CN106644257B

CN106644257B - 扭矩测量验证装置

Info

Publication number: CN106644257B
Application number: CN201611118069.XA
Authority: CN
Inventors: 金镭; 蔡野; 陆金红
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-12-07
Also published as: CN106644257A

Abstract

本发明实施例提供一种扭矩测量验证装置，包括：工作台、扭矩测量单元、以及结构相同的两个加载单元；其中，所述扭矩测量单元包括第一试件和加载臂，所述第一试件的一端与所述工作台固接，所述第一试件的另一端与所述加载臂固接，所述加载臂的两端分别与所述两个加载单元固接；所述加载单元包括柔性件、拉力传感器和施力组件，其中，所述柔性件的一端与所述加载臂连接，另一端与所述拉力传感器的一端连接，所述拉力传感器的另一端与所述施力组件连接，所述施力组件固定在所述工作台上，用于为所述加载臂施加力偶。该装置能够对扭矩测量结果进行验证，确保测量结果的准确性。

Description

扭矩测量验证装置

技术领域

本发明实施例涉及测量设备技术领域，尤其涉及一种扭矩测量验证装置。

背景技术

在物理学中，扭矩就是使物体发生转动的力矩，其大小等于力和力臂的乘积。扭矩是机械设备中的重要参数，它反映了机械设备在一定范围内的工作能力。因此，扭矩测量已经成为机械测量中的一个重要组成部分。

现有技术中，应变式扭矩测量是常用的扭矩测量手段。应变式扭矩测量的原理为：旋转轴在扭矩的作用下会产生一定的应变，且该应变与作用的扭矩大小间存在某种比例关系，从而可以通过粘贴在旋转体表面上的应变传感器测得的应变量来获取相应扭矩的大小。

实际应用中，应变传感器主要是通过人工手动的方式粘贴在旋转体的表面上，然而，不同的应变传感器、不同的粘接方式、不同的粘贴位置都会引起测量结果的差异，因此，在实际应用中需要对测量结果进行验证，以确保测量结果的准确性。

发明内容

本发明实施例提供一种扭矩测量验证装置，用以对扭矩测量结果进行验证。

本发明实施例提供一种扭矩测量验证装置，该装置包括：

工作台、扭矩测量单元、以及结构相同的两个加载单元；

其中，所述扭矩测量单元包括第一试件和加载臂，所述第一试件的一端与所述工作台固接，所述第一试件的另一端与所述加载臂固接，所述加载臂的两端分别与所述两个加载单元固接；

所述加载单元包括柔性件、拉力传感器和施力组件，其中，所述柔性件的一端与所述加载臂连接，另一端与所述拉力传感器的一端连接，所述拉力传感器的另一端与所述施力组件连接，所述施力组件固定在所述工作台上，用于为所述加载臂施加力偶。

本发明实施例，通过设置一工作台，将扭矩测量单元固定在工作台上，并分别将两个结构相同的加载单元连接在扭矩测量单元的加载臂的两端上，通过加载单元为加载臂的两端施加水平方向上的力偶，获得试件的扭矩，进而将获得的试件的扭矩与相同力偶下，通过应变式扭矩测量方法获得的扭矩进行对比，即可实现对应变式扭矩测量结果的验证，确保了扭矩测量结果的准确性，并且本发明实施例通过在柔性件中设置空心结构和连接结构，能够实现对加载臂受力大小和受力方向的微调，从而避免了由于加载臂两端施力不均所导致的验证结果不准确的问题，并且能够保证加载臂的受力方向始终不变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的扭矩测量验证装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的加载单元的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的柔性件31的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的施力组件38的机构示意图；

图5为本发明又一实施例提供的扭矩测量验证装置的结构示意图；

图6为本发明又一实施例提供的扭矩测量验证装置的结构示意图；

图7a和图7b为本发明实施例的应变传感器粘贴位置示意图；

图8为本发明实施例的全桥电路的结构示意图。

附图标记:

