CN113386173A - 扭矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种扭矩测量装置，该扭矩测量装置包括：夹持机构，该夹持机构包括夹持部，用于夹持固定待测件的扭矩输出端；和浮动机构，该浮动机构包括固定座和第二浮动座，所述固定座固定安装于机架，所述第二浮动座在垂直于所述扭矩输出端的轴线方向的截面上可弹性浮动地安装于所述固定座；所述夹持部安装于所述第二浮动座上，且相对所述第二浮动座具有围绕所述轴线方向可旋转的自由度，所述第二浮动座上安装有用于测量所述夹持机构的旋转扭矩的扭矩传感器。根据本申请的技术方案能够在一定程度上克服扭矩测量过程中的干扰因素，从而提高测量精度。

Description

扭矩测量装置

技术领域

本申请涉及测量领域，更具体地说，涉及一种扭矩测量装置。

背景技术

对于输出旋转动作的机械设备或工件来说，输出的扭矩是否稳定是体现其工作质量的重要指标。例如，发动机的曲轴正反驱动后平衡轴在固定可靠的扭矩反馈下，能够达到曲轴和平衡轴齿轮啮合的理想间隙，因此在发动机装配过程中需要对曲轴输出扭矩进行测量。

传统上，对扭矩的测量通常为动态测量方式，在待测工件输出旋转动作的情况下，通过扭矩传感器测量其输出端持续输出的扭矩的变化量。然而，在扭矩的测量过程中，尤其是输出端呈动态的测量过程中，有可能会产生干扰因素导致测量结果不准确，例如由于输出端的晃动或振动导致与测量装置之间产生径向力对测量结果造成影响。

因此，如何提供一种较为可靠的扭矩测量方式以在一定程度上克服扭矩测量过程中的干扰因素成为本领域需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种扭矩测量装置，以实现在一定程度上克服扭矩测量过程中的干扰因素，提高测量精度。

根据本申请，提出了一种扭矩测量装置，该扭矩测量装置包括：夹持机构，该夹持机构包括夹持部，用于夹持固定待测件的扭矩输出端；和浮动机构，该浮动机构包括固定座和第二浮动座，所述固定座固定安装于机架，所述第二浮动座在垂直于所述扭矩输出端的轴线方向的截面上可弹性浮动地安装于所述固定座；所述夹持部安装于所述第二浮动座上，且相对所述第二浮动座具有围绕所述轴线方向可旋转的自由度，所述第二浮动座上安装有用于测量所述夹持机构的旋转扭矩的扭矩传感器。

优选地，所述浮动机构包括第一浮动座、第一弹片和第二弹片；其中至少两个所述第一弹片平行间隔地连接于所述第一浮动座与所述固定座之间，用于使所述第一浮动座可相对于所述固定座在竖直方向上弹性浮动；和/或至少两个所述第二弹片平行间隔地连接于所述第一浮动座与所述第二浮动座之间，用于使所述第二浮动座可相对于所述第一浮动座在横向方向上弹性浮动。

优选地，所述第一弹片和所述第二弹片的延伸方向互相垂直。

优选地，所述浮动机构包括至少一个弹性件，所述弹性件布置于所述第一浮动座和第二浮动座之间，和/或布置于所述第一浮动座与固定座或机架中的一者之间，用于提供弹性力使所述第一弹片和第二弹片在自然状态下保持互相垂直。

优选地，所述弹性件的弹性模量为可调节的。

优选地，所述第二浮动座位于所述第一弹片和第二弹片围成的矩形区域内。

优选地，浮动机构包括布置于所述竖直方向和/或横向方向上的至少一个限位件，该限位件固定安装于所述机架和/或所述固定座上，用于限定所述第一浮动座和/或所述第二浮动座的浮动范围。

