CN1127036A - 吸收式测力计和转矩测量 - Google Patents

Abstract

本发明是一与吸收式测力计(10)一道使用的轴式转矩仪，其中将转矩从发动机传递给空气测力计的转轴(70)的扭变是由一安装在紧邻静止结构上的单一传感器(64)来测量的。转矩轴(70)一端是被测力计(10)的转轴(16)上的带齿槽的附件连接在测力计的端部，而另一端是在发动机端部处支撑于一对预加荷载的斜向接触滚珠轴承(74)中。发动机产生的转矩引起轴的扭变。附着在轴(70)上并随轴(70)一起转动的是两个带有突出齿部的套筒(66、68)。转矩轴的两端各附着一个套筒。这些突出的齿部(67、69)是交错排列的而且要安放得使这两套齿部都能被邻近的单一的传感器(64)所检测。当轴被所加的转矩扭转时，两套筒上的齿部彼此间就会产生一角位移。这个角位移是作为由传感器(64)产生的信号的相移来测量的。这个相移直接与所加的转矩成比例。

Description

吸收式测力计和转矩测量

                 发明背景

本发明与吸收式测力计，特别是与和空气吸收式测力计联合使用的转矩测量装置有关。

测量转矩的方法可分为：轴式(转动)和反作用式(静止式)两类。反作用式扭距测量是与空气测力计一起使用，但它们都是不精确的，易于产生误差。这些误差是由一些与被测发动机和测力计的排气以及外面局部空气的速度等相关的空气动力学因素所引入的。尽管也使用过轴式转矩测量计，但先前的轴式转矩仪具有各种缺陷。

在一种轴式转矩仪中，应变片被用到传递转矩的转动部件上。应变片可通过它电阻的微小变化来检测这个转动部件的扭转。而这种电阻的微小变化又是作为桥路中电压的变化来测量的。由于测力计的转速高，把应变片的信号从转子传递到定子是困难的，而且可得到的现有的机构(集流环，遥测装置)都是不可靠性和误差的来源。

在另一种类型的轴式转矩仪中，在发动机和测力计之间安放了两个同心轴。内轴与发动机和测力计两者相连。它传递转矩和在这样做的过程中，它发生的扭转与转矩成比例。外轴只在一端相连而且不传递转矩。这两个同心轴之间的角位移就是所加转矩的一种度量。这个角位移是由比较两个安置在相邻的静止结构上的传感器的位相来测定的。其中一个传感器探测内轴上的齿部的经过，而另一个传感器探测外轴上齿部的经过。由于这两种齿部彼此有一与所加转矩成比例的相对角位移时，来自两个传感器的信号的相位关系也会发生一与转矩成比例的变化。

这种轴式转矩仪有两个缺陷。使用两个传感器就会将一特有的误差引入测量中。因为待测的量是来自两个传感器的信号之差，所以任何由传感器本身的漂移所引起的误差都将会加入测量误差之中。

上文说明了已知的存在于现有的测力计转矩测量系统的局限。这样提供另一个旨在多少能克服上面所提到的局限性的方法显然是有利的。因此，一个包括较多优点的另一个适当的方法就被提出来了，在下文中将会进行全面的阐述。

                   发明概要

一方面来看，本发明的目标是由装配有一个吸收式测力计和一个具有转动扭力轴的轴式转矩仪来实现的。扭力轴的一端与测力计相连，可转动地支持这个轴的支持部件与轴的另一端相连，这个支持部件安装在一个壳套中，这个壳套沿轴向从测力计伸出，从扭力轴上的第一部位至少伸出有一个第一齿部，而从扭力轴上的第二部位上至少伸出有一个第二种齿部，这个至少一个的第一种齿部的近邻就是至少一个的第二种齿部，第一部位位置是在第二部位位置的远侧。因而这两种齿部交错排列，这两种齿部之间的角位移随着扭力轴中的转矩变化而变化，一个单一的传感器就放置在交错排列的齿部位置上。