11-工作台 21-第一试件

211-应变传感器 212-应变传感器

213-应变传感器 214-应变传感器

22-加载臂 23-扭矩传感器

24-第二试件 31-柔性件

32-拉力传感器 33-丝杠

34-手轮 35-衬套

36-平键 37-基座

38-施力组件 311-空心结构

312-连接结构 312a-第一工形件

312b-第二工形件

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的过程或结构的装置不必限于清楚地列出的那些结构或步骤而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程或装置固有的其它步骤或结构。

图1为本发明一实施例提供的扭矩测量验证装置的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的装置包括：

工作台11、扭矩测量单元、以及结构相同的两个加载单元；

其中，扭矩测量单元包括第一试件21和加载臂22，第一试件21的一端通过法兰盘固定在工作台11上，第一试件21的另一端通过螺栓或焊接的方式与加载臂22固定连接，加载臂的两端分别与两个加载单元连接，并通过加载单元为加载臂22施加力偶。优选的，本实施例将第一试件21固定在加载臂22的中心区域上，使得第一试件21和加载臂22的中心轴重合，即本实施例中提供的扭矩测量验证装置关于第一试件21的中心轴轴对称。

特别的，图2为本发明一实施例提供的加载单元的结构示意图，如图2所示，本实施例中加载单元包括柔性件31、拉力传感器32和施力组件38。柔性件31的一端与加载臂22连接，另一端与拉力传感器32的一端连接，拉力传感器32的另一端与施力组38件连接，施力组件38固定在工作台11上，用于为所述加载臂施加力偶。

这里需要说明的是：在本实施例中，第一试件21为主要的承力件。当在加载臂22的两端施加水平力偶后，在力的传递下，第一试件21将受到扭矩的作用，因此，第一试件21必须具备很好的刚度。然而，较大的刚度会使第一试件21表面的局部应变变小，不便于测试。因此，本实施例中，试件21可以做成空心的圆柱形结构，以在具备较高的刚度的同时，也不影响试件的局部应变。

图3为本发明一实施例提供的柔性件31的结构示意图，如图3所示，柔性件包括：空心结构311，以及与空心结构固定连接的连接结构312。其中，空心结构311与加载臂22连接，用于对加载臂22的受力进行缓冲调整。实际应用中，由于是对加载臂的两端分别施加拉力的，这就导致了加载臂两端的拉力会存在不相等的情况，此时通过空心结构311的设置，能够通过空心结构311的形变对施加拉力进行缓冲和微调，进而使得整体结构的受力不会受到影响，提高了验证结果的准确性。特别的，在图3中空心结构311具体为方形的空心结构，但是在实际应用中，空心结构不仅仅可以被体现为方形的空心结构，还以被具体为诸如圆形、菱形等空心结构，本实施例中不做具体限定。

图3中，连接结构312与空心结构311一体结构，且连接结构312与拉力传感器32固定连接，用于对加载臂22的受力方向进行调整，使得加载臂的受力方向始终保持不变。优选地，本实施例中连接结构312由两个一体成型的工形件312a和312b组成，且两个工形件之间设置有凹陷部的侧面互相垂直，具体的，本实施例中，将其中第一工形件312a的凹陷部设置为朝向水平方向，并在力的作用下通过向水平方向的凹陷部弯曲偏转，使得加载臂在水平方向上的受力方向始终保持不变。将第二工形件312b的凹陷部设置为朝向竖直方向，并在力的作用下通过向竖直方向的凹陷部弯曲偏转，使得加载臂在竖直方向上的受力方向保持不变。

图4为本发明一实施例提供的施力组件38的机构示意图，如图4所示，施力组件38包括：

丝杠33、手轮34、衬套35、平键36和基座37；

其中，基座37通过焊接或螺栓的方式固定在工作台11上，所述基座37上设置有通孔，衬套35嵌设在所述通孔中，衬套35的内表面上设置有盲孔，平键36嵌设在盲孔内，丝杠33上设置有U型通槽，丝杠33透过U型通槽与平键36配合安装，丝杠33的一端与拉力传感器32固定连接，另一端透过35衬套和平键36与手轮34螺接。

