CN102759425B - 扭矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩测量装置，包括：连接部、柔性连接件、导向机构、固定基座和拉力传感器；连接部设有旋转部件安装孔，和对称设置的第一连接端和第二连接端；安装于旋转部件安装孔的旋转部件的扭矩经连接部转换成力偶；柔性连接件的两端分别通过导向机构与第一连接端和第二连接端相连；且，柔性连接件的两端分别设于第一连接端和第二连接端的连接线的两侧；拉力传感器串设于柔性连接件；导向机构安装于固定基座。上述扭矩测量装置中，柔性连接件两端所受拉力相等，避免了频繁对旋转部件的位置进行调整，降低劳动强度，简化操作，提高测量效率。同时，只需一个拉力传感器便可实现对扭矩的测量，降低了设备的成本。

Description

扭矩测量装置

技术领域

本发明涉及机械设备测量领域，特别涉及一种扭矩测量装置。

背景技术

大功率机械设备的旋转部件的扭矩是整个机器的重要工作参数，其数值往往决定着整机的性能。扭矩测量对于设备实时监控和控制具有重要意义，其还可用于故障诊断，改善设备性能。因此，扭矩测量已成为机械测量的重要组成部分。

现有的扭矩测量方法主要为以下两种：

第一种，利用应变仪进行测量，具体为：旋转部件的输出轴与应变仪相连，输出轴转动对应变仪施加应变，应变仪输出信号并计算扭矩值；

第二种，将旋转部件的扭矩转换成力偶进行测量，具体如图1所示，将输出轴安装于连接部件内，连接部件的两端均通过铁链与固定端相连，铁链上均串设有拉力传感器，旋转部件转动带动连接部件转动并使铁链被拉紧，根据拉力传感器的数值和力臂得到扭矩值。

上述第一种方法的缺陷在于对于被测设备的定位要求较高，对于重型设备的适用性较低。因此现有技术大多采用上述第二种方法测量扭矩，但是采用上述第二种方法测量扭矩的缺陷在于：首先，需要两个拉力传感器，成本较高，故障率也较高；其次，需要调整设备的位置直至两个拉力传感器的数值相等以避免产生附加弯矩，而对于重型设备的位置调整耗时较长，劳动强度也较大，操作较为繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种扭矩测量装置，以解决现有的扭矩测量装置操作繁琐和设备成本高的问题。

有鉴于此，本发明提供一种扭矩测量装置，包括：

连接部、柔性连接件、导向机构、固定基座和拉力传感器；

所述连接部设有旋转部件安装孔，和对称设置的第一连接端和第二连接端，安装于所述旋转部件安装孔的旋转部件的扭矩经所述连接部转换成力偶；

所述柔性连接件的两端分别通过所述导向机构与所述第一连接端和第二连接端相连；且，所述柔性连接件的两端分别设于所述第一连接端和所述第二连接端的连接线的两侧；

所述拉力传感器串设于所述柔性连接件；

所述导向机构安装于所述固定基座。

进一步地，所述连接部还包括：对称设置于所述旋转部件安装孔外沿的第一转动臂架和第二转动臂架，所述第一转动臂架设有第一连接端，所述第二转动臂架设有第二连接端。

进一步地，所述第一连接端和/或所述第二连接端的端面为圆弧面，且所述圆弧的圆心与安装于所述旋转部件安装孔的旋转部件的中心相重合。

进一步地，所述旋转部件安装孔为方孔、三角孔、菱形孔或法兰孔。

进一步地，所述导向机构为滑轮组或轴承组。

进一步地，所述导向机构为滑轮组，具体包括：位于所述第一连接端和所述第二连接端的连接线一侧的第一滑轮组，和位于所述连接线另一侧的第二滑轮组；

所述第一滑轮组包括：第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮的布置方向与所述固定基座垂直，所述第二滑轮的布置方向与所述固定基座平行；

