CN102865957A - 一种分体式倾斜辐条轮辐扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式倾斜辐条轮辐扭矩传感器，主要用于测量机械系统转动扭矩。传感器包括幅盘、内毂、外环、连接用铆钉或螺栓、应变信号传输线和应变信号采集模块。幅盘可将扭矩的大小转变为相应的电信号并提供给应变信号采集模块，内毂和外环可根据使用条件的不同加工成各种不同尺寸和形式，以克服以往轮辐式扭矩传感器只针对一种使用环境的缺点。传感器通用性强，测量数据稳定可靠，信号无线传输，可广泛应用于各种机械装置的实验室和实车扭矩测量。

Description

一种分体式倾斜辐条轮辐扭矩传感器

技术领域

本发明涉及一种可替换皮带轮、链轮等传动件的扭矩传感器。

背景技术

动力传输过程中扭矩的测量与检测，是机械系统结构优化和自动控制的前提。传统的扭矩传感器多以传动轴为敏感元件，将传动轴的变形通过应变片转换为电信号再进行采集处理。为了克服轴式扭矩传感器尺寸大，安装时对中要求严格，易受附加弯矩影响等缺点，科技人员发明了通过测量皮带轮、链轮等盘形传动件辐条的变形获得扭矩的轮辐式传感器。而现有的轮辐式扭矩传感器多为皮带轮、链轮等直接改造而来（如中国专利扭转机械驱动功率测量装置CN200810115081.4 ），只能用于单一条件，通用性不强。而且其辐条多为法向，结构强度不足（如美国专利转轴扭矩传感器US6694828B1），无法满足大功率传输时的扭矩测量。因此，需要设计一种内外环可拆卸的，辐条强度大的轮辐式扭矩传感器，用于机械结构大扭矩的实车测量。

发明内容

本发明解决的技术问题：机械传动系统中，结构件的扭矩测量是系统载荷的常规检测项目。本发明针对以往转轴式扭矩传感器轴向尺寸过大部分环境下无法使用，传感器接入传动轴后，与连接轴对中要求严格等不足，提出一种利用应变片测量皮带轮、链轮等盘形传动件辐条变形获得系统扭矩的传感器。该型传感器可通过更换与轴连接的内环和与皮带、链条连接的外环，拓展传感器的使用条件，并且通过改造辐条的外形结构，增强了传感器的强度，可用于较大扭矩的测量。

本发明采用的技术方案：传感器包括幅盘、内毂、外环、铆钉、应变信号传输线和应变信号采集模块，所述传感器采用分体式结构，内毂和外环通过铆钉与敏感元件幅盘连接；所述幅盘的结构包括内圈、外圈、倾斜辐条、内圈连接孔、外圈连接孔、中心孔a和粘贴在倾斜辐条上的应变片；倾斜辐条两两成对对称布置，每对倾斜辐条间夹角β在0°~90°间变化，倾斜辐条设置4~10对；应变片将倾斜辐条的变形大小转变为电信号，通过应变信号传输线传至应变信号采集模块。内圈和外圈通过倾斜辐条连接，连接孔环形均布在内圈和外圈上。所述内毂结构包括中心孔b、键槽、轴毂、外连接环和外连接环上与幅盘内圈连接用的连接孔。所述外环结构包括中心孔c、传动用的带槽或轮齿、轮缘、内连接环和内连接环上与幅盘外圈连接用的连接孔。所述连接用铆钉起连接和定位作用，也可使用螺栓作为幅盘与内毂、外环的连接件，当使用螺栓时，螺栓杆部穿过连接孔的部分应没有螺纹，且其外径应与孔径成过度配合以起到定位作用，并方便拆装。

应当指出，本专利的保护内容并不限于结构图表达的形式，连接孔个数、倾斜辐条对数、辐条倾斜角度、内毂键槽采用平键槽或花键槽等各种变形形式，都属于本专利的范畴。

本发明采用的技术方案依次包括如下内容：

a、幅盘与内毂和外环利用铆钉或螺栓牢固的连接起来，对于不同的使用条件，可通过更换不同的内毂和外环，拓展传感器的应用环境；

b、将传感器安装到需要测量扭矩的传动系统中，即内毂的中心孔b套在传动轴上，装入键，外环的带槽或轮齿套上皮带或链条；

c、接通动力源使系统旋转起来；

d、倾斜辐条上粘贴的应变片随辐条发生变形，并因而产生电信号，该信号通过应变信号传输线传送至应变信号采集模块；

e、应变信号采集模块将应变信号调理、放大并转变为数字信号后，通过内置的天线向外发射，由与之配套的接收装置接收后送至测量用二次仪表或电子计算机，实现扭矩的测量。

本发明的有益效果：本发明所提供的扭矩传感器通用性强，通过更换内毂、外环可使用于不同的测量系统中；倾斜辐条的强度高，能传递并测量的扭矩大；同时传感器的信号发送采用无线形式，避免了数据线长度限制、缠绕、损伤造成的测量系统失效等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明的核心部件幅盘立体示意图。

