CN115184009A - 一种扭转检测装置以及扭转检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭转检测装置以及扭转检测方法，涉及车辆传动技术领域，用于检测轴组件的转动间隙和转动刚度，包括检测座和至少一个检测环，检测环套设于轴组件，轴组件带动检测环转动至第一位置后反转至第二位置，再由第二位置转动至第一位置，检测座检测检测环在第一位置和第二位置之间转动时的角度变化，根据角度变化确定轴组件的转动间隙和转动刚度。本发明对轴组件的周向间隙以及转动刚度进行更精确地测定。

Description

一种扭转检测装置以及扭转检测方法

技术领域

本发明涉及车辆传动技术领域，具体涉及一种扭转检测装置以及扭转检测方法。

背景技术

等速驱动轴以及非等速驱动轴由于加工误差、装配误差等等累计，必然存在周向的间隙。与此同时，等速驱动轴以及非等速驱动轴在转动时，也存在着一定的形变。而周向的间隙在检测时，由于无法确定两轴测量的起始位置是位于间隙的起点还是位于间隙的中间，因此，现有技术所存在的周向间隙的检测方法，如果测量的起始位置不在间隙的起点，则会产生较大误差。而等速驱动轴以及非等速驱动轴的精度、刚性等参数，又与车辆性能、NVH、操控等方面息息相关。有鉴于此，有必要对等速驱动轴以及非等速驱动轴的周向间隙以及转动刚度进行精确地测定，为车辆的调校、标定提供准确的依据。

发明内容

为解决前述问题，本发明提供了一种扭转检测装置，对等速驱动轴以及非等速驱动轴等轴组件的周向间隙以及转动刚度进行更精确地测定。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种扭转检测装置，用于检测轴组件的转动参数，所述扭转检测装置包括动力机构、阻尼机构、检测座和至少一个检测环，所述动力机构与轴组件的主动端传动连接，以驱动轴组件转动，所述阻尼机构与轴组件的从动端传动连接，用以为轴组件提供与转动方向相反的阻尼，在用于检测轴组件时，所述检测环套设于所述轴组件，所述轴组件带动所述检测环转动至第一位置后反转至第二位置，再由第二位置转动至第一位置，所述检测座检测所述检测环在第一位置和第二位置之间转动时的角度变化，根据角度变化确定轴组件的转动参数。

本发明所提供的技术方案，通过检测环、检测座的配合，检测轴组件正转、反转时的角度变化，通过角度变化可以准确计算出轴组件的转动间隙。此时无论测量的起始位置位于转动间隙的任何位置，均由于正转及反转的过程被抹平，因此，排除了测量起始位置在间隙中间时带来的误差。

可选的，当所述轴组件包括主动轴和从动轴，所述主动轴与所述从动轴直接传动连接时，所述检测环设有一个，套设于所述主动轴。

可选的，当所述轴组件包括主动轴和从动轴，所述主动轴与所述从动轴通过传动轴传动连接时，所述检测环设有一个，套设于所述传动轴，或所述检测环设有第一检测环和第二检测环，分别套设于所述主动轴和所述传动轴。

上述两项给出了不同轴组件、不同测量位置时检测环所安装的位置，适应于不同的测量情况。

可选的，所述检测环的周向设有反射膜，所述检测座设有光栅传感器，所述光栅传感器通过所述反射膜检测所述检测环转动的弧长。

通过光栅传感器进行检测，保证了在细微变化下的检测精度。

可选的，所述检测座设有压力传感器，所述压力传感器与所述检测环接触，以检测所述检测环与轴组件的同心度。

可选的，所述检测环具有沿轴向穿透的镂空部，所述镂空部使所述检测环形成内层和外层，检测环的内层设有沿所述检测环径向穿透的调节螺钉孔，调节所述检测环与轴组件的同心度。

保证同心度可以避免因为同心度不同带来的角度变化忽大忽小，增加转动间隙和扭转刚度的检测精确度。

可选的，所述检测环的周面具有台阶，所述反射膜位于所述台阶的低面。

如此设置可以避免反射膜与压力传感器直接接触，避免反射膜与压力传感器产生摩擦导致被破坏。

可选的，所述动力机构可沿轴组件轴向移动。

这样设置可以用于测试不同长度的轴组件。

此外，本发明还提供了一种扭转检测方法，通过上述任意一项所述的扭转检测装置检测轴组件转动参数，所述检测环的周向设有反射膜，所述检测座设有光栅传感器，所述扭转检测方法包括如下步骤：