从下面的发明详述，再结合所附插图来考虑上述的和其他各方面就很显然了。

                附图简述

图1是部分剖开的侧视图，它画出了一个吸收式的测力计和转矩测量系统；

图2是图1所画的转子的主要部分的部分剖开的视图；

图3是取自图2转子主体的左侧部分的局部端视图，它画出了周边附近的一些叶片；

图4是侧视的横剖面图，它画出了一个轴式转矩测量系统的细节；

图4A是图4中所画轴承的放大图；

图5是一个部分显示图4的转矩测量系统的齿部相互啮合情形的布局图。

                详细描述

下述的发明是一个与空气吸收式测力计一起使用的轴式转矩仪。其中将转矩从发动机传递到测力计的转动轴的扭变是由一在附近的静止结构上的单一传感器来测量的。图1和图4画出了一个典型的实施例。转矩轴由一附着在测力计转轴上的带齿槽的附件支撑在测力计一端，在发动机一端，转矩轴是支承于一预加荷载的斜面接触滚珠轴承之中。从发动机产生的转矩引起了转轴的扭变。附着在轴上并随轴一起转动的是两个带有突出齿部的套筒。在转矩轴的两端都附着一个套筒。那些突出的齿部是交错排列的而且要安排得使两套齿部都要能被附近的传感器探测到。当轴被所加的转矩扭变时，两个套筒上的齿部就相对发生角位移。这个角位移是作为传感器所产生的信号的相移来测量的。这个相移直接与所加转矩成比例。

这个转矩仪被安装在测力计结构中。当取出和更换发动机时，转矩仪不受干扰。因而在取出和安装发动机的过程中，转矩仪得到保护而不受损坏。

转矩仪还采用单一的传感器来测量相移。这就消除了存在于先前技术的转矩仪中的双传感器误差。因而改善了转矩测量的精度。

尽管本转矩仪系统也可和其他的吸收式测力计一起使用，但我们在图1至3中却只画出了一个优选的吸收式测力计10。吸收式测力计10包含一个把带十片的转子栓连在一对短而粗的轴16上的结构12，两个短轴16的一端都有一个法兰15。转子被很多的通过法兰15和转子14的螺栓19连接到轴16上。一个轴16的一端上具有一个联轴器18，以便与转矩测量系统58连接。

结构12在轴的两相对端20和22处是开口的以便能从两端进入流体。在两端之内、结构12之中央是轴的支持壳套24(只画出了一个)，它与三个等距的支柱26组成整体(图中只画了一个)。支柱26沿径向跨接在壳套24和结构12的两端20、22的内圆周表面之间。转子14具有一个主体28，在它两侧的周边附近有一系列的弧形叶片30，这些叶片是放在从20、22端进入的流体沿径向流出的路径中。

叶片30是由一些终止并连接在横向上的边缘36和38处的凸的和凹的表面32和34所围成，每个叶片30具有一个最大的厚度“T″，这对所有的叶片30是共同的。任何一个叶片30的边缘36和38都是位于从转子14的轴心画出的径线″R″上。周向距离“c/d”是由给定径线″R″和最邻近的叶片30之间的距离决定，它比上述的厚度″T″小。叶片30之间，存在一个具有一比上述厚度“T″宽的流体的弧形通道40。

结构12带有一对环形罩42和44，它是有选择性地将叶片30罩上或打开，以便对位于流体的径向流出路径中的叶片的长度或多或少地关闭和打开。两个环形罩42和44都与一个旋拧在一滚珠丝杠48上的球螺母46相连。滚珠丝杆终止在一个与滚链52啮合并由滚链52驱动的链轮50上。在测力计10的两端都有三个彼此沿圆周方向等距隔开的球螺母、丝杠以及链轮。同时每一端都有一各自的驱动链52。但是测力计10的两侧的滚珠丝杠48的螺纹是彼此相反的。因此，驱动滚链52朝同一方向转动时，两侧的罩42，44对于转子两侧的叶片30而言，进退都是一致的，为了共同地驱动这两个滚链52，将两滚链分别偶联在两个安装在罩控制轴56上的驱动链轮54上。控制轴56可有选择地被一未画出的机构所驱动。罩42，44并不碰触叶片30。