所述第二滑轮组包括：第三滑轮和第四滑轮，所述第三滑轮的布置方向与所述固定基座垂直，所述第四滑轮的布置方向与所述固定基座平行。

进一步地，所述柔性连接件为钢丝绳或超高分子量聚乙烯纤维绳。

进一步地，当所述柔性连接件处于拉紧状态时，所述柔性连接件与所述第一连接端和所述第二连接端的连接线的夹角均为90°。

进一步地，还包括：设置于所述固定基座上的铰接座。

进一步地，还包括：扭矩生成单元，所述扭矩生成单元接收所述拉力传感器的拉力值，并将所述拉力值与预设力臂长度相乘，生成扭矩值。

本发明提供一种扭矩生成单元包括用于将旋转部件的扭矩转换成力偶的连接部，柔性连接件的两端通过导向机构与连接部对称设置的两端相连，拉力传感器串设于柔性连接件。相对于现有扭矩测量装置，本发明提供的扭矩测量装置设置有导向机构和柔性连接件，导向机构用于将柔性连接件两端导向至连接部的两侧，且与连接部的两端连接，由此保证柔性连接件两端所受拉力相等，进而，避免了频繁对旋转部件的位置进行调整，降低劳动强度，简化操作，提高测量效率。同时，只需一个拉力传感器便可实现对扭矩的测量，降低了设备的成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有的扭矩测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的扭矩测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的扭矩测量装置的去除盖板后的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的扭矩测量装置中导向机构的结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的扭矩测量装置中当旋转部件沿逆时针转动时导向机构的结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的扭矩测量装置的结构示意图；

图7为当旋转部件沿逆时针转动时扭矩测量装置的结构示意图；

图8为本发明实施例3提供的扭矩测量装置的结构示意图；

图9为本发明实施例3提供的扭矩测量装置用作拉力测量时的状态示意图；

图10为本发明实施例4提供的扭矩测量装置中导向机构的结构示意图。

附图标记说明：

1   连接部                  11   旋转部件安装孔

12a 第一转动臂架            121a 第一连接端

12b 第二转动臂架            121b 第二连接端

2   柔性连接件              31a  第一滑轮

32a 第二滑轮                33b  第三滑轮

34b 第四滑轮                4    固定基座

41  盖板                    5    拉力传感器

61  第一铰接座              62   第二铰接座

7   扭矩生成单元

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2~4示出了本发明实施例1提供的扭矩参数测量装置的结构，该扭矩参数测量装置包括：

连接部1、柔性连接件2、导向机构、固定基座4和拉力传感器5（图4）；其中，

连接部1包括：旋转部件安装孔11，和对称设置于旋转部件安装孔11外沿的第一转动臂架12a和第二转动臂架12b，第一转动臂架12a设有第一连接端121a，第二转动臂架12b设有第二连接端121b，第一连接端121a和第二连接端121b沿旋转部件安装孔11的中心呈中心对称；

导向机构安装于固定基座4，该导向机构包括：位于第一连接端121a和第二连接端121b的连接线A-A一侧的第一滑轮组，和位于所述连接线A-A另一侧的第二滑轮组；第一滑轮组包括：第一滑轮31a和第二滑轮32a，第一滑轮31a的布置方向与固定基座4垂直，第二滑轮32a的布置方向与固定基座4平行（本实施例中，固定基座4水平布置，第一滑轮31a竖直布置，第二滑轮32a水平布置）；

第二滑轮组包括：第三滑轮33b和第四滑轮34b，第三滑轮33b的布置方向与固定基座4垂直，第四滑轮34b的布置方向与固定基座4平行（本实施例中，固定基座4水平布置，第三滑轮33b竖直布置，第四滑轮34b水平布置）。