步骤1：对轴组件从起始位置加载正向扭矩至第一预设值，达到第一位置；

步骤2：按照预设速率减小正向扭矩至零，并记录扭矩变化时轴组件的角度变化；

步骤3：按照预设速率对轴组件从所述第一位置加载反向扭矩至第二预设值，达到第二位置并停留预设时间，并记录扭矩变化时轴组件的角度变化，所述第二预设值的数值与所述第一预设值的数值相同；

步骤4：从所述第二位置按照预设速率减小反向扭矩至零，并记录扭矩变化时轴组件的角度变化；

步骤5：按照预设速率对轴组件加载正向扭矩至第一预设值，达到所述第一位置并记录扭矩变化时轴组件的角度变化；

步骤6：基于步骤2至步骤5中记录的角度变化形成转角-扭矩图像；

步骤7：基于转角-扭矩图像计算步骤2所呈图像中直线部分在转角轴截距的第一绝对值和步骤3所呈图像中直线部分在转角轴截距的第二绝对值之和为第一间隙值，计算步骤4所呈图像中直线部分在转角轴截距的第三绝对值和步骤5所呈图像中直线部分在转角轴截距的第四绝对值之和为第二间隙值；取第一间隙值和第二间隙值中较大的数值为轴组件的转动间隙，同时，直线部分的斜率为轴组件的刚度。

可选的，所述检测环的周向设有反射膜，所述检测座设有光栅传感器，所述光栅传感器通过所述反射膜检测所述检测环转动的弧长，以计算扭矩变化时轴组件的角度变化。

可选的，所述检测座设有压力传感器，所述压力传感器与所述检测环接触，以检测所述检测环与轴组件的同心度，在所述步骤1之前，所述同心度保持为0.01至0.05mm。

可选的，所述检测环具有沿轴向穿透的镂空部，所述镂空部使所述检测环形成内层和外层，检测环的内层设有沿所述检测环径向穿透的调节螺钉孔，调节所述检测环与轴组件的同心度。

可选的，所述扭转检测装置包括动力机构以及阻尼机构，所述动力机构与轴组件的主动端传动连接，以对轴组件加载正向扭矩或反向扭矩，所述阻尼机构与轴组件的从动端传动连接，用以为轴组件提供与转动方向相反的阻尼。

本发明所提供的扭转检测方法与前述扭转检测装置的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一的示意图；

图2为本发明实施例一中第二检测环的示意图；

图3为本发明实施例一中检测座的示意图；

图4为本发明实施例一的局部放大图示意图

图5为本发明实施例二中转角-扭矩图像的示意图。

其中，11-阻尼机构，111-阻尼端轴套，12-动力机构，121-动力端轴套，13-底座，21-从动轴，22-传动轴，23-主动轴，31-第二检测环，32-第一检测环，311-反射膜槽，312-槽壁，313-预紧螺钉孔，314-调节螺钉孔，41-检测座，411-基座，412-第二压力传感器，413-第二光栅传感器，414-第一压力传感器，415-第一光栅传感器。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种扭转检测装置，用于检测轴组件的转动参数。本实施例中，所要检测的转动参数包括转动间隙和转动刚度，包括阻尼机构11、动力机构12、检测座41、至少一个检测环以及底座13。本实施例中，被检测的轴组件包括主动轴23、传动轴22和从动轴21，主动轴23和传动轴22通过万向节传动连接，传动轴22和从动轴21也通过万向节传动连接，所要检测的转动间隙为主动轴23和传动轴22之间的转动间隙以及传动轴22和从动轴21的转动间隙，所要检测的转动刚度为主动轴23、传动轴22和从动轴21的转动刚度。因此，本实施例中，检测环设有两个，分别为第一检测环32和第一检测环31。

动力机构12与轴组件的主动端，即主动轴23，通过动力端轴套121传动连接，以驱动轴组件转动，阻尼机构11与轴组件的从动端，即从动轴21，通过阻尼端轴套111传动连接，用以为轴组件提供与转动方向相反的阻尼，避免轴组件空转。如果轴组件空转，由于对主动端施加了力矩，所以角度变化必然加剧，同时变化幅度也将显著增大，因此，阻尼机构11降低了检测难度，增加检测的精确度。与此同时，阻尼机构11可沿轴组件轴向移动，以使轴组件轴向拉紧，避免由于轴组件转角使角度变化失真，影响检测的精度。