优选地，所述第一弹片和/或第二弹片在长度方向的两端的厚度薄于其中间部分的厚度。

优选地，所述夹持部包括手动控制的夹持件，用于可选择地手动释放或夹持所述扭矩输出端；或者所述第二浮动座上安装有驱动器，所述夹持部包括与所述驱动器传动连接的夹爪。

优选地，所述夹爪为弹性涨套，所述驱动器为线性驱动器，所述夹持部包括可旋转地安装于所述第二浮动座上的筒状件，所述夹爪布置于所述筒状件的锥面结构内。

根据本申请的技术方案，该扭矩测量装置在工作时，通过夹持机构的夹持部固定待测件的扭矩输出端，夹持机构承受所述扭矩输出端输出的旋转扭矩，并通过安装于第二浮动座的扭矩传感器获取扭矩的测量数值。在上述测量过程中，由于夹持机构的夹持部安装于浮动机构的第二浮动座上，从而使夹持机构在受到非扭矩输出端输出的干扰力时，能够通过第二浮动座的弹性浮动吸收部分径向干扰的影响，进而使扭矩测量装置能够在一定程度上克服扭矩测量过程中的干扰因素，进而提高了扭矩测量装置的测量精度。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为根据本申请优选实施方式的扭矩测量装置的立体图；

图2为图1的A-A方向的剖视图；

图3为图1的B-B方向的剖视图；

图4为扭矩测量装置的浮动机构的立体图。

具体实施方式

本申请中涉及的“横向方向”、“竖直方向”和“轴线方向”等方位词是以附图中所示的方向进行描述的。可以理解的是，上述方位词的描述是为了清楚表示本申请的技术方案而表示的相对位置关系，承载有本申请技术方案的产品的摆放布置方式可不限于本申请图中所示的方位关系，因此上述方位词不对本申请保护范围构成限制。

扭矩测量过程中，被测工件通常需要维持旋转动态。传统上，在被测工件的扭矩输出端呈动态的测量过程中，可能会产生如振动等干扰因素对扭矩测量结果产生影响。因此，为实现在一定程度上克服扭矩测量过程中的干扰因素，提高扭矩测量装置的测量精度，本申请提供了一种可浮动的扭矩测量装置。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

如图1和图2所示，本申请的扭矩测量装置包括夹持机构100和浮动机构200，夹持机构100包括夹持部110，用于夹持固定待测件的扭矩输出端；浮动机构200包括固定座210和第二浮动座213，固定座210固定安装于机架，第二浮动座213在垂直于扭矩输出端的轴线方向Y的截面上可弹性浮动地安装于固定座210。其中，夹持部110安装于第二浮动座213上，且相对第二浮动座213具有围绕轴线方向Y可旋转的自由度，第二浮动座213上安装有用于测量夹持机构100的旋转扭矩的扭矩传感器101。

根据该扭矩测量装置，测量时通过夹持机构100的夹持部110固定待测件的扭矩输出端，该夹持部110可以选择通过摩擦力夹持所述扭矩输出端或通过如定位销的定位结构与该扭矩输出端进行旋转角度上的固定。夹持机构100承受所述扭矩输出端输出的旋转扭矩，并通过安装于第二浮动座213的扭矩传感器101获取扭矩的测量数值。其中，由于夹持机构100的夹持部110安装于浮动机构200的第二浮动座213上，能够实现相对于被测工件的扭矩输出端的径向方向弹性浮动，从而使夹持机构100在受到非扭矩输出端输出的干扰力时（如被测工件的振动），能够通过第二浮动座213相对于固定座210的弹性浮动吸收部分干扰力的影响。此外，根据可弹性浮动的夹持机构100，降低了扭矩测量装置的夹持部110与所述扭矩输出端的同轴定位精度需求，进而降低了测量过程的操作难度。

如图3和图4所示，扭矩测量装置的浮动机构200优选包括第一浮动座211。该第一浮动座211可相对于固定座210在竖直方向Z上平行地弹性浮动，和/或第二浮动座213可相对于第一浮动座211在横向方向X上弹性浮动。可以理解的是，上述横向方向X和竖直方向Z在实际应用过程中也可互换。第一浮动座211作为第二浮动座213与固定座210之间的过渡结构，分别在不同方向上与第二浮动座213与固定座210形成弹性浮动机构，从而实现了第二浮动座213相对于固定座210在上述横向方向X和竖直方向Z所定义的平面上的弹性浮动裕度。

