CN103790927B - 带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴 - Google Patents
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Abstract
带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，包括轴杆，轴杆侧壁的中部设有用于安装电器元件的安装槽，安装槽为环绕轴杆侧壁的圆环形，安装槽内设有惠斯通电桥，惠斯通电桥的电信号输出端与信号放大器的电信号输入端电连接，信号放大器的电信号输出端与模数转换器的电信号输入端电连接，模数转换器的电信号输出端与无线电发送模块的电信号输入端电连接，无线电发送模块向无线电接收模块发送信号，无线电接收模块与可处理、显示并存储传动轴传递的扭矩值的计算机连接。其目的在于提供一种可在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，工作性能稳定可靠，测量精度高的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴。
背景技术
传动轴是包括车辆传动系统在内的许多传动系统的关键部件之一，掌握其传递的载荷大小对于监测车辆等传动系统的运行状态至关重要；另一方面，对传动轴扭矩的长期或全寿命监测可为车辆等传动系统新型号研制提供有力的技术手段，对车辆等关键部件的研发起到重要的推动作用。传统的做法是在车辆研制生产出来之后，在传动轴适当位置(如外露部分)安装扭矩测试系统，实现扭矩的在线测试。然而，因车辆动力传动系统结构紧凑，旋转轴上难以安装甚至不允许安装外部传感器，且车辆的工作环境复杂多变，使得外部扭矩传感器的安装及数据传输困难。
旋转轴扭矩测试的数据传输主要可分为两种方式，接触式与非接触式。接触式以传统集流器来实现，有水银式、电刷式、滑环式等。接触式集流器由于接触面表面氧化、磨损、高速传动轴振动等均可使接触电阻发生变化，降低系统可靠性，带来测试误差，且集流器体积大不便于安装在传动系统内部。
非接触数据传输包括红外数据传输、激光数据传输、存储测试等。然而这些测试方法有诸多不足之处，如红外和激光数据传输体积大不适合用于车辆狭小空间要求。存储测试是近年发展起来的扭矩测试方法，但这种方法不能用于实时监测旋转轴扭矩，且测试装置的安装与拆卸非常麻烦，不能满足需要。
向处于旋转轴扭矩测试系统提供能量的方法主要有两种：滑环供电，电池供电。滑环供电采用电刷与集电环滑动接触的方式，在使用上存在诸如滑动磨损，接触火花，碳积和不安全裸露导体等局限；而电池供电存在电能有限以及对供电环境要求高等一系列缺点和不足，使得这两种供电方式均不能满足扭矩测试的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，工作性能稳定可靠，测量精度高的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，包括轴杆，所述轴杆侧壁的中部设有用于安装电器元件的安装槽，安装槽为环绕轴杆侧壁的圆环形，安装槽内设有惠斯通电桥，惠斯通电桥的两个半桥应变片分别轴线对称地贴附在所述安装槽内的底部，每个半桥应变片分别包括二个电阻应变片，惠斯通电桥的电信号输出端与信号放大器的电信号输入端电连接，信号放大器的电信号输出端与模数转换器的电信号输入端电连接，模数转换器的电信号输出端与无线电发送模块的电信号输入端电连接，无线电发送模块向无线电接收模块发送信号，无线电接收模块与可处理、显示并存储传动轴传递的扭矩值的计算机连接；
所述轴杆的侧壁上套装有转盘，转盘的盘面上设有受电电磁线圈，受电电磁线圈环绕所述轴杆设置，受电电磁线圈通过整流滤波稳压模块与所述惠斯通电桥、所述信号放大器、所述模数转换器和所述无线电发送模块电连接，受电电磁线圈的附近设有高频交变电磁线圈，高频交变电磁线圈与受电电磁线圈同轴心并列设置，高频交变电磁线圈的端面与受电电磁线圈的端面之间的距离小于15mm，高频交变电磁线圈安装在定位板上，高频交变电磁线圈通过逆变电路与直流电源电连接；
所述轴杆上沿轴线方向设有穿线孔，所述安装槽内的底部沿径向设有出线孔，所述轴杆上位于所述转盘附近的侧壁处沿径向设有进线孔，进线孔的里端和所述出线孔的里端分别与所述穿线孔相通，所述信号放大器和所述整流滤波稳压模块与惠斯通电桥相连的导线依次穿过进线孔、穿线孔和出线孔；
所述整流滤波稳压模块、所述信号放大器、所述模数转换器、所述无线电发送模块安装在所述转盘上，所述无线电接收模块安装在所述定位板上；
所述安装槽内填充有703硅橡胶或704硅橡胶或705硅橡胶或706硅橡胶。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其中所述逆变电路安装在所述定位板上，所述安装槽的深度为2-3mm，安装槽沿所述轴杆轴线方向的长度为25-35mm，所述高频交变电磁线圈的端面与所述受电电磁线圈的端面之间的距离为3-10mm。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其中所述安装槽的侧壁与安装槽的底部相交处设有用于减小应力集中的过渡圆弧面。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其中所述转盘为圆环形，转盘采用绝缘材料制成，所述受电电磁线圈采用粘接固定在转盘朝左的盘面上，所述定位板为圆环形，定位板采用绝缘材料制成，所述高频交变电磁线圈采用粘接固定在定位板朝右的盘面上。