在实际验证操作中，手轮34转动，并在基座37的限制下无法直线移动只能旋转，丝杠33受到平键36的限制不会跟转，只能直线移动，因此，手轮34的旋转运动转变为丝杠33的直线移动，并通过力的传动实现了在加载臂22上施加拉力的目的。

特别的，为了降低手轮34与衬套35之间的摩擦力，减少衬套35的磨损，实际应用中还可以在衬套35朝向手轮34的一端上设置推力球轴承。

实际验证操作过程中，可以根据需要在第一试件21的外圆周上黏贴多个应变传感器，用以对第一试件21的应变量进行检测。本实施例中，优选的，如图7a所示，在第一试件21的外圆周正面上，相隔90度粘贴两个应变传感器211和212，且应变传感器沿着第一试件21的轴线呈45度的方向粘贴。类似的，如图7b所示，在第一试件21的外圆周背面上，相隔90度粘贴两个应变传感器213和214。这样共粘贴四个应变传感器211，212，213和214，其中211与213，212与214相隔180度。应变传感器211，212，213和214连接成如图8所示的全桥电路，输出应变量。

测试时，通过测试仪器测得试件受扭矩作用后产生的应变量ε。又有表达式如下：

第一试件21在扭矩作用下产生的应力为τ＝E*ε/(1+μ),材料的抗扭截面系数

第一试件21的扭矩

式中E为杨氏弹性模量，ε为测得的应变量，μ为试件第一材料的泊松比，D为第一试件的外径，d为第一试件的内径。

将测得的应变量代入以上表达式，即可计算出试件所受的扭矩T_待验，即所要验证的测试量。

进一步的，根据拉力传感器测得的拉力获取扭矩，方法如下：在加载的同时第一拉力传感器和第二拉力传感器会测得在加载臂两端施加的拉力F₁和F₂，将F₁和F₂取平均后得到F，则有T_拉＝F*L，其中T_拉为拉力换算获得的扭矩值，L为加载的力臂长度。将T_待验与T_拉进行对比，即可验证应变式扭矩测量结果的准确性。

本实施例通过设置一工作台，将扭矩测量单元固定在工作台上，并分别将两个结构相同的加载单元连接在扭矩测量单元的加载臂的两端上，通过加载单元为加载臂的两端施加水平方向上的力偶，获得试件的扭矩，进而将获得的试件的扭矩与相同力偶下，通过应变式扭矩测量方法获得的扭矩进行对比，即可实现对应变式扭矩测量结果的验证，确保了扭矩测量结果的准确性。并且本发明实施例通过在柔性件中设置空心结构和连接结构，能够实现对加载臂受力大小和受力方向的微调，从而避免了由于加载臂两端施力不均所导致的验证结果不准确的问题，并且能够保证加载臂的受力方向始终不变。

图5为本发明又一实施例提供的扭矩测量验证装置的结构示意图，如图5所示，本实施例在图1所示实施例的基础上，扭矩测量单元还包括：扭矩传感器23。

其中，扭矩传感器23的一端与第一试件21远离工作台11的一端固接，扭矩传感器23的另一端与加载臂22固接。

实际验证操作过程中，根据拉力传感器测得的拉力获取扭矩，方法如下：在加载的同时第一拉力传感器和第二拉力传感器会测得在加载臂两端施加的拉力F₁和F₂，将F₁和F₂取平均后得到F，则有T_拉＝F*L，其中T_拉为拉力换算获得的扭矩值，L为加载的力臂长度。

进一步的，通过扭矩传感器23直接测得扭矩T₁，并将T_拉与T₁进行对比，验证扭矩测量结果的准确性。

本实施例在图1所示实施例的基础上，通过在加载臂22和第一试件21之间增设一个扭矩传感器23，通过扭矩传感器23直接对扭矩值进行测量，降低了验证过程的计算复杂度，提高了验证效率。