柔性连接件2的两端通过上述导向机构分别与第一连接端121a和第二连接端121b连接，且柔性连接件2的两端分别设于连接线A-A的两侧；

拉力传感器5串设于柔性连接件2；

固定基座4用于固定导向该机构，且设有盖板41。

上述扭矩测量装置中，连接部1的旋转部件安装孔11用于安装旋转部件。当安装于旋转部件安装孔11内的旋转部件沿顺时针转动（图2中箭头方向）时，与旋转部件安装孔11相连的第一转动臂架12a和第二转动臂架12b也顺时针转动。由此，安装于旋转部件安装孔11的旋转部件的扭矩经连接部1转换成力偶（图2中F）。

上述第一连接端121a和第二连接端121b用于与柔性连接件2进行连接，柔性连接件2上串联有拉力传感器5，拉力传感器5的作用在于测量柔性连接件2所受拉力大小。当旋转部件发生转动时，其扭矩通过连接部1转换成力偶，由于力的相互作用，该力偶又被转换成柔性连接件2两端的拉力。因此，拉力传感器5测得的拉力值即为力偶值，据此，本领域技术人员可以根据拉力传感器5测得的拉力数值和力臂长度计算出扭矩值。

本领域技术人员可以理解，为了使柔性连接件2能实现上述功能，柔性连接件2的两端需要位于连接线A-A的两侧，并分别与第一连接端121a和第二连接端121b连接，且柔性连接件2与第一连接端121a和第二连接端121b的连接线方向与固定基座4的布置方向平行。例如，当固定基座4水平布置时（图2），柔性连接件2与第一连接端121a和第二连接端121b水平连接，所述水平连接是指柔性连接件2的一端和第一连接端121a相连并处于同一水平面内；柔性连接件2的另一端和第二连接端121b相连并处于同一水平面内；当固定基座竖直布置时，柔性连接件2与第一连接端121a和第二连接端121b竖直连接。

导向机构用于对柔性连接件2进行导向，使柔性连接件2的两端分别位于连接线A-A的两侧并能与第一连接端121a和第二连接端121b连接，由此使得柔性连接件的两端2a和2b所受拉力必然相等，避免频繁对旋转部件的位置进行调整。并且，只需一个拉力传感器5便可实现对力偶的测量。

本实施例提供的扭矩测量装置工作过程如下：

测量被测设备输出扭矩时，将旋转部件（如输出轴）安装于连接部1的旋转部件安装孔11内；

启动被测设备，旋转部件转动，并带动第一转动臂架12a和第二转动臂架12b转动；柔性连接件2中，与第一连接端121a相连的一端和与第二连接端121b相连的另一端受到方向相反且大小相等的拉力，柔性连接件2被拉紧；

当旋转部件平衡后，记录拉力传感器5的拉力数值（力偶值），根据式（Ⅰ）计算出扭矩，式（Ⅰ）中T为扭矩，F为拉力传感器提供的拉力数值，L为力臂：

T=2FL（Ⅰ）。

作为优选方案，为了便于计算扭矩值，柔性连接件2的长度优选设置为：当柔性连接件2处于拉紧状态时，柔性连接件2与第一连接端121a和第二连接端121b的连接线A-A的夹角均为90°。由此，力臂即为第一连接端121a到第二连接端121b的距离的一半。

本实施例提供的扭矩测量示出的是当旋转部件沿顺时针转动的结构。本领域技术人员可以根据旋转部件的转向，对导向机构的结构进行调整，以便于实现柔性连接件的两端受到方向相反且大小相等的力的效果。例如：当旋转部件逆时针转动时，扭矩测量装置采用如图5所示的结构。

图6示出了本发明实施例2提供的扭矩测量装置的结构。本实施例提供的扭矩测量装置与实施例1的区别在于：

第一连接端121a的端面为圆弧面，圆弧的圆心与安装于旋转部件安装孔11的旋转部件的中心相重合；

第二连接端121b的端面为圆弧面，圆弧的圆心与安装于旋转部件安装孔11的旋转部件的中心相重合。

当将柔性连接件2的长度调整为：其拉紧状态时与连接线A-A的夹角为90°后，虽可按照式（Ⅰ）方便计算扭矩，但是，上述实施例1提供的扭矩测量装置在使用过程中随着使用次数的增多，柔性连接件2会被逐渐拉长，此后，若仍按式（Ⅰ）计算，会使得计算得到的扭矩值较实际值偏大。

