CN109084920A - 一种高精度扭矩传感器浮动连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度扭矩传感器浮动连接装置，包括设置在传感器轴一端的与测量轴端连接结构和设置在传感器轴另一端的与固定端浮动连接结构，测量轴端连接结构包括套在测量轴上的带有圆锥内表面的滑套，测量轴的端部设有三个轴向开口槽，每个开口槽内均设有一个滑块，测量轴的端面上通过螺钉固定有挡板，滑块在远离挡板的一端设有轴向压紧弹簧，通过调节压紧弹簧使滑套的圆锥内表面压紧三个滑块沿着径向向传感器轴的回转中心方向滑动；固定端浮动连接结构包括固定块、大滑块和小滑块，通过该连接结构只限制传感器另一轴的绕其自身轴线转动自由度而放开其他自由度，消除传感器两个伸出轴同轴度误差带来的额外弯矩，进而保证测量轴静态扭矩测量精度。

Description

一种高精度扭矩传感器浮动连接装置

技术领域

本发明涉及高精度传感器安装方式技术领域，具体涉及一种高精度扭矩传感器与测量轴和固定端的浮动连接装置。

背景技术

当前主流的扭矩传感器是通过弹性联轴器将扭矩输入轴、输出轴和扭矩传感器的两个轴(因为两根伸出轴运动同步，可以认为是一根轴)直接相连，扭矩传感器在此情况下即充当联轴器作用又起到测量扭矩大小作用。此时传感器既可测轴间静态扭矩又可测轴间动态扭矩。而对于只测量静态扭矩的场合，一般将扭矩传感器的一个轴和静态测量轴同轴固连，另一轴与固定端通过紧定螺钉直接相连，限制其绕轴转动自由度。这种安装方式对精度要求不高的测量场合可以适用，但针对高精度静态扭矩测量场合，此种方式由于安装过程中传感器两轴的同轴度不能保证，传感器的轴会承受同轴度误差引起的额外弯矩，对于小量程、高灵敏度的扭矩传感器来说，这将会造成不可忽略的影响。

发明内容

针对现有技术，测量高精度静态扭矩需要一种浮动连接装置将高精度扭矩传感器两个伸出轴分别与测量轴和固定端连接在一起来保证其同轴度。传感器与测量轴相连要保证传感器轴与测量轴有很好的同轴度；与固定端相连的另一轴只限制其绕轴转动一个自由度，其他自由度通过自适应调节的办法来消除传感器两轴的同轴度误差，进而消除同轴度误差带来的额外弯矩对扭矩测量的影响。为了实现静态微小扭矩的高精度测量，本发明提供一种高精度扭矩传感器与测量轴和固定端的浮动连接结构，该结构可以消除高精度扭矩传感器由于固定端安装孔和测量轴同轴度误差导致的扭矩传感器两根伸出轴的额外弯矩。通过此种安装方式可以准确测量微小高精度静态扭矩。本发明装置具有功能齐全、结构较简单、外形较小、能够在实验室条件下高精度测量微小静态扭矩的作用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种高精度扭矩传感器浮动连接装置，包括设置在传感器轴一端的与测量轴端连接结构和设置在传感器轴另一端与固定端浮动连接结构，所述传感器轴一端的与测量轴端连接结构包括滑套，所述滑套包括圆柱内表面和圆锥内表面，所述滑套套在测量轴上，传感器轴的一端嵌在所述测量轴内，所述测量轴的端部设有三个轴向开口槽，每个开口槽内均设有一个滑块，所述滑块上位于与所述传感器轴接触的一端为与传感器轴外回转表面相吻合的圆弧面，所述滑块上位于与所述滑套接触的一端为圆弧面，所述测量轴的端面上通过螺钉固定有挡板，所述滑块在远离挡板的一端设有轴向压紧弹簧，通过调节压紧弹簧使滑套的圆锥内表面压紧三个滑块沿着径向向传感器轴的回转中心方向滑动，进而压紧传感器轴，将传感器轴的一端与测量轴端连接在一起；所述传感器轴另一端的与固定端浮动连接结构包括固定块、大滑块和小滑块，所述固定块设有大方孔，所述大滑块上设有小方孔；所述小滑块的一端为轴套，所述传感器轴另一端与该轴套配合，并用径向顶丝固定，所述小滑块的另一端为方轴，所述方轴与所述大滑块上小方孔的两个侧面接触，所述大滑块与所述固定块上大方孔的上下面接触。