浮动机构200可以通过方向不同的可滑动的导向机构（如导轨或导向杆）配合弹性件来实现第二浮动座213的弹性浮动裕度。例如，第一浮动座21分别通过横向方向X和竖直方向Z设置的导向机构可滑动地连接于固定座210和第二浮动座213，并在所述横向方向X和竖直方向Z上设置有分别连接于固定座210和第二浮动座213的弹性件。

如图3和图4所示，浮动机构200优选还包括第一弹片212和第二弹片214。其中，至少两个第一弹片212平行间隔地连接于第一浮动座211与固定座210之间，以形成基于至少两个第一弹片212的平行四边形的弹性浮动机构；和/或至少两个第二弹片214平行间隔地连接于第一浮动座211与第二浮动座213之间，以形成基于至少两个第二弹片214的平行四边形的弹性浮动机构。根据该实施方式，平行四边形的弹性浮动机构减少了配合间隙，能够较为充分地吸收测量过程中被测工件的径向振动影响。在自然状态下，第一弹片212和第二弹片214的延伸方向优选为互相垂直，即所述横向方向X和竖直方向Z优选为互相垂直的。第一弹片212和/或第二弹片214在长度方向的两端的厚度优选薄于其中间部分的厚度，以在第一浮动座211和第二浮动座213弹性浮动时，使第一弹片212和/或第二弹片214的形变区域集中在两端。

根据测量的工况环境，扭矩测量装置可能需要调整不同的姿态以实现夹持部110与被测工件的扭矩输出端同轴设置。为保证扭矩测量装置的浮动机构200在不同姿态下均能够正常起效，需要克服重力或其他外力的影响因素。如图3和4所示，浮动机构200优选包括至少一个弹性件201，该弹性件201布置于第一浮动座211和第二浮动座213之间，和/或布置于第一浮动座211与固定座210或机架中的一者之间，用于提供弹性力使第一弹片212和第二弹片214在自然状态下保持互相垂直。其中，弹性件201的弹性模量优选为可调节的，从而当扭矩测量装置调整姿态后，随时能够通过调节弹性件201的弹性模量，以使浮动机构200能够正常起效，进而提高了该扭矩测量装置针对不同测量工况的适用性。上述弹性件201可以为弹簧或弹性材质的绳索等。

根据本申请优选实施方式的浮动机构200，第一浮动座211和固定座210在如图3所示的截面上的投影形状均为L形，所述第一浮动座211和固定座210在所述截面上的投影呈现为矩形。第二浮动座213优选位于第一浮动座211和固定座210之间，并位于所述第一弹片212和所述第二弹片214分别与第一浮动座211和固定座210围成的矩形区域内，从而使该浮动机构200具备较高集成度，节省了扭矩测量装置的空间占用，进而能够在空间有限的条件下进行测量。

弹性件201的至少一端通过如螺栓或抱紧机构的可调节部件，以能够调节弹性件201施加的弹性力。在所述竖直方向Z为重力方向的情况下，沿竖直方向Z布置的弹性件201作用于第一浮动座211和固定座210之间，从而克服重力对第一弹片212的影响；沿横向方向X布置的弹性件201至少设置有两个，分别沿横向方向X在第二浮动座213和第一浮动座211之间施加方向相反的弹性力，以维持第二弹片214垂直于第一弹片212。另外，为防止工作人员操作失误或移动过程中由于其他影响因素对扭矩测量装置的浮动机构200造成损坏，优选情况下，浮动机构200包括布置于竖直方向Z和/或横向方向X上的至少一个限位件220，如图3和图4所示，该限位件220可以固定安装于机架和/或固定座210上，用于限定第一浮动座211和/或第二浮动座213在竖直方向Z和/或横向方向X上的浮动范围维持在浮动机构200的结构强度可承受的范围内。