实际应用中，为了便于人员操作，所以扭矩测量验证装置需要设计达到一定的高度。而当选定的扭矩传感器的直径不大时，若是将1个试件做的过长，试件容易变形，会影响验证结果的准确性。因此为了进一步保证试件的刚度，在扭矩测量单元中可以采用多个试件的结构。

以两个试件为例，图6为本发明又一实施例提供的扭矩测量验证装置的结构示意图，如图6所示，本实施例在图4所示实施例的基础上，扭矩测量单元还包括：第二试件24。

其中，第二试件24的一端与扭矩传感器23远离第一试件21的一端连固接，所述第二试件24的另一端与加载臂22固接。本实施例中第二试件24与第一试件21的结构和特征相同，在这里不再赘述。

实际验证操作过程中，在第一试件21的外圆周上，如图7a-图7b所示相隔180度粘贴两个应变传感器，且应变传感器沿着第一试件21的轴线呈45度的方向粘贴，共粘贴四个应变传感器并接成全桥电路，输出应变量。正式测试时，通过应变传感器测得试件受扭矩作用后的产生的应变量，上述表达式计算试件所受的扭矩T_待验。

进一步的，通过将扭矩传感器23测得的扭矩T₁与T_待验进行对比，验证应变式扭矩测量结果的准确性。

本发明在图5所示实施例的基础上，通过在加载臂和扭矩传感器之间增设一试件，不但增高了扭矩测量验证装置的高度，方便了操作，还保证了试件的刚度，确保了验证结果的准确性。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种扭矩测量验证装置，其特征在于，包括：

工作台、扭矩测量单元、以及结构相同的两个加载单元；

所述加载单元包括柔性件、拉力传感器和施力组件，其中，所述柔性件的一端与所述加载臂连接，另一端与所述拉力传感器的一端连接，所述拉力传感器的另一端与所述施力组件连接，所述施力组件固定在所述工作台上，用于为所述加载臂施加力偶；

所述施力组件包括：

丝杠、手轮、衬套、平键和基座；

其中，所述基座固定设置在所述工作台上，所述基座上设置有通孔，所述衬套嵌设在所述通孔中，所述衬套的内表面上设置有盲孔，所述平键嵌设在所述盲孔内，所述丝杠上设置有U型通槽，所述丝杠透过所述U型通槽与所述平键配合安装，所述丝杠的一端与所述拉力传感器固定连接，另一端透过所述衬套与所述手轮螺接；手轮的旋转运动转变为丝杠的直线运动，通过柔性件在加载臂上施加拉力；

所述柔性件包括：空心结构，以及与所述空心结构固定连接的连接结构；

其中，所述空心结构与所述加载臂连接，用于对所述加载臂的受力进行缓冲调整；

所述连接结构与所述拉力传感器连接，用于对所述加载臂的受力方向进行调整，使得所述加载臂的受力方向保持不变；

所述连接结构包括第一工形件和第二工形件，其中，所述第一工形件凹陷部设置为朝向水平方向，用于保持所述加载臂在水平方向上的受力方向不变，所述第二工形件凹陷部设置为朝向竖直方向，用于保持所述加载臂在竖直方向上的受力方向不变。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空心结构为方形的空心结构。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一工形件中设置有凹陷部的侧面与所述第二工形件中设置有凹陷部的侧面互相垂直。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述衬套朝向所述手轮的一端上设置有推力球轴承。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述扭矩测量单元还包括：

扭矩传感器；

所述扭矩传感器的一端与所述第一试件远离所述工作台的一端固接，所述扭矩传感器的另一端与所述加载臂固接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扭矩测量单元还包括：

第二试件；

所述，第二试件的一端与所述扭矩传感器远离所述第一试件的一端连固接，所述第二试件的另一端与所述加载臂固接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一试件和所述第二试件为圆柱形的空心结构。