CN100392369C - 扭矩、载荷传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种扭矩、载荷传感器，主要应用于机械制造和机械零部测试件中，检测机械零部件瞬时承受扭矩、拉力或压力。本发明特征是：弹性元件是由内轴和外轴所组成，内轴和外轴之间套装。内轴和外轴之间有推力轴承。推力轴承作用是，使一个轴担扭矩传递，另一个轴担载荷传递。在两轴上分别粘贴扭矩电阻应变片和载荷电阻应变片。应变片受力单一，输出信号互不干扰。克服了原有传感器，扭矩电阻应变片和载荷电阻应变片同时粘贴在一个弹性元件上，输出的载荷信号和扭矩信号互相影响，产生测量误差的缺点。

Description

扭矩、载荷传感器
技术领域
本发明是一种力学测量传感器，主要应用于机械制造和机械零部件测试中，检测机械零部件受力情况。如检测传动轴瞬时承受扭矩、拉力或压力情况。是由弹性元件、电阻应变片和外壳等组成的；扭矩与载荷分别传递、检测的扭矩、载荷传感器。
背景技术
目前，检测旋转的机械零件承受扭矩、拉力或压力传感器结构是由壳体、弹性元件和电阻应变片等组成。弹性元件是一个中间直径小于两端直径的轴。中间部分是弹性形变区。将载荷(载荷包括拉力和压力)电阻应变片和扭矩电阻应变片粘贴在弹性元件的形变区表面。载荷电阻应变片检测弹性元件承受拉力或压力大小，扭矩电阻应变片检测弹性元件承受扭矩大小。反映出被检测零部件受力情况。
载荷电阻应变片和扭矩应变片同时粘贴在一个弹性元件表面，弹性元件受到拉力和扭矩共同作用，弹性区产生伸缩变形，同时产生扭曲变形。载荷电阻应变片产生伸长的同时也要发生扭曲变化，使载荷信号的输出产生误差。同样，扭矩电阻应变片产生扭曲变化的同时也发生拉伸变化，使扭矩信号的输出产生误差。扭矩电阻应变片和载荷电阻应变片同时粘贴在一个弹性元件上，两个电桥接受输出的电信号互相影响产生误差，有时会产生较大误差。为克服电信号互相影响的问题，采用在传感器弹性元件上只粘贴一种电阻应变片，这样传感器功能单一。当需要检测运转轴承受扭矩和拉力，就在被检测轴上，安装一台扭矩传感器和一台载荷传感器。如果空间有限，只能安装一台时，无法同时检测扭矩和拉力。
发明内容
本发明的目的是：设计一种扭矩、载荷传感器，同时检测机械运转中零部件所承受的扭矩、载荷大小。克服原有传感器，扭矩电阻应变片和载荷电阻应变片同时粘贴在一个弹性元件上，输出的载荷信号和扭矩信号互相影响，产生测量误差的缺点。
本发明是这样实现的：扭矩、载荷传感器是由外壳、弹性元件和电阻应变片所组成。外壳两端有端盖，端盖上有轴承。其特征在于：弹性元件是由内轴和外轴所组成，内轴和外轴之间套装。内轴和外轴之间有推力轴承。推力轴承的作用是分解扭矩和载荷的传递，即传动轴所承受的扭矩和载荷，通过推力轴承分解，使其中一个轴只承担扭矩传递；另一个轴只承担载荷传递。在一个轴上粘贴有扭矩电阻应变片，另外一轴上粘贴有载荷电阻应变片。
本发明扭矩、载荷传感器，根据检测的需要可以分为扭矩、压力传感器和扭矩、拉力传感器两种；根据扭矩应变片和载荷应变片粘贴在内轴或外轴上，可以有四种不同形式。这四种传感器的基本原理相同，检测内容不同，结构也有所不同。