根据上述实施方式的扭矩测量装置，该测量装置的夹持部110可以包括手动控制的夹持件（如卡箍），用于可选择地手动释放或夹持扭矩输出端；或者如图2所示，第二浮动座213上安装有驱动器111，夹持部110包括与驱动器111传动连接的夹爪112，通过驱动器111控制夹爪112的开合。为防止刚性接触导致被测工件磨损，所述夹爪112优选为弹性涨套，驱动器111优选为线性驱动器（如气缸或液压缸或电缸）。夹持部110优选包括可旋转地安装于第二浮动座213上的筒状件113，夹爪112布置于筒状件113的锥面结构114内，安装于第二浮动座213上的线性驱动器的驱动杆穿过所述筒状件113以控制所述弹性涨套在锥面结构114内沿轴向方向Y移动，以收紧或释放所述夹爪112。优选情况下，驱动器111的驱动杆仅在释放夹爪112时驱动夹爪，在不释放夹爪112的情况下，夹爪在弹性件（如碟簧）的弹性力作用下自动收紧。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (10)

1.扭矩测量装置，其特征在于，该扭矩测量装置包括：

夹持机构（100），该夹持机构（100）包括夹持部（110），用于夹持固定待测件的扭矩输出端；和

浮动机构（200），该浮动机构（200）包括固定座（210）和第二浮动座（213），所述固定座（210）固定安装于机架，所述第二浮动座（213）在垂直于所述扭矩输出端的轴线方向Y的截面上可弹性浮动地安装于所述固定座（210）；

所述夹持部（110）安装于所述第二浮动座（213）上，且相对所述第二浮动座（213）具有围绕所述轴线方向Y可旋转的自由度，所述第二浮动座（213）上安装有用于测量所述夹持机构（100）的旋转扭矩的扭矩传感器（101）。

2.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述浮动机构（200）包括第一浮动座（211）、第一弹片（212）和第二弹片（214）；其中

至少两个所述第一弹片（212）平行间隔地连接于所述第一浮动座（211）与所述固定座（210）之间，用于使所述第一浮动座（211）可相对于所述固定座（210）在竖直方向Z上弹性浮动；和/或

至少两个所述第二弹片（214）平行间隔地连接于所述第一浮动座（211）与所述第二浮动座（213）之间，用于使所述第二浮动座（213）可相对于所述第一浮动座（211）在横向方向X上弹性浮动。

3.根据权利要求2所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述第一弹片（212）和所述第二弹片（214）的延伸方向互相垂直。

4.根据权利要求3所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述浮动机构（200）包括至少一个弹性件（201），所述弹性件（201）布置于所述第一浮动座（211）和第二浮动座（213）之间，和/或布置于所述第一浮动座（211）与固定座（210）或机架中的一者之间，用于提供弹性力使所述第一弹片（212）和第二弹片（214）在自然状态下保持互相垂直。

5.根据权利要求4所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述弹性件（201）的弹性模量为可调节的。

6.根据权利要求3所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述第二浮动座（213）位于所述第一弹片（212）和第二弹片（214）围成的矩形区域内。

7.根据权利要求2所述的扭矩测量装置，其特征在于，浮动机构（200）包括布置于所述竖直方向Z和/或横向方向X上的至少一个限位件（220），该限位件（220）固定安装于所述机架和/或所述固定座（210）上，用于限定所述第一浮动座（211）和/或所述第二浮动座（213）的浮动范围。

8.根据权利要求2所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述第一弹片（212）和/或第二弹片（214）在长度方向的两端的厚度薄于其中间部分的厚度。

9.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述夹持部（110）包括手动控制的夹持件，用于可选择地手动释放或夹持所述扭矩输出端；或者所述第二浮动座（213）上安装有驱动器（111），所述夹持部（110）包括与所述驱动器（111）传动连接的夹爪（112）。

10.根据权利要求9所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述夹爪（112）为弹性涨套，所述驱动器（111）为线性驱动器，

所述夹持部（110）包括可旋转地安装于所述第二浮动座（213）上的筒状件（113），所述夹爪（112）布置于所述筒状件（113）的锥面结构（114）内。

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