为了避免上述问题造成的误差，将第一连接端121a和第二连接端121b的端面按照上述方式设置为圆弧面的优点在于：柔性连接件的两端分别与第一连接端121a和第二连接端121b的端面相切，用于保证柔性连接件2两端拉力的作用线距力臂回转中心的距离（力臂）始终为第一连接端到第二连接端距离的一半（L），便于计算扭矩。

本实施例提供的扭矩测量装置示出的是当旋转部件沿顺时针转动的结构。本领域技术人员可以根据旋转部件的转向，对导向机构的结构进行调整，以便于实现柔性连接件的两端受到方向相反且大小相等的力的效果。例如：当旋转部件逆时针转动时，扭矩测量装置采用如图7所示的结构。

图8示出了本发明实施例3的扭矩测量装置的结构，其与实施例2的区别在于，该扭矩测量装置还包括：

设置于固定基座的铰接座，当需要测量部件拉力时，其用于与柔性连接件的一端相连。具体包括：第一铰接座61和第二铰接座62，第一铰接座61和第二铰接座62位于上述连接线A-A的两侧；

增设上述铰接座的作用在于，当需要测量部件拉力的时候，也可采用该扭矩测量装置，由此使得该装置不仅可用作测量扭矩，还可用作测量拉力，图9为该扭矩测量装置用作拉力测量时的状态示意图，其是按照如下方式实现的：

将柔性连接件的两端与连接件的第一连接端和第二连接端相分离，然后将柔性连接件一端与第一铰接座或第二铰接座相连，另一端则与待测部件相连；

启动待测部件，当待测部件平衡时，根据拉力传感器提供的拉力值得到待测部件的拉力。

本实施例中铰接座设有两个，相应的，该装置也设有两个拉力检测连接端，以便于对不同位置的部件进行拉力测量。本领域技术人员可以理解，铰接座也可设有一个，同样实现上述效果。作为优选方案，铰接座设置为：可与柔性连接件的一端水平连接。

图10示出了本发明实施例4的扭矩测量装置的结构，其与实施例4的区别在于，该扭矩测量装置还包括：

扭矩生成单元7，用于接收拉力传感器的拉力值，并将所述拉力值与预设力臂长度相乘，生成扭矩值。

增设的扭矩生成单元用于简化人工操作，直接计算出扭矩大小，提高工作效率。对于实施例2至3的情况，预设的力臂值即为第一连接端到第二连接端的距离值的一半。

需要说明的是：本实施例中扭矩生成单元设有两个，便于操作人员从不同角度查看扭矩数值；本领域技术人员可以理解，扭矩生成单元也可设有一个，同样实现上述效果。

上述扭矩生成单元也可采用拉力显示单元代替，本领域技术人员可以根据拉力显示单元提供的数值计算出扭矩值。

上述实施例中需要说明的是：

本领域技术人员可以根据待测旋转部件的型号等因素选择柔性连接件的材料，对于大型机械的旋转部件，优选采用高强高模柔性连接件，具体如：钢丝绳、超高分子量聚乙烯纤维绳等。

导向机构的作用在于对柔性连接件两端与连接件的连接方向进行导向，上述滑轮组也可由轴承组替代，亦可由能实现上述导向作用的导向杆组实现。

连接部的旋转部件安装孔的形状优选与旋转部件形状相适配，具体可以采用方孔、三角孔、菱形孔或法兰孔。

对于柔性连接件两端与第一连接端或第二连接端的的连接方式，可以采用本领域技术人员熟知的方法，优选采用如下连接方式：在连接部的第一连接端和第二连接端均设有连接槽，柔性连接件的两端均设有拉扣，两端的拉扣分别套设于连接部的第一连接端和第二连接端处，并卡设于连接槽内。