由于本实施例中万向节连接处具有轴套，轴套位于主动轴23一侧和从动轴21一侧，第一检测环32套设于主动轴23的轴套处，第二检测环31套设于传动轴22的本体，因此，两个检测环的径向尺寸不同，第一检测环32的径向尺寸大于第一检测环31。在其他实施例中，如果仅检测传动轴22和从动轴21的转动间隙以及传动轴22和从动轴21的转动刚度，则仅需要一个检测环。此时，仅需的检测环套设于传动轴22即可。在其他实施例中，被检测的轴组件还可以是主动轴和从动轴直接通过万向节传动连接。此时，所要检测的转动间隙和转动刚度为主动轴和从动轴之间的转动间隙和转动刚度，因此，检测环也仅需要一个，套设于主动轴23即可。在另一些实施例中，检测环还可以套设在与主动轴23固定连接的万向节壳体周侧上。

检测环的具体结构如图2所示，本实施例以第二检测环31为例进行阐述。第一检测环32的结构与第二检测环31的结构相同，二者仅存在径向尺寸上的差异，因此，第一检测环32的结构参照第二检测环31的结构，在此不再赘述。第二检测环31的周向设有反射膜槽311，在反射膜槽311的槽底面设置有反射膜，用以反射光栅。第二检测环31具有沿轴向穿透的镂空部，镂空部使第二检测环31形成内层和外层。在第二检测环31的内层设有沿第二检测环31径向穿透的调节螺钉孔314，调节螺钉与调节螺钉孔314螺纹配合，以调节第二检测环31与所套设的传动轴22的同心度。镂空部的数量在本实施例中不做限定，一个镂空部所具有的调节螺钉孔314和调节螺钉即可实现对同心度的调整。而为提高调整的准确度，本实施例设置四个镂空部，均匀分布于第二检测环31，因此，调节螺钉孔314和调节螺钉也配备四个，如此设置，使得调节更精准。本实施例中，第二检测环31采用环抱式，因此，在半环的端部设置预紧螺钉孔313，两个半环对准后，螺钉通过预紧螺钉孔313将第二检测环31紧固在传动轴22上。

检测座41的具体结构如图3和图4所示，包括基座411、第二压力传感器412、第二光栅传感器413、第一压力传感器414和第一光栅传感器415。基座411分为高低两部分，在较高部分，分布第二压力传感器412和第二光栅传感器413，此部分与第二检测环31配合。在较低部分，分布第一压力传感器414和第一光栅传感器415，此部分与第一检测环32配合。第一压力传感器414与第一检测环32直接接触，第二压力传感器412与第二检测环31直接接触。当轴组件转动时，由于同心度的存在，因此压力传感器所监测出的压力值必然发生变化。当压力值的变化幅度在预期范围内时，即可判断为同心度已符合检测要求。因此，通过检测检测环与轴组件的同心度，增加转动间隙和扭转刚度的检测精确度。第二压力传感器412、第二光栅传感器413、第一压力传感器414和第一光栅传感器415还可以设置在检测环周侧的其他位置。

如图2所示，本实施例中，反射膜槽311的底面和槽壁312形成了周面的台阶，反射膜设置于反射膜槽311的槽底面，由槽壁312的顶面与压力传感器直接接触，如此一来，反射膜不会与压力传感器直接接触甚至摩擦，反射膜位于台阶的低面，避免反射膜与压力传感器摩擦被破坏，影响检测结果。

如图1所示，动力机构12、阻尼机构11以及检测座41均安装于底座13上，待测的轴组件各部分分别安装好第一检测环32、第二检测环31以后，再分别与动力机构12、阻尼机构11连接，动力机构沿轴组件的轴向移动，并使轴组件拉紧。动力机构12启动，驱动主动轴23转动，主动轴23通过传动轴22驱动从动轴21转动，从而带动第一检测环32、第二检测环31转动。第一检测环32、第二检测环31转动至第一位置后反转至第二位置，再由第二位置转动至第一位置，检测座41的第一光栅传感器414、第二光栅传感器413通过检测第一检测环32、第二检测环31在第一位置和第二位置之间转动的弧长记录转动时的角度变化，根据角度变化计算轴组件的转动间隙和转动刚度。计算轴组件的转动间隙具体如下：