转子14的主体28的两侧都安装有与轴平行的轴向叶片30，这些叶片还顺着径向的空气动力学流动路径排列。如图所示，转子14可转动地支撑于两侧壳套24之间而且转子的弧形侧面可把进入流体的轴向流动转变成径向流动。这样，叶片30被放置在径向流出的流体路径中。转子的叶片30的构形可使测力计中叶片30的有效长度发生变化因而在速度保持不变时可改变吸收的功率。

可以看出转矩测量系统58是附着于轴16一端上的联轴器18上，转矩传感器的护罩60是附着于一个轴的支持壳罩24上而且是从轴的支持壳罩24沿轴向伸出的。一个连接法兰62被附连在转矩轴70上。待测的发动机被连在连接法兰62上。转矩测量系统58设计得很紧凑，以使得转矩测量系统58的主体仍然是在吸收式测力计10原来的机壳之内。

如图4所示，转矩测量系统58是封在转矩传感器的护罩60之中。附着在护罩60的自由端上的是轴承套72。一对斜向接触滚珠轴承74是安装在轴承套72中。轴承74被放在两轴承74之间的垫圈76所分隔。波形弹簧80和“L”形的弹簧支架78被放置在每个斜向接触轴承74的附近。波形弹簧80对斜向接触轴承74进行预负载。紧靠着波形弹簧80和弹簧支架78沿轴向放置有垫圈79和卡环81。垫圈79和卡环81把波形弹簧80的弹力传递给轴承套72。设计了一个小的间隙82来容纳转矩轴70的轴向运动。这个间隙82是在弹簧架78和垫圈79之间。每个间隙82都近似为0.02英寸。转矩轴70的轴向运动受限于垫圈79和卡环81。

转矩轴70在外端由斜向接触轴承74所支撑。转矩轴70的内端由联轴器86连接到设在轴16端部的齿槽联轴器18上。转矩轴70的内端84可在轴向上相对于联轴器86滑动。转矩轴70和联轴器86也都刻有齿槽。在与测力计10和转矩测量系统58相连接的发动机相对于测力计10沿轴向运动时，间隙82就允许转矩轴70相对于联轴器86和测力计10作轴向运动，这样，发动机的轴向运动就会被转矩测量系统58所吸收而不会传递到测力计10上。

两个带有齿部的圆套筒66、68连接在转矩轴70上。两套筒66、68被附连在转矩轴70的相对着的两端上。从各套筒66、68伸出交错排列的齿部67、69。一个套筒66的直径比另一个套筒68的小。如图4和图5所示，齿部67是从套筒66沿径向伸出而齿部69是从套筒68顺轴向伸出。齿部67，69交错排列如图5所示。单一的传感器64紧靠着交错排列的齿部67、69放置。所选的传感器64是一个可变磁阻传感器。这个传感器64检测齿部67与69之间的相移。这个相移与转矩轴70所传递的转矩成比例。

本发明包含有下列优点：

转矩仪在一个很短的轴中产生了所需求的扭变。测力计的外壳的轮廓增加最小。

转矩仪可吸收发动机轴的轴向运动，把测力计与这种运动隔离开来。

转矩仪的临界速度高于测力计的运作范围。

转矩仪是由高性能的加油轴承所支承完全与测力计本身的轴承和润滑系统无关。

Claims (23)

1.以组合形式；

一个吸收式测力计；以及

一个具有一个转动扭力轴的轴式转矩仪，这个轴的一端与测力计偶连，而它的另一端与可转动的支撑这个轴的支撑机构偶连，该支撑机构是安装在一由测力计沿轴向伸出的壳套上，在扭力轴上的第一部位至少有一个第一齿部伸出，而在扭力轴的第二部位至少有一个第二齿部伸出，第一部位是在第二部位的远侧，至少一个的第一种齿部紧邻着至少一个的第二种齿部，因而齿部形成交错排列，这两种齿部之间的角距是随扭力轴的转矩改变而改变，一个单一的传感器就放置在邻近交错排列的齿部的位置上。

