CN108318177B - 一种便携式扭矩传感器标定装置 - Google Patents

Abstract

一种便携式扭矩传感器标定装置，包括：底座、微调螺钉、下力臂、微调臂销轴、微调臂、下拉耳销轴、下拉耳、拉力传感器、标定臂销轴、标定臂、摆座总成、手柄。上述整套装置通过底座对称固定连接在台面上，两个底座与下力臂固定连接，微调臂插入下力臂并连接在一起。下力臂前端设置有T型导程槽，下拉耳的左端插入该T型导程槽中。微调臂的左臂用微调螺钉向上顶紧，微调臂的右臂将下拉耳向下压紧。下拉耳的右端与拉力传感器一端连接，拉力传感器的另一端与标定臂一端连，拉力传感器两端安装有用于销轴连接的关节轴承，标定臂的另一端与摆座总成固定连接。摆座总成安装在位于底座的上部，摆座总成上端安装一对手柄。

Description

一种便携式扭矩传感器标定装置

技术领域

本发明属于计量校准领域，涉及一种传感器标定装置，尤其涉及一种便携式扭矩传感器标定装置。

背景技术

众所周知，在机械旋转机构的动力传递中，经常需要用扭矩传感器对传递的扭矩进行准确测量。扭矩传感器能够将扭矩转化成电信号，从而通过电信号间接得到扭矩值。要获得准确的扭矩值，就需要保证所用到的扭矩传感器具有较高的测量精度。为了明确扭矩传感器测量结果的准确性，在使用之前必须要进行标定，而且在使用过程中也需要定期对其进行标定。

传统的扭矩传感器标定方法是使用标准砝码和标准杠杆来比对扭矩传感器的实际显示数值，例如国家知识产权局2012.07.25授权的实用新型专利“一种通用型精确扭矩测量标定装置201120449770.6”、2015.12.16授权的实用新型专利“一种扭矩传感器静态标定试验台201520234555.2”、以及2016.02.03公布的发明专利申请“长轴组件扭矩标定装置及使用该装置的扭矩标定方法201510881387.0”等都是采用这种方法。

上述方法有三个缺点：1）需要增加额外的装置将扭矩传感器或与扭矩传感器相连接的轴进行固定，另外标准杠杆也要通过一些装置与扭矩传感器固定连接，结构复杂、占用空间较大；2）由于标准杠杆受力会产生微小的挠度，扭矩传感器在扭矩作用下也会产生微小的扭转角度，两者累加就会导致力臂与受力方向不垂直，导致实际力臂不再等于标准杠杆的长度，从而影响标定精度；3）在标定的过程中，需要人工多次加载、卸载砝码，操作繁琐、劳动强度大且不安全，同时也会产生标定误差。

国家知识产权局2017.03.15授权的实用新型专利“一种扭矩传感器定度实验装置201621042092.0”，包括：机架、轴承端盖、导轮支架、导轮、导轮轴、应变轴、联轴器一、联轴器二、扭矩传感器、砝码挂盘、砝码、钢丝绳、扭矩施加杆、吊环、钢杆、应变轴支架、传感器支架和电脑。传感器支架、应变轴支架和导轮支架依次安装在机架上，导轮安装在导轮支架上端，应变轴通过深沟球轴承一安装在应变轴支架顶部，应变轴两端分别连接固定扭矩施加杆和扭矩传感器，扭矩施加杆一端连接钢杆，另一端连接钢丝绳，钢杆下端设置有砝码挂盘，钢丝绳向上绕过导轮并沿导轮另一侧下垂，下垂钢丝绳末端设置有砝码挂盘。该装置虽然能够通过电脑将扭矩传感器显示的扭矩值与采集器采集转换的扭矩值进行校核，但是结构复杂成本高，体积庞大不方便携带，只能用于固定场所，测量时仍需要人工装卸砝码，劳动强度高。若扭矩传感器与其他轴类零件固定连接时，还需要将其卸下，然后安装到该装置上校准，操作不方便且使用局限性大。

国家知识产权局2017.05.10公布的发明专利申请“扭矩测量验证装置201611118069.X”，通过设置一个工作台，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两端，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。该装置虽然结构简单，测量时工人劳动强度低，但仍然只能针对孤立的扭矩传感器加以验证，且仅能用于固定场所，使用局限性大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑，方便携带，标定时不需要使用标准砝码和标准杠杆，操作方便，量程范围宽，标定精度高，造价成本低且应用范围广的扭矩传感器标定装置。

