專利名稱：一種分體式傾斜輻條輪輻扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可替換皮帶輪、鏈輪等傳動件的扭矩傳感器。
背景技術(shù)：
動力傳輸過程中扭矩的測量與檢測，是機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和自動控制的前提。傳統(tǒng)的扭矩傳感器多以傳動軸為敏感元件，將傳動軸的變形通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)換為電信號再進(jìn)行采集處理。為了克服軸式扭矩傳感器尺寸大，安裝時對中要求嚴(yán)格，易受附加彎矩影響等缺點(diǎn)，科技人員發(fā)明了通過測量皮帶輪、鏈輪等盤形傳動件輻條的變形獲得扭矩的輪輻式傳感器。而現(xiàn)有的輪輻式扭矩傳感器多為皮帶輪、鏈輪等直接改造而來(如中國專利扭轉(zhuǎn)機(jī)械驅(qū)動功率測量裝置CN200810115081.4 )，只能用于單一條件，通用性不強(qiáng)。而且其輻條多為法向，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足(如美國專利轉(zhuǎn)軸扭矩傳感器US6694828B1)，無法滿足大功率傳輸時的扭矩測量。因此，需要設(shè)計一種內(nèi)外環(huán)可拆卸的，輻條強(qiáng)度大的輪輻式扭矩傳感器，用于機(jī)械結(jié)構(gòu)大扭矩的實(shí)車測量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題:機(jī)械傳動系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)件的扭矩測量是系統(tǒng)載荷的常規(guī)檢測項目。本實(shí)用新型針對以往轉(zhuǎn)軸式扭矩傳感器軸向尺寸過大部分環(huán)境下無法使用，傳感器接入傳動軸后，與連接軸對中要求嚴(yán)格等不足，提出一種利用應(yīng)變片測量皮帶輪、鏈輪等盤形傳動件輻條變形獲得系統(tǒng)扭矩的傳感器。該型傳感器可通過更換與軸連接的內(nèi)環(huán)和與皮帶、鏈條連接的外環(huán)，拓展傳感器的使用條件，并且通過改造輻條的外形結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了傳感器的強(qiáng)度，可用于較大扭矩的測量。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案:傳感器包括幅盤、內(nèi)轂、外環(huán)、鉚釘、應(yīng)變信號傳輸線和應(yīng)變信號采集模塊，所述傳感器采`用分體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)轂和外環(huán)通過鉚釘與敏感元件幅盤連接；所述幅盤的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圈、外圈、傾斜輻條、內(nèi)圈連接孔、外圈連接孔、中心孔a和粘貼在傾斜輻條上的應(yīng)變片，應(yīng)變片粘貼于傾斜輻條的外斜面，每對傾斜輻條上粘貼的應(yīng)變片連接成測量電橋的一路；傾斜輻條兩兩成對對稱布置，每對傾斜輻條間夾角β在0°、0°間變化，傾斜輻條設(shè)置Γιο對；應(yīng)變片將傾斜輻條的變形大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過應(yīng)變信號傳輸線傳至應(yīng)變信號采集模塊。內(nèi)圈和外圈通過傾斜輻條連接，連接孔環(huán)形均布在內(nèi)圈和外圈上。所述內(nèi)轂結(jié)構(gòu)包括中心孔b、鍵槽、軸轂、外連接環(huán)和外連接環(huán)上與幅盤內(nèi)圈連接用的連接孔。所述外環(huán)結(jié)構(gòu)包括中心孔C、傳動用的帶槽或輪齒、輪緣、內(nèi)連接環(huán)和內(nèi)連接環(huán)上與幅盤外圈連接用的連接孔。所述連接用鉚釘起連接和定位作用，也可使用螺栓作為幅盤與內(nèi)轂、外環(huán)的連接件，當(dāng)使用螺栓時，螺栓桿部穿過連接孔的部分應(yīng)沒有螺紋，且其外徑應(yīng)與孔徑成過度配合以起到定位作用，并方便拆裝。內(nèi)轂和外環(huán)的外形尺寸和結(jié)構(gòu)根據(jù)傳感器使用條件的不同相應(yīng)變化。應(yīng)當(dāng)指出，本專利的保護(hù)內(nèi)容并不限于結(jié)構(gòu)圖表達(dá)的形式，連接孔個數(shù)、傾斜輻條對數(shù)、輻條傾斜角度、內(nèi)轂鍵槽采用平鍵槽或花鍵槽等各種變形形式，都屬于本專利的范疇。