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其中所述转盘盘面的里端与连接套的端面相贴，转盘盘面的里端通过螺钉与连接套固定相连，连接套套装在所述轴杆的侧壁上，连接套与轴杆通过紧定螺钉或定位销轴或平键相连。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其中所述轴杆可转动地安装在变速箱或减速器的箱体内，所述定位板盘面的外端与连接件的端面相贴，定位板盘面的外端通过螺钉与连接件固定相连，连接件采用螺栓安装在所述箱体的内壁上。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在使用时，位于安装槽内的惠斯通电桥可精确测量出轴杆传递的扭矩的量值并转化为对应的电信号，电信号经无线电发送模块通过无线电接收模块将电信号输送至可处理、显示并存储传动轴传递的扭矩值的计算机。因此，本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴具有可在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，工作性能稳定可靠，测量精度高的特点。
下面结合附图对本发明带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴的电路部分的原理图；
图2为本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴的主视图；
图3为图2的侧视图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，包括轴杆1，轴杆1侧壁的中部设有用于安装电器元件的安装槽2，安装槽2为环绕轴杆1侧壁的圆环形，安装槽2内设有包括金属电阻应变片的惠斯通电桥3，惠斯通电桥3的两个半桥应变片分别轴线对称地贴附在安装槽2内的底部，每个半桥应变片分别包括二个电阻应变片，惠斯通电桥3的电信号输出端与信号放大器4的电信号输入端电连接，信号放大器4的电信号输出端与模数转换器5的电信号输入端电连接，模数转换器5的电信号输出端与无线电发送模块6的电信号输入端电连接，无线电发送模块6向无线电接收模块7发送信号，无线电接收模块7与可处理、显示并存储传动轴传递的扭矩值的计算机连接；
轴杆1的侧壁上套装有转盘8，转盘8的盘面上设有受电电磁线圈9，受电电磁线圈9环绕轴杆1设置，受电电磁线圈9通过整流滤波稳压模块20与惠斯通电桥3、信号放大器4、模数转换器5和无线电发送模块6电连接，受电电磁线圈9的附近设有高频交变电磁线圈10，高频交变电磁线圈10与受电电磁线圈9同轴心并列设置，高频交变电磁线圈10的端面与受电电磁线圈9的端面之间的距离小于15mm，高频交变电磁线圈10安装在定位板11上，高频交变电磁线圈10通过逆变电路12与直流电源电连接。采用上述技术方案，可保证供电在高温、高振动冲击环境中的可靠、稳定，进而可保证在狭小空间实时在线监测扭矩，保证测量精度高。
本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在使用时，位于安装槽2内的惠斯通电桥3可精确测量出轴杆1传递的扭矩的量值并转化为对应的电信号，电信号经无线电发送模块6通过无线电接收模块7将电信号输送至可处理、显示并存储传动轴传递的扭矩值的计算机，而逆变电路12则可将直流电源逆变成为频率为67KHz的正弦电流，使高频交变电磁线圈10周围产生高频变化的电磁场，让位于本磁场中的受电电磁线圈9中产生高频感应电动势，此电动势经整流滤波稳压模块20得到5V的直流电，从而实现对惠斯通电桥3、信号放大器4、模数转换器5和无线电发送模块6的供电。
上述轴杆1上沿轴线方向设有穿线孔13，安装槽2内的底部沿径向设有出线孔14，轴杆1上位于转盘8附近的侧壁处沿径向设有进线孔15，进线孔15的里端和出线孔14的里端分别与穿线孔13相通，信号放大器4和整流滤波稳压模块20与惠斯通电桥3相连的导线依次穿过进线孔15、穿线孔13和出线孔14。上述技术特征可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
上述整流滤波稳压模块20、信号放大器4、模数转换器5、无线电发送模块6安装在转盘8上，无线电接收模块7安装在定位板11上。上述技术特征可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
上述安装槽2内填充有703硅橡胶或704硅橡胶或705硅橡胶或706硅橡胶。在安装槽2内填充703硅橡胶或704硅橡胶或705硅橡胶或706硅橡胶，可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
作为本发明的改进，上述逆变电路12安装在定位板11上，安装槽2的深度为2-3mm，安装槽2沿轴杆1轴线方向的长度为25-35mm，高频交变电磁线圈10的端面与受电电磁线圈9的端面之间的距离为3-10mm。上述技术特征可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
作为本发明的进一步改进，上述安装槽2的侧壁与安装槽2的底部相交处设有用于减小应力集中的过渡圆弧面。上述技术特征可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