本发明的技术方案是：一种便携式扭矩传感器标定装置，包括：底座、微调螺钉、下力臂、微调臂销轴、微调臂、下拉耳销轴、下拉耳、拉力传感器、标定臂销轴、标定臂、摆座总成、手柄。

上述整套装置结构对称设计，通过底座1固定连接在台面上。底座共两个，面对面安装，下端设置有柱形沉头孔，通过内六角圆柱头螺钉与下力臂固定连接。微调臂插入下力臂中，通过微调臂销轴将两者连接在一起。下力臂前端设置有T型导程槽，下拉耳的左端插入该T型导程槽中。微调臂的左臂用微调螺钉向上顶紧，微调臂的右臂将下拉耳向下压紧。下拉耳的右端通过下拉耳销轴与拉力传感器一端连接。拉力传感器的另一端通过标定臂销轴与标定臂一端连接。拉力传感器两端安装有用于销轴连接的关节轴承。标定臂的另一端通过螺钉与摆座总成固定连接。摆座总成安装在位于底座的上部，摆座总成上端安装一对手柄。

下力臂与底座连接端设置有定位凸台，定位凸台插入两个底座的中间，下力臂和微调臂的中间加工有销轴孔，下力臂的底部加工有螺纹孔，微调螺钉拧入该螺纹孔中，下力臂前端设置的T型导程槽为上下竖直贯通。

摆座总成包括：摆座、圆锥滚子轴承端盖、蜗杆、轴承端盖、摆座球轴承、涡轮轴毂、涡轮、隔套、圆锥滚子轴承、涡轮轴毂球轴承。摆座结构对称，两侧加工有内螺纹孔，与标定臂用螺钉固定连接。摆座内部安装蜗杆、涡轮，蜗杆左右对称安装在涡轮的两侧。圆锥滚子轴承端盖将圆锥滚子轴承顶紧，然后用螺钉将圆锥滚子轴承端盖固定在摆座上。

蜗杆的螺旋齿上部自上而下依次套装圆锥滚子轴承、隔套，蜗杆的螺旋齿下部自上而下依次套装隔套、圆锥滚子轴承，两个圆锥滚子轴承采用面对面套装。蜗杆上端加工有外花键，与手柄的内花键配合连接。

涡轮内部设置有矩形内花键，涡轮轴毂内外部分均设置有矩形花键，涡轮轴毂的矩形外花键与涡轮的矩形内花键配合连接，涡轮轴毂的矩形内花键与用于和扭矩传感器连接的过渡件的矩形外花键配合连接。涡轮轴毂左右两端安装涡轮轴毂球轴承。

涡轮轴毂球轴承内圈通过涡轮轴毂的轴肩定位，涡轮轴毂球轴承外圈通过轴承端盖内部的凸台定位。轴承端盖将涡轮轴毂球轴承压紧后，通过螺钉固定在摆座上，在轴承端盖的外缘安装摆座球轴承。摆座球轴承安装于底座上部的轴承孔中。

本发明采用上述技术方案后产生的积极效果是：本装置结构紧凑，占用空间小，便于携带，标定不需要使用标准砝码，操作方便，既可以实现对安装在设备上的扭矩传感器进行标定，也可以对单独的扭矩传感器进行标定，应用范围广。拉力传感器既可以安装在装置的右侧，也可以安装在装置的左侧，通过改变安装位置，能够实现对扭矩传感器正反向扭矩值的标定。另外还设计了微调机构，校准精度高。

附图说明

图1为本发明一种便携式扭矩传感器标定装置的结构示意图；

图2为本发明一种便携式扭矩传感器标定装置的摆座总成主视结构示意图；

图3为本发明一种便携式扭矩传感器标定装置的摆座总成剖视图之一；

图4为本发明一种便携式扭矩传感器标定装置的摆座总成剖视图之二。

图中：1.底座、2.微调螺钉、3.下力臂、4.微调臂销轴、5.微调臂、6.下拉耳销轴、7.下拉耳、8.拉力传感器、9.标定臂销轴、10.标定臂、11.摆座总成、12.手柄、13.摆座、14.圆锥滚子轴承端盖、15.蜗杆、16.轴承端盖、17.摆座球轴承、18.涡轮轴毂、19.涡轮、20.隔套、21.圆锥滚子轴承、22.涡轮轴毂球轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。如图1-4所示，一种便携式扭矩传感器标定装置，包括：底座1、微调螺钉2、下力臂3、微调臂销轴4、微调臂5、下拉耳销轴6、下拉耳7、拉力传感器8、标定臂销轴9、标定臂10、摆座总成11、手柄12。