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案依次包括如下內(nèi)容:a、幅盤與內(nèi)轂和外環(huán)利用鉚釘或螺栓牢固的連接起來，對于不同的使用條件，可通過更換不同的內(nèi)轂和外環(huán)，拓展傳感器的應(yīng)用環(huán)境；b、將傳感器安裝到需要測量扭矩的傳動系統(tǒng)中，即內(nèi)轂的中心孔b套在傳動軸上，裝入鍵，外環(huán)的帶槽或輪齒套上皮帶或鏈條；C、接通動力源使系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)起來；d、傾斜輻條上粘貼的應(yīng)變片隨輻條發(fā)生變形，并因而產(chǎn)生電信號，該信號通過應(yīng)變信號傳輸線傳送至應(yīng)變信號采集模塊；e、應(yīng)變信號采集模塊將應(yīng)變信號調(diào)理、放大并轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后，通過內(nèi)置的天線向外發(fā)射，由與之配套的接收裝置接收后送至測量用二次儀表或電子計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)扭矩的測量。本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型所提供的扭矩傳感器通用性強(qiáng)，通過更換內(nèi)轂、外環(huán)可使用于不同的測量系統(tǒng)中；傾斜輻條的強(qiáng)度高，能傳遞并測量的扭矩大；同時傳感器的信號發(fā)送采用無線形式，避免了數(shù)據(jù)線長度限制、纏繞、損傷造成的測量系統(tǒng)失效等問題。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的核心部件幅盤立體示意圖。圖2是本實(shí)用新型的核心部件幅盤正視圖。圖3是傳感器裝配順序圖。圖4是內(nèi)轂正視圖。圖5是內(nèi)轂立體示意圖。圖6是外環(huán)沿軸線剖視圖。圖7是外環(huán)立體示意圖。圖8是傳感器裝配后的立體圖。圖中:1.幅盤,2.內(nèi)轂,3.外環(huán),4.鉚釘,5.應(yīng)變信號米集模塊,6.應(yīng)變信號傳輸線，11.外圈，12.傾斜輻條，13.應(yīng)變片，14.內(nèi)圈，15.外圈連接孔，16.內(nèi)圈連接孔，D.中心孔a，β.輻條傾斜角，21.軸轂，22.外連接環(huán)，23.連接孔Α，24.鍵槽，D’.中心孔b，31.內(nèi)連接環(huán)，32.輪緣，33.帶槽，34.連接孔B，D’’.中心孔C。
具體實(shí)施方式
傳感器包括幅盤1、內(nèi)轂2、外環(huán)3、連接用鉚釘4、應(yīng)變信號傳輸線6和應(yīng)變信號米集模塊5。使用時內(nèi)轂2通過平鍵或花鍵與傳動轉(zhuǎn)軸連接，幅盤I與內(nèi)轂2、幅盤I與外環(huán)3通過鉚釘或?qū)Ｓ玫木哂卸ㄎ蛔饔玫穆菟ㄟB接，傳感器依次利用內(nèi)轂2、幅盤1、外環(huán)3將扭矩由傳動軸傳遞至與外環(huán)連接的皮帶或鏈條。所述幅盤I結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圈14、外圈11、傾斜輻條12、內(nèi)圈連接孔16、外圈連接孔15、中心孔aD和粘貼在傾斜輻條上的應(yīng)變片13。所述內(nèi)轂結(jié)構(gòu)包括中心孔bD’、鍵槽24、軸轂21、外連接環(huán)22和外連接環(huán)上與幅盤內(nèi)圈連接用的連接孔A23。所述外環(huán)3結(jié)構(gòu)包括中心孔CD’，、傳動用的帶槽33或輪齒、輪緣32、內(nèi)連接環(huán)31和內(nèi)連接環(huán)上與幅盤外圈連接用的連接孔B34。所述連接用鉚釘4起連接和定位作用，也可使用螺栓作為幅盤與內(nèi)轂、外環(huán)的連接件，當(dāng)使用螺栓時，螺栓桿部穿過連接孔的部分應(yīng)沒有螺紋，且其外徑應(yīng)與孔徑成過度配合以起到定位作用，并方便拆裝。如圖1所示是本傳感器的核心部件幅盤I的立體示意圖，包括內(nèi)圈14、外圈11、傾斜輻條12、內(nèi)圈連接孔16、外圈連接孔15和粘貼在傾斜輻條上的應(yīng)變片13。結(jié)合附圖，傳感器的總體結(jié)構(gòu)包括幅盤1、內(nèi)轂2、外環(huán)3、鉚釘4、應(yīng)變信號傳輸線6和應(yīng)變信號采集模塊5組成。工作時內(nèi)轂通過中心孔bD ’和鍵槽24安裝在傳動系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸上，動力經(jīng)軸轂21，外連接環(huán)22，連接孔A23，鉚釘4，內(nèi)圈連接孔16，內(nèi)圈14，傾斜輻條12，外圈11，外圈連接孔15，鉚釘4，連接孔B34，內(nèi)連接環(huán)31，輪緣32，帶槽33，最終傳遞至帶槽內(nèi)安裝的皮帶，完成動力傳輸過程，其中傾斜輻條12上粘貼的應(yīng)變片13將傾斜輻條的變形大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過應(yīng)變信號傳輸線6傳至應(yīng)變信號采集模塊5，從而實(shí)現(xiàn)扭矩測量。如圖4、5所示，內(nèi)轂結(jié)構(gòu)包括中心孔b D’、鍵槽24、軸轂21、外連接環(huán)22和外連接環(huán)22上與幅盤內(nèi)圈14連接用的連接孔A23。