一、在外轴上粘贴扭矩应变片，内轴上粘贴压力应变片，称作内压外扭式扭矩、载荷传感器。
二、在外轴上粘贴扭矩应变片，内轴上粘贴拉力应变片，称作内拉外扭式扭矩、载荷传感器。
三、在外轴上粘贴压力应变片，内轴上粘贴扭矩应变片，称作外压内扭式扭矩、载荷传感器。
四、在外轴上粘贴拉力应变片，内轴上粘贴扭矩应变片，称作外拉内扭式扭矩、载荷传感器。
下面对扭矩、载荷传感器四种形式的结构特征部分，分别进行叙述。
一、内压外扭式扭矩、载荷传感器：其套装结构是压力电阻应变片粘贴在内轴的应变区，扭矩电阻应变片粘贴在外轴应变区。在内轴的端部有推力轴承。外轴所受外界压力，通过推力轴承传递给内轴，内轴上的应变片产生形变发出电信号；外轴所受的外界扭矩不能通过推力轴承，内轴不承受扭矩，压力应变片不受扭矩影响。另外，外轴所受的外界扭矩不能通过推力轴承，全部扭矩的传递由外轴承担。外轴上的扭矩应变片产生形变发出电信号。外轴不承受压力载荷。因此，扭矩应变片不受压力载荷影响。
二、内拉外扭式扭矩、载荷传感器：其套装结构是拉力电阻应变片粘贴在内轴的应变区，扭矩电阻应变片粘贴在外轴的应变区。在内轴的端部有锁紧螺帽。锁紧螺帽与挡环之间有推力轴承。挡环与外轴为螺纹联结。外轴端部有联轴头，联轴头上部有燕尾形的联轴槽。联轴头下部与外轴螺纹联结。外轴所受外界拉力，通过挡环、推力轴承和锁紧螺帽传递给内轴，内轴上的拉力应变片产生形变发出电信号；外轴所受的外界扭矩不能通过推力轴承，内轴不承受扭矩，拉力应变片不受扭矩影响。另外，外轴所受的外界扭矩不能通过推力轴承，全部扭矩的传递由外轴承担。外轴上的扭矩应变片产生形变发出电信号。外轴不承受拉力，因此，扭矩应变片不受压力影响。
三、外压内扭式扭矩、载荷传感器：其套装结构是压力电阻应变片粘贴在外轴应变区，扭矩电阻应变片粘贴在内轴的应变区。在外轴的端部有推力轴承。内轴端部有矩形凸起，镶嵌在外轴的凹槽中。外轴所受外界压力，通过推力轴承传递给内轴。检测过程中，在内轴粘贴有扭矩电阻应变片的部位不会受到压力；外轴粘贴有压力电阻应变片的部位不承受扭矩。应变片受力单一，输出信号真实。
四、外拉内扭式扭矩、载荷传感器：其套装结构是拉力电阻应变片粘贴在外轴应变区，扭矩电阻应变片粘贴在内轴的应变区。在外轴的端内部有挡环，挡环与外轴采用螺纹联接。推力轴承在挡环和内轴台阶之间。内轴端部有矩形凸起，镶嵌在外轴的凹槽中。外轴所受外界拉力，通过推力轴承传递给内轴。检测过程中，在内轴粘贴有应变片的部位不会受到拉力；外轴粘贴有拉力应变片的部位不承受扭矩。
本发明的优点：将传感器的弹性元件分解为内轴、外轴，在两个轴上分别粘贴一种电阻应变片。内轴、外轴之间有推力轴承，两轴分别承担扭矩、载荷，轴上粘贴的扭矩应变片或载荷应变片受力单一，输出信号准确。同时检测机械运转中零部件所承受的扭矩、载荷大小，互不干扰。克服了原有传感器，扭矩电阻应变片和载荷电阻应变片同时粘贴在一个弹性元件上，输出的载荷信号和扭矩信号互相影响，获得检测数据有误差的缺点。
附图说明
附图1是内压外扭式扭矩、载荷传感器的剖面示意图。表示内轴5、外轴1和推力轴承9之间的相互关系，以及应变片6、7所粘贴的位置。