进一步讲，本发明所述高精度扭矩传感器浮动连接装置，其中，所述固定块与所述大滑块之间的接触面均采用精密磨削加工，所述固定块上位于所述大滑块接触面的两端均设有砂轮越程槽。

所述大滑块与所述小滑块之间的接触面均采用精密磨削加工，所述大滑块上位于所述小滑块接触面的两端均设有砂轮越程槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中传感器轴与测量轴之间的连接借鉴三瓜自定心原理，通过带有圆锥内表面的滑套、压紧弹簧、挡板和嵌装在其中的三个高精度滑块配合，实现了扭矩传感器轴和测量轴之间的高精度同轴配合，保证了测量轴扭矩精准传递到扭矩传感器中。

(2)本发明中传感器轴与固定端的相连引入了一种自适应浮动连接结构，该结构可以限制传感器轴的绕轴转动自由度，又可以自动调节其他自由度，保证传感器两轴无同轴度误差，进而消除同轴度误差带来的额外弯矩对扭矩测量的影响。

附图说明

图1(a)是高精度扭矩传感器结构外形的轴向示意简图；

图1(b)是图1(a)所示传感器结构外形的端向示意简图；

图2(a)是本发明中传感器轴一端的与测量轴端连接结构拿掉挡板后的端向视图；

图2(b)是图2(a)所示传感器轴一端的与测量轴端连接结构的A-A剖视图；

图3(a)是本发明中传感器轴另一端连接结构的端向视图；

图3(b)是图3(a)所示传感器轴另一端的连接结构的C-C剖视图。

图中：1-压紧弹簧；2-测量轴；3-滑套；4-滑块；5-挡板；6-传感器轴一端；7-螺钉；8-传感器轴另一端；9-径向顶丝；10-小滑块；11-大滑块；12-固定块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

参见图1(a)和图1(b)，本发明一种高精度扭矩传感器浮动连接装置，在传感器轴一端的与测量轴端连接结构和设置在传感器轴另一端与固定端浮动连接结构。

参见图2(a)和图2(b)，所述传感器轴一端的与测量轴端连接结构包括滑套3，所述滑套3包括圆柱内表面和圆锥内表面，所述滑套3套在测量轴2上，传感器轴的一端6嵌在所述测量轴2内，所述测量轴2的端部设有三个轴向开口槽，每个开口槽内均设有一个滑块4，所述滑块4上位于与所述传感器轴接触的一端为与传感器轴外回转表面相吻合的圆弧面，所述滑块4上位于与所述滑套3接触的一端为圆弧面，所述测量轴2的端面上通过螺钉7固定有挡板5，所述滑块4在远离挡板5的一端设有轴向压紧弹簧1，压紧弹簧1压缩量可调，进而保证三个滑块4对扭矩传感器轴压力可调。通过调节压紧弹簧1使滑套3的圆锥内表面压紧三个滑块4沿着径向向传感器轴的回转中心方向滑动，进而压紧传感器轴，从而将传感器轴的一端与测量轴端连接在一起；所有配合滑动面需要精密磨削以达到高精度小间隙配合，进而可保证测量轴2与扭矩传感器轴6有良好的同轴度。