內(nèi)轂2為層疊環(huán)形結(jié)構(gòu)，兩環(huán)內(nèi)徑相同，夕卜連接環(huán)22 (外環(huán))外徑大于軸轂21 (內(nèi)環(huán))直徑。內(nèi)環(huán)的內(nèi)孔側(cè)壁有用于切向?qū)ξ坏逆I槽24，與被測轉(zhuǎn)軸套接后，裝入配套的平鍵以實(shí)現(xiàn)扭矩由轉(zhuǎn)軸向內(nèi)轂的傳遞或反向扭矩傳遞。外連接環(huán)上有環(huán)形均布的圓形連接孔A23用于與幅盤I上的外圈連接孔15連接。如圖4所示，外環(huán)結(jié)構(gòu)包括中心孔CD’ ’、傳動用的帶槽33、輪緣32、內(nèi)連接環(huán)31和內(nèi)連接環(huán)31上與幅盤外圈連接用的連接孔B34。外環(huán)為環(huán)形嵌套結(jié)構(gòu)，輪緣32的內(nèi)徑與內(nèi)連接環(huán)31的外徑相同，兩環(huán)一側(cè)側(cè)面同面，但內(nèi)連接環(huán)31的厚度小于輪緣32厚度。輪緣外表面加工有皮帶槽或輪齒用于皮帶或鏈條傳動。內(nèi)連接環(huán)31上有環(huán)形均布的圓形連接孔B34用于與幅盤I上的外圈連接孔16連接。如圖2所示，應(yīng)變采集模塊6將應(yīng)變信號傳輸線5傳來的應(yīng)變片13產(chǎn)生的電信號調(diào)理、放大后，采集轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過其自帶的無線發(fā)射裝置將數(shù)字信號發(fā)送給與之配套的接收裝置(一般為二次儀表或裝有無線網(wǎng)卡、無線路由器的電子計算機(jī))，最終實(shí)現(xiàn)扭矩信號的采集處理。
權(quán)利要求1.種分體式傾斜輻條輪輻扭矩傳感器，其特征在于，包括幅盤(I)、內(nèi)轂(2)、外環(huán)(3)、鉚釘(4)、應(yīng)變信號傳輸線(6)和應(yīng)變信號采集模塊(5)，所述傳感器采用分體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)轂(2 )和外環(huán)(3 )通過鉚釘(4 )與敏感元件幅盤(I)連接；所述幅盤(I)的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)圈(14)、外圈(11)、傾斜輻條(12)、內(nèi)圈連接孔(16)、外圈連接孔(15)、中心孔a (D)和粘貼在傾斜輻條上的應(yīng)變片(13);傾斜輻條(12)兩兩成對對稱布置，每對傾斜輻條(12)間夾角β在0°、0°間變化；所述應(yīng)變片(13)將傾斜輻條(12)的變形大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，通過應(yīng)變信號傳輸線(6)傳至應(yīng)變信號采集模塊(5)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式傾斜輻條輪輻扭矩傳感器，其特征在于，所述應(yīng)變片(13)粘貼于傾斜輻條(12)的外斜面，每對傾斜輻條(12)上粘貼的應(yīng)變片連接成測量電橋的一路。
3.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分體式傾斜輻條輪輻扭矩傳感器，其特征在于，所述內(nèi)轂(2)和外環(huán)(3)的外形尺寸和結(jié)構(gòu)根據(jù)傳感器使用條件的不同相應(yīng)變化。
4.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分體式傾斜輻條輪輻扭矩傳感器，其特征在于，所述傾斜輻條(12)設(shè)置4 10對。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分體式傾斜輻條輪輻扭矩傳感器，主要用于測量機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)動扭矩。傳感器包括幅盤、內(nèi)轂、外環(huán)、連接用鉚釘或螺栓、應(yīng)變信號傳輸線和應(yīng)變信號采集模塊。幅盤可將扭矩的大小轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號并提供給應(yīng)變信號采集模塊，內(nèi)轂和外環(huán)可根據(jù)使用條件的不同加工成各種不同尺寸和形式，以克服以往輪輻式扭矩傳感器只針對一種使用環(huán)境的缺點(diǎn)。傳感器通用性強(qiáng)，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，信號無線傳輸，可廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械裝置的實(shí)驗室和實(shí)車扭矩測量。
文檔編號G01L3/00GK202928733SQ201220486750
公開日2013年5月8日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者李耀明, 龐靖, 徐立章, 葉曉飛 申請人:江蘇大學(xué)