图2是本发明的核心部件幅盘正视图。

图3是传感器装配顺序图。

图4是内毂正视图。

图5是内毂立体示意图。

图6是外环沿轴线剖视图。

图7是外环立体示意图。

图8是传感器装配后的立体图。

图中：1.幅盘，2.内毂，3.外环，4.铆钉，5. 应变信号传输线，6. 应变信号采集模块，11.外圈，12.倾斜辐条，13.应变片，14.内圈，15.外圈连接孔，16.内圈连接孔，D.中心孔a，β.辐条倾斜角，21. 轴毂，22. 外连接环，23. 连接孔A，24. 键槽，D’.中心孔b，31. 内连接环，32. 轮缘，33.带槽，34. 连接孔B，D’’. 中心孔c。

具体实施方式

传感器包括幅盘1、内毂2、外环3、连接用铆钉或螺栓4、应变信号传输线6和应变信号采集模块5。使用时内毂2通过平键或花键与传动转轴连接，幅盘1与内毂2、幅盘1与外环3通过铆钉或专用的具有定位作用的螺栓连接，传感器依次利用内毂2、幅盘1、外环3将扭矩由传动轴传递至与外环连接的皮带或链条。所述幅盘1结构包括内圈14、外圈11、倾斜辐条12、内圈连接孔16、外圈连接孔15、中心孔aD和粘贴在倾斜辐条上的应变片13。所述内毂结构包括中心孔bD’、键槽24、轴毂21、外连接环22和外连接环上与幅盘内圈连接用的连接孔23。所述外环3结构包括中心孔cD’’、传动用的带槽33或轮齿、轮缘32、内连接环31和内连接环上与幅盘外圈连接用的连接孔34。所述连接用铆钉4起连接和定位作用，也可使用螺栓作为幅盘与内毂、外环的连接件，当使用螺栓时，螺栓杆部穿过连接孔的部分应没有螺纹，且其外径应与孔径成过度配合以起到定位作用，并方便拆装。

如图1所示是本传感器的核心部件幅盘1的立体示意图，包括内圈14、外圈11、倾斜辐条12、内圈连接孔16、外圈连接孔15和粘贴在倾斜辐条上的应变片13。

结合附图，传感器的总体结构包括幅盘1、内毂2、外环3、铆钉4、应变信号传输线6和应变信号采集模块5组成。工作时内毂通过中心孔bD ’和键槽24安装在传动系统的旋转轴上，动力经轴毂21，外连接环22，连接孔23，铆钉4，内圈连接孔16，内圈14，倾斜辐条12，外圈11，外圈连接孔15，铆钉4，连接孔34，内连接环31，轮缘32，带槽33，最终传递至带槽内安装的皮带，完成动力传输过程，其中倾斜辐条12上粘贴的应变片13将倾斜辐条的变形大小转变为电信号，通过应变信号传输线6传至应变信号采集模块5，从而实现扭矩测量。

如图4、5所示，内毂结构包括中心孔b D’、键槽24、轴毂21、外连接环22和外连接环22上与幅盘内圈14连接用的连接孔23。内毂2为层叠环形结构，两环内径相同，外连接环22（外环）外径大于轴毂21（内环）直径。内环的内孔侧壁有用于切向对位的键槽24，与被测转轴套接后，装入配套的平键以实现扭矩由转轴向内毂的传递或反向扭矩传递。外连接环上有环形均布的圆形连接孔23用于与幅盘1上的内圈连接孔15连接。

如图4所示，外环结构包括中心孔cD’’、传动用的带槽33、轮缘32、内连接环31和内连接环31上与幅盘外圈16连接用的连接孔B34。外环为环形嵌套结构，轮缘32的内径与内连接环31的外径相同，两环一侧侧面同面，但内连接环31的厚度小于轮缘32厚度。轮缘外表面加工有皮带槽或轮齿用于皮带或链条传动。内连接环31上有环形均布的圆形连接孔34用于与幅盘1上的外圈连接孔16连接。

如图2所示，应变采集模块6将应变信号传输线5传来的应变片13产生的电信号调理、放大后，采集转换为数字信号，再通过其自带的无线发射装置将数字信号发送给与之配套的接收装置（一般为二次仪表或装有无线网卡、无线路由器的电子计算机），最终实现扭矩信号的采集处理。

Claims (4)

1.一种分体式倾斜辐条轮辐扭矩传感器，其特征在于，包括幅盘（1）、内毂（2）、外环（3）、铆钉（4）、应变信号传输线（6）和应变信号采集模块（5），所述传感器采用分体式结构，内毂（2）和外环（3）通过铆钉（4）与敏感元件幅盘（1）连接；所述幅盘（1）的结构包括内圈（14）、外圈（11）、倾斜辐条（12）、内圈连接孔（16）、外圈连接孔（15）、中心孔a（D）和粘贴在倾斜辐条上的应变片（13）；倾斜辐条（12）两两成对对称布置，每对倾斜辐条（12）间夹角β在0°~90°间变化；所述应变片（13）将倾斜辐条（12）的变形大小转变为电信号，通过应变信号传输线（6）传至应变信号采集模块（5）。

2.根据权利要求1所述的分体式倾斜辐条轮辐扭矩传感器，其特征在于，所述应变片（13）粘贴于倾斜辐条（12）的外斜面，每对倾斜辐条（12）上粘贴的应变片连接成测量电桥的一路。

3.根据权利要求1或2所述的分体式倾斜辐条轮辐扭矩传感器，其特征在于，所述内毂（2）和外环（3）的外形尺寸和结构根据传感器使用条件的不同相应变化。

4.根据权利要求1或2所述的分体式倾斜辐条轮辐扭矩传感器，其特征在于，所述倾斜辐条（12）设置4~10对。

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