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扭矩測(cè)量

作者: 時(shí)間:2011-12-15 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

由力和力臂的乘積來(lái)定義,單位是Nm。轉(zhuǎn)軸應(yīng)變和

測(cè)量轉(zhuǎn)軸兩橫截面相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的方法最常用。

10.2.1應(yīng)變式扭矩測(cè)量

由材料力學(xué)知,當(dāng)受扭矩作用時(shí),軸表面有最大剪應(yīng)力τmax。軸表面的單

元體為純剪應(yīng)力狀態(tài),在與軸線成45度的方向上有最大正應(yīng)力σ1和σ2,

其值為|σ1|=|σ2|=τmax。相應(yīng)的變形為ε1和ε2,當(dāng)測(cè)得應(yīng)變后,

便可算出τmax。測(cè)量時(shí)應(yīng)變片沿與軸線成45°的方向粘貼。

若測(cè)得沿45°方向的應(yīng)變ε1,則相應(yīng)的剪應(yīng)變?yōu)?/FONT>

(10.19)

式中:

E—材料的彈性模量;

μ—材料的泊松比;

于是,軸的扭矩為

(10.20)

式中:

Wn—材料的抗扭模量。

對(duì)于實(shí)心圓軸

(10.21)

測(cè)扭時(shí),電阻應(yīng)變計(jì)須沿主應(yīng)變ε1ε2的方向(與軸線成45°及135°夾角)。應(yīng)變計(jì)的布置及組橋方式應(yīng)考慮靈敏度、溫度補(bǔ)償及抵消拉、壓及彎曲等非測(cè)量因素干擾的要求

扭矩測(cè)量信號(hào)的傳輸

1. 扭矩測(cè)量的集電裝置

旋轉(zhuǎn)件如轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變測(cè)量,需要解決信號(hào)傳送的問(wèn)題。粘貼在旋轉(zhuǎn)件上的應(yīng)變片和電橋?qū)Ь€隨旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng),而應(yīng)變儀等測(cè)量記錄儀器是固定的。除采用遙測(cè)方式以外,需要有集電裝置。

集電裝置由兩部份組成:與應(yīng)變片相連,隨旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)的集流環(huán)(滑環(huán))和與外部測(cè)量?jī)x器相連,壓靠在滑環(huán)上的電刷(拉線)。集流裝置應(yīng)準(zhǔn)確可靠地傳遞應(yīng)變信號(hào),防止干擾減少測(cè)量誤差。集流環(huán)與電刷之間接觸電阻的變化是產(chǎn)生干擾,影響正常測(cè)量的主要因素(對(duì)集電裝置的一般要求)。

集電裝置種類、形式很多,其原理、結(jié)構(gòu)與電機(jī)的集電裝置相同。常用的集電裝置有

拉線式電刷式兩種形式

2. 無(wú)線傳輸方式

無(wú)線傳輸方式可以克服有線傳輸?shù)娜秉c(diǎn),得到越來(lái)越多的應(yīng)用。它分為電波收發(fā)方式和光電脈沖傳輸方式。這兩種方式從使用的角度來(lái)看都取消了中間接觸環(huán)節(jié),導(dǎo)線和專門的集流裝置。電波收發(fā)方式測(cè)量系統(tǒng)要求可靠的發(fā)射、接收和遙測(cè)裝置,且其信號(hào)容易受到干擾;而光電脈沖測(cè)量抗干擾能力較強(qiáng),它是把測(cè)試數(shù)據(jù)數(shù)字化后以光信號(hào)的形式從轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)量盤傳送到固定的接收器上,然后經(jīng)解碼器后還原為所需的信號(hào)。

扭矩的測(cè)量 (二)

拉線式集電裝置

拉線式集電裝置的結(jié)構(gòu)如左圖( 拉線式集電裝置),將兩個(gè)半圓形尼龍滑環(huán)4用螺栓9固定在轉(zhuǎn)軸上?;h(huán)的外圓加工有4條溝槽,槽內(nèi)嵌有黃銅或鈹青銅帶5。兩個(gè)半圓形滑環(huán)上的4條銅帶端部對(duì)頭焊接,并將轉(zhuǎn)軸上粘貼的應(yīng)變片電橋端點(diǎn)引線焊接至該處。拉線6置于滑環(huán)之上,并經(jīng)絕緣子7用彈簧8拉緊固定,在拉線6上焊接引線連至測(cè)量?jī)x。拉線6多采用裸鋼絲編織扁線(從屏蔽電纜線上剝離下的屏蔽網(wǎng))。(安裝拉線式集電裝置的注意事項(xiàng) )

安裝拉線式集電裝置的注意事項(xiàng)

(1) 固緊滑環(huán),不得有任何松動(dòng),滑環(huán)的四個(gè)滑道特別是端頭焊點(diǎn)應(yīng)光滑平整,滑環(huán)平面與轉(zhuǎn)軸嚴(yán)格垂直。