作为本发明的进一步改进，上述转盘8为圆环形，转盘8采用绝缘材料制成，受电电磁线圈9采用粘接固定在转盘8朝左的盘面上，定位板11为圆环形，定位板11采用绝缘材料制成，高频交变电磁线圈10采用粘接固定在定位板11朝右的盘面上。上述技术特征可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
作为本发明的进一步改进，上述转盘8盘面的里端与连接套16的端面相贴，转盘8盘面的里端通过螺钉与连接套16固定相连，连接套16套装在轴杆1的侧壁上，连接套16与轴杆1通过紧定螺钉或定位销轴或平键相连。上述技术特征可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
作为本发明的进一步改进，上述轴杆1可转动地安装在变速箱或减速器的箱体17内，定位板11盘面的外端与连接件18的端面相贴，定位板11盘面的外端通过螺钉与连接件18固定相连，连接件18采用螺栓安装在箱体17的内壁上。上述技术特征可进一步保证本发明的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴在高温、高振动冲击环境中实现狭小空间实时在线监测扭矩，并进一步保证其工作性能稳定可靠，测量精度高。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，包括轴杆(1)，其特征在于：所述轴杆(1)侧壁的中部设有用于安装电器元件的安装槽(2)，安装槽(2)为环绕轴杆(1)侧壁的圆环形，安装槽(2)内设有惠斯通电桥(3)，惠斯通电桥(3)的两个半桥应变片分别轴线对称地贴附在所述安装槽(2)内的底部，每个半桥应变片分别包括二个电阻应变片，惠斯通电桥(3)的电信号输出端与信号放大器(4)的电信号输入端电连接，信号放大器(4)的电信号输出端与模数转换器(5)的电信号输入端电连接，模数转换器(5)的电信号输出端与无线电发送模块(6)的电信号输入端电连接，无线电发送模块(6)向无线电接收模块(7)发送信号，无线电接收模块(7)与可处理、显示并存储传动轴传递的扭矩值的计算机连接；
所述轴杆(1)的侧壁上套装有转盘(8)，转盘(8)的盘面上设有受电电磁线圈(9)，受电电磁线圈(9)环绕所述轴杆(1)设置，受电电磁线圈(9)通过整流滤波稳压模块(20)与所述惠斯通电桥(3)、所述信号放大器(4)、所述模数转换器(5)和所述无线电发送模块(6)电连接，受电电磁线圈(9)的附近设有高频交变电磁线圈(10)，高频交变电磁线圈(10)与受电电磁线圈(9)同轴心并列设置，高频交变电磁线圈(10)的端面与受电电磁线圈(9)的端面之间的距离小于15mm，高频交变电磁线圈(10)安装在定位板(11)上，高频交变电磁线圈(10)通过逆变电路(12)与直流电源电连接；
所述轴杆(1)上沿轴线方向设有穿线孔(13)，所述安装槽(2)内的底部沿径向设有出线孔(14)，所述轴杆(1)上位于所述转盘(8)附近的侧壁处沿径向设有进线孔(15)，进线孔(15)的里端和所述出线孔(14)的里端分别与所述穿线孔(13)相通，所述信号放大器(4)和整流滤波稳压模块(20)与所述惠斯通电桥(3)相连的导线依次穿过进线孔(15)、穿线孔(13)和出线孔(14)；
所述整流滤波稳压模块(20)、所述信号放大器(4)、所述模数转换器(5)、所述无线电发送模块(6)安装在所述转盘(8)上，所述无线电接收模块(7)安装在所述定位板(11)上；
所述安装槽(2)内填充有703硅橡胶或704硅橡胶或705硅橡胶或706硅橡胶。
2.根据权利要求1所述的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其特征在于：所述逆变电路(12)安装在所述定位板(11)上，所述安装槽(2)的深度为2-3mm，安装槽(2)沿所述轴杆(1)轴线方向的长度为25-35mm，所述高频交变电磁线圈(10)的端面与所述受电电磁线圈(9)的端面之间的距离为3-10mm。
3.根据权利要求2所述的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其特征在于：所述安装槽(2)的侧壁与安装槽(2)的底部相交处设有用于减小应力集中的过渡圆弧面。
4.根据权利要求3所述的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其特征在于：所述转盘(8)为圆环形，转盘(8)采用绝缘材料制成，所述受电电磁线圈(9)采用粘接固定在转盘(8)朝左的盘面上，所述定位板(11)为圆环形，定位板(11)采用绝缘材料制成，所述高频交变电磁线圈(10)采用粘接固定在定位板(11)朝右的盘面上。
5.根据权利要求4所述的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其特征在于：所述转盘(8)盘面的里端与连接套(16)的端面相贴，转盘(8)盘面的里端通过螺钉与连接套(16)固定相连，连接套(16)套装在所述轴杆(1)的侧壁上，连接套(16)与轴杆(1)通过紧定螺钉或定位销轴或平键相连。
6.根据权利要求5所述的带有可实时在线监测扭矩装置的传动轴，其特征在于：所述轴杆(1)安装在减速器的箱体(17)内，所述定位板(11)盘面的外端与连接件(18)的端面相贴，定位板(11)盘面的外端通过螺钉与连接件(18)固定相连，连接件(18)采用螺栓安装在所述箱体(17)的内壁上。
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