2.按照权利要求1所述的组合，其特征是：其中的支撑机构包含一对斜向接触轴承。

3.按照权利要求1所述的组合，其特征是：其中至少一个第一种齿部沿轴向伸出，至少一个第二种齿部是沿径向伸出。

4.按照权利要求1所述的组合，其特征是：其传感器是一个可变磁阻传感器。

5.按照权利要求1所述的组合，还包括：

允许扭力轴轴向运动的容纳结构，它限制着扭力轴的轴向运动。

6.按照权利要求5所述的组合，其特征是：其容纳结构包括：

安装在壳套中的轴承座

一对可滑动地安装在轴承支座中的斜向接触轴承。

一个用来对每个斜向接触轴承沿轴向加压力的预加载机构，在予加荷载机构和轴承座之间设置有一预定的轴向间隙。

7.按照权利要求6所述的组合，其特征是：其预加荷载机构是一个波形弹簧。

8.按照权利要求6所述的组合。其特征是：其扭力轴被联轴器连接到测力计上，扭力轴相对于联轴器可沿轴向滑动。

9.以组合方式；

一个吸收式测力计；以及

一个具有一个转动的扭力轴的轴式转矩仪，轴的一端与测力计相偶连，轴的可转动支撑机构与该轴的另一端相连接，支撑机构是安装在从测力计沿轴向伸出的壳套中，两个圆柱套筒附着在转矩轴上，第一套筒是在第一部位附在扭力轴上，第二套筒是在第二部位附加在扭力轴上。第一部位是在第二部位的远侧，第一套筒具有许多沿轴向伸出的齿部，第二套筒具有许多从径向伸出的齿部。两个套筒应安置得使它们的齿部交错排列，一个第一套筒上的齿部和一个紧邻的第二套筒上的齿部之间的角距离是随转矩轴中的转矩变化而变化，一个单一的传感器被安放在紧靠交错排列的齿部的位置上，容纳机构一方面允许扭力轴沿轴向运动，同时它也限制了扭力轴沿轴向运动，容纳机构包含一安装在壳套中的轴承座，一对可滑动地安装在轴承座中的斜向接触轴承以及一个沿轴向加偏压于每个斜向接触轴承的预加荷载机构，在预加荷载机构与轴承座之间提供有一预定的轴向间隙。

10.吸收式测力计包括：

一个第一壳套；

一个可转动地安装在第一壳套之中的转子转轴；

转子安装在转子转轴上，转子具有一个主体和许多从主体上伸出的基本上平行于转子的转动轴的叶片，这此叶片基本上是径向放置在转子上，每一叶片在径向上都具有一个最内边和一个最外边，所说的每个叶片的这两个边基本上都在一个已知的从转子轴画出的单个径向直线上，各个叶片都与它的最近邻的两个叶片隔开一个给定距离，因而已知的周边距在每叶片的两个相对面上确定了流体的径向流动路径。

允许流体从轴的两个相反方向之任一个方向流进壳套的机构，以便将流体传递给转子。

关闭该叶片的控制机构，这个控制机构连接在该壳套上，以及

一个具有转动扭力轴的轴式转矩仪，扭力轴的一端被偶连在转子轴上，可转动地支承扭力轴的支承机构被偶连到扭力轴的另一端上，这个支承机构被安装在第二壳套中，第二壳套是从第一壳套顺轴向延伸出来的，在扭力轴上附着有两个圆套筒，第一套筒是附连在扭力轴的第一部位上，第二套筒被附连在扭力轴的第二部位上，第一部位在第二部位的远侧。第一套筒上具有许多顺轴向伸出的齿部，而第二套筒上具有许多径向伸出的齿部，把两个套筒放置得使它们的齿部交错排列，一个第一套筒的齿部和与它最近邻的一个第二套筒齿部之间的角距离随扭转轴的转矩变化而变化，一个单一的传感器被安放在紧靠交错排列的齿部的位置上。