固定基座的盖板的作用在于：避免外界杂质进入导向机构而增大柔性连接件与导向机构之间的摩擦力，延长柔性连接件的使用寿命；同时对该导向机构和拉力传感器起到保护作用，避免上述部件与未安装到位的旋转部件发生碰撞。本领域技术人员可以理解，盖板也不设，不设盖板的上述装置同样可实现对旋转部件扭矩的测量。

上述实施中固定基座水平设置，其也可与水平面倾斜成一定角度设置，由此可以测量不同轴向旋转部件的扭矩。例如，固定基座水平位置可以测量铅垂轴的输出扭矩，固定座竖直设置则可以测量水平轴的输出扭矩。该扭矩测量装置对于不同种类的旋转部件具有较高的通用性。

综上所述，相对于现有的扭矩测量装置，本发明上述实施例提供的扭矩测量装置设置有导向机构和柔性连接件，导向机构用于将柔性连接件两端导向至连接部的两侧，且与连接部的两端相连，由此使柔性连接件两端所受拉力必然相等，进而，避免了频繁对旋转部件的位置进行调整，降低劳动强度，简化操作，提高测量效率。同时，只需一个拉力传感器便可实现对扭矩的测量，降低了设备的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种扭矩测量装置，其特征在于，包括：

连接部(1)、柔性连接件(2)、导向机构、固定基座(4)和拉力传感器(5)；

所述连接部(1)设有旋转部件安装孔(11)，和对称设置的第一连接端(121a)和第二连接端(121b)，安装于所述旋转部件安装孔(11)的旋转部件的扭矩经所述连接部(1)转换成力偶；

所述柔性连接件(2)的两端分别通过所述导向机构与所述第一连接端(121a)和第二连接端(121b)相连；且，所述柔性连接件(2)的两端分别设于所述第一连接端(121a)和所述第二连接端(121b)的连接线的两侧；

所述拉力传感器(5)串设于所述柔性连接件(2)；

所述导向机构安装于所述固定基座(4)；

所述导向机构为滑轮组，具体包括：位于所述第一连接端(121a)和所述第二连接端(121b)的连接线一侧的第一滑轮组，和位于所述连接线另一侧的第二滑轮组；

所述第一滑轮组包括：第一滑轮(31a)和第二滑轮(32a)，所述第一滑轮(31a)的布置方向与所述固定基座(4)垂直，所述第二滑轮(32a)的布置方向与所述固定基座(4)平行；

所述第二滑轮组包括：第三滑轮(33b)和第四滑轮(34b)，所述第三滑轮(33b)的布置方向与所述固定基座(4)垂直，所述第四滑轮(34b)的布置方向与所述固定基座(4)平行。

2.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述连接部(1)还包括：对称设置于所述旋转部件安装孔(11)外沿的第一转动臂架(12a)和第二转动臂架(12b)，所述第一转动臂架(12a)设有第一连接端(121a)，所述第二转动臂架(12b)设有第二连接端(121b)。

3.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述第一连接端(121a)和/或所述第二连接端(121b)的端面为圆弧面，且所述圆弧的圆心与安装于所述旋转部件安装孔(11)的旋转部件的中心相重合。

4.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述旋转部件安装孔(11)为方孔、三角孔或菱形孔。

5.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述旋转部件安装孔(11)为法兰孔。

6.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述柔性连接件(2)为钢丝绳或超高分子量聚乙烯纤维绳。

7.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，当所述柔性连接件(2)处于拉紧状态时，所述柔性连接件(2)与所述第一连接端(121a)和所述第二连接端(121b)的连接线的夹角均为90°。

8.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，还包括：设置于所述固定基座(4)上的铰接座。

9.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，还包括：扭矩生成单元(7)，所述扭矩生成单元(7)接收所述拉力传感器(5)的拉力值，并将所述拉力值与预设力臂长度相乘，生成扭矩值。