将检测环在第一位置和第二位置之间转动时的角度变化形成转角-扭矩图像，基于转角-扭矩图像，计算转角-扭矩图像中直线部分的横截距的绝对值。比较相互平行的两组直线的横截距绝对值之和，取较大的数值为轴组件的转动间隙，同时，直线部分的斜率为轴组件的刚度。

本实施例所提供的技术方案，通过第一检测环32、第二检测环31、检测座41的配合，检测轴组件正转、反转时的角度变化，通过角度变化可以准确计算出轴组件的转动间隙。此时无论测量的起始位置位于转动间隙的任何位置，均由于正转及反转的过程被抹平，因此，排除了测量起始位置在间隙中间时带来的误差。

实施例二：

本实施例提供了一种扭转检测方法，通过上述实施例一的扭转检测装置检测轴组件的转动参数，所要检测的转动参数包括转动间隙和转动刚度，本实施例所述的扭转检测方法包括如下步骤：

步骤1：对轴组件加载正向扭矩至第一预设值，本实施例中，第一预设值为100Nm。

在这一步骤之前，轴组件需要处于轴向拉紧状态，同时，通过第一压力传感器414、第二压力传感器412检测第一检测环32与主动轴23之间的同心度，以及第二检测环31与从动轴22之间的同心度，并通过调整检测环，保证两个同心度均在0.01至0.05mm，通过保证同心度以及拉紧轴组件，保证检测结果不受这些因素干扰。

步骤2：按照预设速率减小正向扭矩至零，同时第一光栅传感器415、第二光栅传感器413检测通过第一检测环32、第二检测环31的反射膜检测两个检测环在此过程中转动时扫过的弧长，以计算并记录扭矩变化时轴组件的角度变化。本实施例中，预设速率为30°/min。

步骤3：按照预设速率30°/min对轴组件加载反向扭矩至第二预设值，并停留预设时间，同时第一光栅传感器415、第二光栅传感器413检测通过第一检测环32、第二检测环31的反射膜检测两个检测环在此过程中转动时扫过的弧长，以计算并记录扭矩变化时轴组件的角度变化。第二预设值的数值与第一预设值的数值相同，均为100Nm，只是转动方向有所差异，预设时间为0.5秒。

步骤4：按照预设速率30°/min减小反向扭矩至零，同时第一光栅传感器415、第二光栅传感器413检测通过第一检测环32、第二检测环31的反射膜检测两个检测环在此过程中转动时扫过的弧长，以计算并记录扭矩变化时轴组件的角度变化。

步骤5：按照预设速率30°/min对轴组件加载正向扭矩至第一预设值，即100Nm，同时第一光栅传感器415、第二光栅传感器413检测通过第一检测环32、第二检测环31的反射膜检测两个检测环在此过程中转动时扫过的弧长，以计算并记录扭矩变化时轴组件的角度变化。

步骤6：基于步骤2至步骤5中记录的角度变化，形成转角-扭矩图像，如图5所示,横轴为转角，纵轴为扭矩。

步骤7：基于转角-扭矩图像，计算步骤2所呈图像中直线部分ST2在转角轴截距的第一绝对值，即横轴上OD的长度，和步骤3所呈图像中直线部分ST3在转角轴截距的第二绝对值，即横轴上OB的长度，两者之和为第一间隙值，计算步骤4所呈图像中直线部分ST4在转角轴截距的第三绝对值，即横轴上OA的长度，和步骤5所呈图像中直线部分ST5在转角轴截距的第四绝对值，即横轴上OC的长度，两者之和为第二间隙值；取第一间隙值和第二间隙值中较大的数值为轴组件的转动间隙。因为轴组件正转以后再反转，那么无论测量的起始位置在何处，总有一次测出的数据是从间隙的起点到间隙的终点的准确数值，而且这个数值必然是测出的最大数值，因此，OB+OD和OA+OC中取较大的数值，必然是准确的转动间隙值。与此同时，转动间隙所对应的图像中，直线部分的斜率为轴组件的刚度。如果想要进一步检测轴组件的刚度，还可以增加对轴组件所施加的扭矩。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (13)