参见图3(a)和图3(b)，所述传感器轴另一端的与固定端浮动连接结构包括固定块12、大滑块11和小滑块10，固定块12固连在箱体上其自由度为0。

所述固定块12设有大方孔，所述大滑块11上设有小方孔；所述小滑块10的一端为轴套，所述传感器轴另一端8与该轴套配合，并用径向顶丝9固定，所述小滑块10的另一端为方轴，所述方轴与所述大滑块11上小方孔的两个侧面接触，所述大滑块11与所述固定块12上大方孔的上下面接触。即将传感器轴另一端8插入高精度的小滑块10中；用径向顶丝9压紧传感器轴另一端8使其和高精度的小滑块10固连；将高精度的大滑块11装入固定块12中后再将高精度的小滑块10装入高精度的大滑块11中。所有配合滑动面需要精密磨削以达到高精度小间隙配合，进而可保证传感器轴另一端8绕其轴线转动自由度可被很好限制。参见图3(a)所述固定块12上位于所述大滑块11接触面的两端均设有砂轮越程槽。所述大滑块11上位于所述小滑块10接触面的两端均设有砂轮越程槽。

本发明中高精度的大滑块11在固定块12滑槽限制下失去了y轴方向的移动自由度和绕x轴、z轴的转动自由度，拥有x轴、z轴移动自由度和绕y轴转动自由度；高精度的小滑块10在高精度的大滑块11滑槽限制下失去了z轴方向的移动自由度和绕x轴、y轴的转动自由度，拥有x轴、y轴移动自由度和绕z轴转动自由度；由于高精度的小滑块10嵌套在高精度的大滑块11中，通过自由度计算法则，小滑块10只被限制了绕x轴转动自由度，而拥有其他5个自由度，因此传感器轴另一端8只被限制了绕其自身轴线转动自由度，而拥有其他5个自由度。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种高精度扭矩传感器浮动连接装置，包括设置在传感器轴一端的与测量轴端连接结构和设置在传感器轴另一端与固定端浮动连接结构，其特征在于，

所述传感器轴一端的与测量轴端连接结构包括滑套(3)，所述滑套(3)包括圆柱内表面和圆锥内表面，所述滑套(3)套在测量轴(2)上，传感器轴的一端(6)嵌在所述测量轴(2)内，所述测量轴(2)的端部设有三个轴向开口槽，每个开口槽内均设有一个滑块(4)，所述滑块(4)上位于与所述传感器轴接触的一端为与传感器轴外回转表面相吻合的圆弧面，所述滑块(4)上位于与所述滑套(3)接触的一端为圆弧面，所述测量轴(2)的端面上通过螺钉(7)固定有挡板(5)，所述滑块(4)在远离挡板(5)的一端设有轴向压紧弹簧(1)，通过调节压紧弹簧(1)使滑套(3)的圆锥内表面压紧三个滑块(4)沿着径向向传感器轴的回转中心方向滑动，进而压紧传感器轴，将传感器轴的一端与测量轴端连接在一起；

所述传感器轴另一端的与固定端浮动连接结构包括固定块(12)、大滑块(11)和小滑块(10)，所述固定块(12)设有大方孔，所述大滑块(11)上设有小方孔；所述小滑块(10)的一端为轴套，所述传感器轴另一端(8)与该轴套配合，并用径向顶丝(9)固定，所述小滑块(10)的另一端为方轴，所述方轴与所述大滑块(11)上小方孔的两个侧面接触，所述大滑块(11)与所述固定块(12)上大方孔的上下面接触。

2.根据权利要求1所述高精度扭矩传感器浮动连接装置，其特征在于，所述固定块(12)与所述大滑块(11)之间的接触面均采用精密磨削加工，所述固定块(12)上位于所述大滑块(11)接触面的两端均设有砂轮越程槽。

3.根据权利要求1所述高精度扭矩传感器浮动连接装置，其特征在于，所述大滑块(11)与所述小滑块(10)之间的接触面均采用精密磨削加工，所述大滑块(11)上位于所述小滑块(10)接触面的两端均设有砂轮越程槽。