(2) 若拉線在轉(zhuǎn)軸上的包角太小,轉(zhuǎn)軸會(huì)有徑向跳動(dòng)而脫離接觸,包角太大會(huì)加劇磨損,一般應(yīng)使包角在30°~90°之間。

(3) 拉線彈簧張力太小,則接觸電阻加大甚至接觸不好;張力太大,則磨損過(guò)快。要適當(dāng)調(diào)整彈簧張力。

(4) 為減少磨損,常在滑道上加入少量凡士林或與石墨碳刷粉末混合物。

(5) 拉線固定方式應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)條件而定。對(duì)于高速轉(zhuǎn)軸或正反換向轉(zhuǎn)軸應(yīng)雙端固定。

電刷式集電裝置

電刷式集電裝置的結(jié)構(gòu)如左圖(電刷式集電裝置)所示。為了保證電刷與滑環(huán)接觸良好,減少接觸電阻,在每條滑道上應(yīng)對(duì)稱配置多個(gè)并接在一起的電刷,且使各電刷用彈簧壓緊滑道。其壓緊力應(yīng)適當(dāng),一般應(yīng)在0.2~0.6MPa。電刷材料多用含銀石墨,也可用鈹青銅片。

其它扭矩測(cè)量方法

1. 壓磁式扭矩傳感器(壓磁式扭矩測(cè)量的原理)

壓磁式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖,它是利用軸受扭時(shí)材料導(dǎo)磁率的變化測(cè)量扭矩。其特點(diǎn)是可以非接觸測(cè)量,使用方便,但要求旋轉(zhuǎn)過(guò)程不出現(xiàn)徑向跳動(dòng),否則鐵芯與轉(zhuǎn)軸間隙改變,會(huì)造成測(cè)量誤差甚至破壞測(cè)量設(shè)備。

2. 磁電感應(yīng)式扭矩傳感器(磁電感應(yīng)式扭矩傳感器的原理)

磁電感應(yīng)式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖,它是在轉(zhuǎn)軸上固定兩個(gè)齒輪,通過(guò)其所在橫截面之間相對(duì)扭轉(zhuǎn)角來(lái)測(cè)量扭矩。

3. 光電式扭矩傳感器(光電式扭矩測(cè)量的原理)

光電式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖,它是在轉(zhuǎn)軸上固定兩只圓盤光柵,通過(guò)兩光柵之間相對(duì)扭轉(zhuǎn)角來(lái)測(cè)量扭矩。

光電式扭矩傳感器

如左圖(光電式扭矩傳感器)所示,在轉(zhuǎn)軸4上固定兩只圓盤光柵3,在不承受扭矩時(shí),兩光柵的明暗區(qū)正好互相遮擋,光源1的光線沒(méi)有透過(guò)光柵照射到光敏元件2,無(wú)輸出信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭矩后,轉(zhuǎn)軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)角,部份光線透過(guò)光柵照射到光敏元件上產(chǎn)生輸出信號(hào)。扭矩愈大,扭轉(zhuǎn)角愈大,穿過(guò)光柵的光通量愈大,,輸出信號(hào)愈大,從而可實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量。


磁電感應(yīng)式扭矩傳感器

如左圖( 磁電感應(yīng)式扭矩傳感器)所示,在轉(zhuǎn)軸上固定兩個(gè)齒輪1和2,它們的材質(zhì)、尺寸、齒形和齒數(shù)均相同。永久磁鐵和線圈組成的磁電式檢測(cè)頭3和4對(duì)著齒頂安裝。當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí),兩線圈輸出信號(hào)相同,相位差為零。轉(zhuǎn)軸承受扭矩后,相位差不為零,且隨兩齒輪所在橫截面之間相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的增加而加大,其大小與相對(duì)扭轉(zhuǎn)角、扭矩成正比。

鐵磁材料的轉(zhuǎn)軸受扭矩作用時(shí),導(dǎo)磁率發(fā)生變化。上圖( 壓磁式扭矩傳感器)中,分別繞有線圈AB,其中A-A沿軸線,B-B沿垂直于軸線放置,彼此互相垂直。兩個(gè)鐵芯的開口端與轉(zhuǎn)軸表面保持1-2mm空隙,當(dāng)A-A線圈通入交流電,形成通過(guò)轉(zhuǎn)軸的交變磁場(chǎng)。

當(dāng)轉(zhuǎn)軸不受扭矩時(shí),磁力線和B-B線圈不交鏈;轉(zhuǎn)軸受扭矩作用時(shí),轉(zhuǎn)軸材料導(dǎo)磁率變化,沿正應(yīng)力方向磁阻減小,沿負(fù)應(yīng)力方向磁阻增大,從而使磁力線分布改變,使部分磁力線與B-B線圈交鏈,并在B-B線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)隨扭矩增大而增大,并在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系。

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