附图2是内拉外扭式扭矩、载荷传感器的剖面示意图。表示内轴5端部锁紧螺帽11、挡环10与推力轴承9之间的相互关系，以及应变片6、7所粘贴的位置。
附图3是外压内扭式扭矩、载荷传感器的剖面示意图。表示内轴5、外轴1和推力轴承9之间的相互关系，以及内轴5的矩形凸起与外轴1凹槽的配合关系。
附图4是外拉内扭式扭矩、载荷传感器的剖面示意图。表示内轴5、外轴1、推力轴承9和挡环10之间的相互关系，以及应变片6、7所粘贴的位置。
具体实施方式
以内压外扭式扭矩、载荷传感器和内拉外扭式扭矩、载荷传感器为例进一步说明。
实施例1：内压外扭式扭矩、载荷传感器，外壳4是圆筒状，外径为250毫米，长度为280毫米。外壳4两端有端盖2，端盖2上分别固定有轴承3。外轴1中间有孔，内轴5套装在外轴1孔内。内轴5和外轴1之间有推力轴承9。推力轴承9在内轴5的端部和外轴1孔的底部之间。在外轴1上端和内轴5下端各有一个联轴槽8，是安装传感器时与被检测零部件联接用。外轴1所承受的扭矩不能通过推力轴承9传递给内轴5；外轴1所承受的压力能通过推力轴承9传递给内轴5。在外轴1上粘贴有扭矩电阻应变片6，在内轴5上粘贴有压力电阻应变片7。应变片6、7粘贴在弹性变形区。
实施例2：内拉外扭式扭矩、载荷传感器。外壳4与实施例1相同，其套装结构是粘贴有拉力电阻应变片7的内轴5在内，粘贴有扭矩电阻应变片6的外轴1在外。在内轴5的端部有锁紧螺帽11。锁紧螺帽11与挡环10之间有推力轴承9。挡环10与外轴1为螺纹联结。外轴1端部有连轴头12，连轴头12上部有燕尾槽8，其下部与外轴1螺纹联结。在内轴5下端有燕尾槽8。燕尾槽8是联接被检测零部件用。外轴1所受外界拉力，通过挡环10、推力轴承9和锁紧螺帽11传递给内轴5，内轴5上的拉力应变片7产生形变发出电信号；外轴1所受的外界扭矩不能通过推力轴承3、9，内轴5不承受扭矩，拉力应变片7不受扭矩影响。另外，外轴1所受的外界扭矩不能通过推力轴承9，全部扭矩的传递由外轴1承担。外轴1上的扭矩应变片6产生形变发出电信号。外轴1不承受拉力，因此，扭矩应变片6不受压力影响。

Claims (1)

1.一种应用于检测旋转机械零部件受力情况的扭矩、载荷传感器，主要由外壳(4)、弹性元件、压力电阻应变片(6)和扭矩电阻应变片(7)所组成，外壳(4)两端有端盖(2)，端盖(2)上有轴承(3)，其特征在于：所述弹性元件是由内轴(5)和外轴(1)所组成，内轴(5)和外轴(1)之间套装，内轴(5)和外轴(1)之间有推力轴承(9)，在内轴上粘贴有扭矩电阻应变片，在外轴上粘贴有压力电阻应变片，压力电阻应变片(6)粘贴在外轴(1)应变区，扭矩电阻应变片(7)粘贴在内轴(5)应变区，所述推力轴承(9)在外轴(1)的端部，所述内轴(5)端部有矩形凸起，镶嵌在外轴(1)的凹槽中，外轴(1)所受外界压力，通过推力轴承(9)传递给内轴(5)，外轴(1)上端部和内轴(5)下部有联轴槽(8)，检测过程中，在内轴粘贴有扭矩电阻应变片(7)的部位不会受到压力，外轴粘贴有压力电阻应变片的部位不承受扭矩。
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