应变贴片42的长度方向的延长线与第二应变贴片42的中心和轮毂10同水平轴心连线呈-45°夹角。在此设计中，之所以应变贴片要呈±45°夹角，是由材料力学可知，应变贴片在±45°方向上，分别受拉压应力时，一面的应变片贴在受拉方向，另一面的应变片贴在受压方向。一般每对轮辐20的2个受拉应变片串联在一个桥臂，2个受压应变片串联成相邻臂，这种组桥在一定程度上也能消除偏载的影响。在三轮辐20挖孔的两侧贴片上可以区分出不同组桥并可以分别建立双倍的组桥，对偏载性能改善有显著提升。进一步的增加了本申请的精度。

在其中一个具体实施例中，轮圈30为圆环形结构，轮圈30与轮毂10同轴设置，轮圈30的底面具有凸起环。

在其中一个具体实施例中，轮圈30的顶面开设有第三通孔31，第三通孔31的开设方向与第一通孔12的开设方向相同。

在其中一个具体实施例中，第三通孔31为六个，六个第三通孔31均匀排布在轮圈30上，且第三通孔31穿过凸起环。在此设计中，第三通孔31的数量是轮辐20的二倍。第三通孔31适用于安装支撑组件，可以降低本申请对安装基面平整度的要求，而且也便于安装固定。

在其中一个具体实施例中，第二通孔21为长圆孔，第二通孔21的长度方向沿垂直于第二通孔21所在轮毂10处的半径方向设置。在此设计中，发明人根据有限元仿真得出第二通孔21的的最优形状为长圆孔，当第二通孔21的形状为长圆孔时最有利于应力集中。

在其中一个具体实施例中，轮辐20与轮毂10的连接处具有第一过渡圆角。在此设计中，第一过渡圆角可以进一步增加结构强度，减少断裂的概率。

在其中一个具体实施例中，轮辐20与轮圈30的连接处具有第二过渡圆角。在此设计中，第二过渡圆角可以进一步增加结构强度，减少断裂的概率。

在其中一个具体实施例中，第一应变贴片41在轮辐20的周向相间设置，第二应变贴片42在轮辐20周向相间设置。在此设计中，同一轮辐20的同一端面的两个应变贴片的粘贴方向不同。

需要说明的是，尽管以图1作为示例介绍了轮辐式剪切传感器如上，但本领域技术人员能够理解，本申请应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定轮辐式剪切传感器，只要满足需求即可。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种轮辐式剪切传感器，其特征在于，包括：轮毂、轮辐、轮圈以及应变贴片；

所述轮毂为圆柱体结构，所述轮毂的顶面设置有安装部，所述安装部的顶面开设有第一通孔；

所述轮辐呈板状结构，所述轮辐的表面开设有第二通孔，三个所述轮辐均匀的布设在所述轮毂的外立面；

所述应变贴片与所述轮辐固定连接，所述应变贴片的位置在所述第二通孔的周向两侧；

所述轮圈为环状结构，所述轮圈与所述轮辐远离所述轮毂的一端固定连接。

2.根据权利要求1所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述轮辐为斧状结构，且所述轮辐从所述轮圈中心至外周宽度先缩小后增大，所述轮辐的斧刃一侧与所述轮圈的内侧连接，所述轮辐的斧背一侧与所述轮毂连接。

3.根据权利要求2所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述应变贴片为长方形结构，所述应变贴片分别设置在所述轮辐的上表面、下表面的对应位置，所述应变贴片包括：第一应变贴片以及第二应变贴片；

所述第一应变贴片的长度方向的延长线与所述第一应变贴片的中心和所述轮毂同水平轴心连线呈45°夹角；

所述第二应变贴片的长度方向的延长线与所述第二应变贴片的中心和所述轮毂同水平轴心连线呈-45°夹角。

4.根据权利要求1所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述轮圈为圆环形结构，所述轮圈与所述轮毂同轴设置，所述轮圈的底面具有凸起环。

5.根据权利要求4所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述轮圈的顶面开设有第三通孔，所述第三通孔的开设方向与所述第一通孔的开设方向相同。

6.根据权利要求5所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述第三通孔为六个，六个所述第三通孔均匀排布在所述轮圈上，且所述第三通孔穿过所述凸起环。

7.根据权利要求1所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述第二通孔为长圆孔，所述第二通孔的长度方向沿垂直于所述第二通孔所在所述轮毂处的半径方向设置。

8.根据权利要求1所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述轮辐与所述轮毂的连接处具有第一过渡圆角。

9.根据权利要求1所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述轮辐与所述轮圈的连接处具有第二过渡圆角。

10.根据权利要求3所述的轮辐式剪切传感器，其特征在于，所述第一应变贴片在所述轮辐的周向相间设置，所述第二应变贴片在所述轮辐周向相间设置。