11.按照权利要求10所述的吸收式测力计，其特征是：其支承机构包含有一对斜向接触轴承。

12.按照权利要求10所述的吸收式测力计，其特征是：其一个套筒上的齿部顺轴向伸出，而另一个套筒上的齿部是从径向伸出的，一个套筒的直径比另一个套筒的直径大。

13.按照权利要求10所述的吸收式测力计，还包括：

允许扭力轴沿轴向运动的容纳机构，同时这个容纳机构也限制了扭力轴沿轴向的运动。

14.按照权利要求13所述的吸收式测力计的特征是，其容纳机构包括：

一个安装在第二壳套中的轴承座；

一对可滑动地安装在轴承座中的斜向接触轴承；

一个沿轴向给每个斜向接触轴承施加压力的预加荷载机构，在这个机构与轴承座之间提供有一个预定的轴向间隙。

15.按照权利要求10所述的吸收式测力计，还包括：

允许扭力轴沿轴向运动的容纳机构，这个容纳机构同时也限制着扭力轴的轴向运动，这个容纳机构包括一个安装在第二壳套中的轴承座；一对可滑动地安装在轴承座内的斜向接触轴承以及一个沿轴向对每个斜向接触轴承施加压力的预加荷载机构。在预加荷载机构与轴承座之间提供有一预定的轴向隙。

16.流体吸收式测力计包括：

一个第一壳套；

一个可转动地支撑在该第一套筒中的转子轴。

一个安装在转子轴上的转子，该转子具有一个转轴，该转子具有一个主体和许多的从主体上伸出的并基本上平行于转轴的叶片。这许多的叶片基本上是沿径向安置在转子上。每个叶片在径向上部具有一个最内边缘和一个最外边缘，每个叶片的该边缘基本上都处在从轴心画出的一个给定的、单个的径线上。每个叶片都与它的最近邻的叶片相隔一给定的周向距离，以便在每个叶片的相对两侧上限定出一些开放的，无阻碍的流体径向流动的路径。

允许从轴的两个相反的方向将流体送进该结构的机构，用于将流体传递给转子。

有选择性地阻挡进入该结构的流体流经的那些叶片，并与该结构偶连的机构，以及

一个具有转动扭力轴的轴式转矩仪，该扭力轴的一端与转子轴相连，可转动地支承扭力轴的支承机构与扭力轴的另一端相连，而支承机构是安装在第二壳套中的，这第二壳套是沿轴向从第一壳套中伸出，在扭力轴上附连有两个园套筒，第一套筒是在第一部位处附着在扭力轴上，第二套筒是在第二部位处附着在扭力轴上，第一部位是在第二部位的远侧，第一套筒具有很多的沿轴向伸出的齿部，而第二套筒上具有很多的沿径向伸出的齿部，把这两套筒安装得使它们的齿部交错排列，一个第一套筒齿部与一个近邻的第二套筒齿部之间的角距离随扭力轴的转距变化而变化，在靠近交错排列的齿部的地方放置了一个单一的传感器。

17.按照权利要求16所述的流体吸收式测力计，其特征是：其支承机构包括一对斜向接触轴承。

18.按照权利要求17所述的流体吸收式测力计，还包括：

允许扭力轴轴向移动的容纳机构，该容纳机构也限制了扭力轴的轴向移动。

19.按照权利要求17所述的流体吸收式测力计还包括：

允许扭力轴轴向移动的容纳机构，该容纳机构也限制扭力轴的轴向移动，该容纳机构包含一安装在第二套筒中的轴承座；一对可滑动安装在轴承座中的斜向接触轴承；以及用于对每个斜向接触轴承沿轴向施加偏压的预加荷载机构，在这预加负载机构与轴承座之间提供有一预定的轴向间隙。

20.按照权利要求19所述的流体吸收式测力计，其特征是，其转子主体至少是在两个相反的面之一上具有一弧形表面，这个面就是流体承受面，许多的叶片基本上是从该表面垂直伸出。

21.按照权利要求20所述的流体吸收式测力计，其特征是：这些叶片有弧形的横截面，并有相对着的凹面和凸面。

22.按照权利要求19所述的流体吸收式测力计，其特征是：其关闭机构包括：

笼罩转子两个相反面上的叶片的机构；以及在两个轴向上移动笼罩的机构。

23.按照权利要求19所述的流体吸收式测力计，其特征是：其关闭机构包括：

笼罩转子两个相反面上的叶片的机构；以及在两个轴向上同时移动笼罩的机构。

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