上述整套装置结构对称设计，通过底座1固定连接在台面上。底座1共两个，面对面安装，下端加工柱形沉头孔，通过内六角圆柱头螺钉与下力臂3固定连接。为了增加结构刚度，下力臂3与底座1连接端设置有定位凸台，定位凸台插入两底座1的中间。下力臂3和微调臂5的中间设置有销轴孔，先将微调臂5插入下力臂3中，然后通过微调臂销轴4将两者连接在一起，这样微调臂5便能够绕着微调臂销轴4摆动。下力臂3的底部设置有螺纹孔，微调螺钉2拧入该螺纹孔中，目的是用来将微调臂5的左臂向上顶起。下力臂3前端设置有上下竖直贯通的T型导程槽，下拉耳7的左端插入该T形导程槽中，保证下拉耳7只能沿着该导程槽上下运动。一旦微调臂5的左臂用微调螺钉2向上顶紧，微调臂5的右臂便将下拉耳7向下压紧。下拉耳7的右端通过下拉耳销轴6与拉力传感器8一端连接。拉力传感器8的另一端通过标定臂销轴9与标定臂10一端连接。拉力传感器8两端安装用于销轴连接的关节轴承。标定臂10的另一端通过螺钉与摆座总成11固定连接。摆座总成11安装在底座1的上部，可以绕着轴线转动，从而对拉力传感器8施加拉力。摆座总成11上端安装一对手柄12，用来施加外界载荷。

摆座总成11包括：摆座13、圆锥滚子轴承端盖14、蜗杆15、轴承端盖16、摆座球轴承17、涡轮轴毂18、涡轮19、隔套20、圆锥滚子轴承21、涡轮轴毂球轴承22。摆座13结构对称，两侧设置有内螺纹孔，与标定臂10用螺钉固定连接。摆座13内部安装蜗杆15、涡轮19，蜗杆15左右对称安装在涡轮19的两侧，目的是为了增加结构刚度，并且使作用在手柄12上的操作力减小，操纵轻便。蜗杆15的螺旋齿上部自上而下依次安装圆锥滚子轴承21、隔套20，蜗杆15的螺旋齿下部自上而下依次安装隔套20、圆锥滚子轴承21，两个圆锥滚子轴承21采用面对面安装，目的是能够承受来自蜗杆15的轴向力。圆锥滚子轴承端盖14将圆锥滚子轴承21顶紧，然后用螺钉将圆锥滚子轴承端盖14固定在摆座13上。蜗杆15上端设置有外花键，与手柄12的内花键配合连接，方便手柄12的安装和拆卸。涡轮19内部设置有矩形内花键，涡轮轴毂18内外部分均设置有矩形花键，涡轮轴毂18的矩形外花键与涡轮19的矩形内花键配合连接，涡轮轴毂18的矩形内花键与用于和扭矩传感器连接的过渡件的矩形外花键配合连接。涡轮轴毂18左右两端安装涡轮轴毂球轴承22。涡轮轴毂球轴承22内圈通过涡轮轴毂18的轴肩定位，涡轮轴毂球轴承22外圈通过轴承端盖16内部的凸台定位。轴承端盖16将涡轮轴毂球轴承22压紧后，通过螺钉固定在摆座13上，在轴承端盖16的外缘安装摆座球轴承17。摆座球轴承17安装于底座1上部的轴承孔中。

标定时，将具有矩形外花键的过渡件和扭矩传感器连接好以后，插入涡轮轴毂18的矩形内花键。然后调节标定臂10至水平。同时转动两个手柄12，带动蜗杆15、涡轮19啮合传动，进而驱使涡轮轴毂18转动，涡轮轴毂18带着过渡件转动，从而对扭矩传感器施加扭矩。在扭矩传感器的反转扭矩作用下，摆座总成11带着标定臂10绕底座1旋转微小角度，拉力传感器8便会被施加拉力。摆座总成11绕着底座1相对转动一定夹角后导致标定臂10发生微小倾斜，为了保证力臂与拉力方向始终垂直，消除标定臂10微小倾斜带来的计算误差，旋转微调螺钉2，微调螺钉2向上移动将微调臂5左臂顶紧，微调臂5绕微调臂销轴4转动，微调臂5右臂对下拉耳7施加向下压力，下拉耳7沿着下力臂3前端的矩形T型导程槽向下移动，从而将标定臂10再次调节至水平。此时将拉力传感器8所得数据采集处理后，即可计算得到测得的扭矩值。通过该装置显示的扭矩值与扭矩传感器显示的扭矩值进行对比，从而完成对扭矩传感器的标定。

以上仅为本发明较优可行的实施例而已，并非为对本发明的范围的限定，本领域内的技术人员在依据本发明说明书及附图内容所做的等效修饰与变化，都应涵盖在本发明权利要求所保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式扭矩传感器标定装置，包括：底座（1）、微调螺钉（2）、下力臂（3）、微调臂销轴（4）、微调臂（5）、下拉耳销轴（6）、下拉耳（7）、拉力传感器（8）、标定臂销轴（9）、标定臂（10）、摆座总成（11）、手柄（12）；其特征在于：上述整套装置结构对称设计，通过底座（1）固定连接在台面上；底座（1）共两个，面对面安装，下端设置有柱形沉头孔，通过内六角圆柱头螺钉与下力臂（3）固定连接；微调臂（5）插入下力臂（3）中，通过微调臂销轴（4）将两者连接在一起；下力臂（3）前端设置有T型导程槽，下拉耳（7）的左端插入该T型导程槽中；微调臂（5）的左臂用微调螺钉（2）向上顶紧，微调臂（5）的右臂将下拉耳（7）向下压紧；下拉耳（7）的右端通过下拉耳销轴（6）与拉力传感器（8）一端连接，拉力传感器（8）的另一端通过标定臂销轴（9）与标定臂（10）一端连接，拉力传感器（8）两端安装有用于销轴连接的关节轴承；标定臂（10）的另一端通过螺钉与摆座总成（11）固定连接；摆座总成（11）安装在位于底座（1）的上部，摆座总成（11）上端安装一对手柄（12）。

2.根据权利要求1所述的一种便携式扭矩传感器标定装置，其特征在于：下力臂（3）与底座（1）连接端设置有定位凸台，定位凸台插入两个底座（1）的中间，下力臂（3）和微调臂（5）的中间加工有销轴孔，下力臂（3）的底部加工有螺纹孔，微调螺钉（2）拧入该螺纹孔中，下力臂（3）前端设置的T型导程槽为上下竖直贯通。

3.根据权利要求1所述的一种便携式扭矩传感器标定装置，其特征在于：摆座总成（11）包括：摆座（13）、圆锥滚子轴承端盖（14）、蜗杆（15）、轴承端盖（16）、摆座球轴承（17）、涡轮轴毂（18）、涡轮（19）、隔套（20）、圆锥滚子轴承（21）、涡轮轴毂球轴承（22）；摆座（13）结构对称，两侧加工有内螺纹孔，与标定臂（10）用螺钉固定连接；摆座（13）内部安装蜗杆（15）、涡轮（19），蜗杆（15）左右对称安装在涡轮（19）的两侧；圆锥滚子轴承端盖（14）将圆锥滚子轴承（21）顶紧，然后用螺钉将圆锥滚子轴承端盖（14）固定在摆座（13）上。

4.根据权利要求3所述的一种便携式扭矩传感器标定装置，其特征在于：蜗杆（15）的螺旋齿上部自上而下依次套装圆锥滚子轴承（21）、隔套（20），蜗杆（15）的螺旋齿下部自上而下依次套装隔套（20）、圆锥滚子轴承（21），两个圆锥滚子轴承（21）采用面对面套装；蜗杆（15）上端加工有外花键，与手柄（12）的内花键配合连接。

5.根据权利要求3所述的一种便携式扭矩传感器标定装置，其特征在于：涡轮（19）内部设置有矩形内花键，涡轮轴毂（18）内外部分均设置有矩形花键，涡轮轴毂（18）的矩形外花键与涡轮（19）的矩形内花键配合连接，涡轮轴毂（18）的矩形内花键与用于和扭矩传感器连接的过渡件的矩形外花键配合连接；涡轮轴毂（18）左右两端安装涡轮轴毂球轴承（22）。

6.根据权利要求4所述的一种便携式扭矩传感器标定装置，其特征在于：涡轮轴毂球轴承（22）内圈通过涡轮轴毂（18）的轴肩定位，涡轮轴毂球轴承（22）外圈通过轴承端盖（16）内部的凸台定位；轴承端盖（16）将涡轮轴毂球轴承（22）压紧后，通过螺钉固定在摆座（13）上，在轴承端盖（16）的外缘安装摆座球轴承（17）；摆座球轴承（17）安装于底座（1）上部的轴承孔中。