1.一种扭转检测装置，用于检测轴组件的转动参数，其特征在于，所述扭转检测装置包括动力机构、阻尼机构、检测座和至少一个检测环，所述动力机构与轴组件的主动端传动连接，以驱动轴组件转动，所述阻尼机构与轴组件的从动端传动连接，用以为轴组件提供与转动方向相反的阻尼，在用于检测轴组件时，所述检测环套设于所述轴组件，所述轴组件带动所述检测环从起始位置转动至第一位置后反转至第二位置，再由第二位置转动至第一位置，所述检测座检测所述检测环在第一位置和第二位置之间转动时的角度变化，根据角度变化确定轴组件的转动参数。

2.根据权利要求1所述的扭转检测装置，其特征在于，当所述轴组件包括主动轴和从动轴，所述主动轴与所述从动轴直接传动连接时，所述检测环设有一个，套设于所述主动轴。

3.根据权利要求1所述的扭转检测装置，其特征在于，当所述轴组件包括主动轴和从动轴，所述主动轴与所述从动轴通过传动轴传动连接时，所述检测环设有一个，套设于所述传动轴，或所述检测环设有第一检测环和第二检测环，分别套设于所述主动轴和所述传动轴。

4.根据权利要求1至3之一所述的扭转检测装置，其特征在于，所述检测环的周向设有反射膜，所述检测座设有光栅传感器，所述光栅传感器通过所述反射膜检测所述检测环转动的弧长。

5.根据权利要求4所述的扭转检测装置，其特征在于，所述检测座设有压力传感器，所述压力传感器与所述检测环接触，以检测所述检测环与轴组件的同心度。

6.根据权利要求5所述的扭转检测装置，其特征在于，所述检测环具有沿轴向穿透的镂空部，所述镂空部使所述检测环形成内层和外层，检测环的内层设有沿所述检测环径向穿透的调节螺钉孔，调节所述检测环与轴组件的同心度。

7.根据权利要求6所述的扭转检测装置，其特征在于，所述检测环的周面具有台阶，所述反射膜位于所述台阶的低面。

8.根据权利要求1至3之一所述的扭转检测装置，其特征在于，所述动力机构可沿轴组件轴向移动。

9.一种扭转检测方法，通过权利要求1至3中任意一项所述的扭转检测装置检测轴组件的转动参数，其特征在于，所述检测环的周向设有反射膜，所述检测座设有光栅传感器，所述扭转检测方法包括如下步骤：

步骤1：对轴组件从起始位置加载正向扭矩至第一预设值，达到第一位置；

步骤2：按照预设速率减小正向扭矩至零，并记录扭矩变化时轴组件的角度变化；

步骤3：按照预设速率对轴组件从所述第一位置加载反向扭矩至第二预设值，达到第二位置并停留预设时间，并记录扭矩变化时轴组件的角度变化，所述第二预设值的数值与所述第一预设值的数值相同；

步骤4：从所述第二位置按照预设速率减小反向扭矩至零，并记录扭矩变化时轴组件的角度变化；

步骤5：按照预设速率对轴组件加载正向扭矩至第一预设值，达到所述第一位置并记录扭矩变化时轴组件的角度变化；

步骤6：基于步骤2至步骤5中记录的角度变化形成转角-扭矩图像；

步骤7：基于转角-扭矩图像计算步骤2所呈图像中直线部分在转角轴截距的第一绝对值和步骤3所呈图像中直线部分在转角轴截距的第二绝对值之和为第一间隙值，计算步骤4所呈图像中直线部分在转角轴截距的第三绝对值和步骤5所呈图像中直线部分在转角轴截距的第四绝对值之和为第二间隙值；取第一间隙值和第二间隙值中较大的数值为轴组件的转动间隙，同时，直线部分的斜率为轴组件的刚度。

10.根据权利要求9所述的扭转检测方法，其特征在于，所述检测环的周向设有反射膜，所述检测座设有光栅传感器，所述光栅传感器通过所述反射膜检测所述检测环转动的弧长，以计算扭矩变化时轴组件的角度变化。

11.根据权利要求9所述的扭转检测方法，其特征在于，所述检测座设有压力传感器，所述压力传感器与所述检测环接触，以检测所述检测环与轴组件的同心度，在所述步骤1之前，所述同心度保持为0.01至0.05mm。

12.根据权利要求11所述的扭转检测方法，其特征在于，所述检测环具有沿轴向穿透的镂空部，所述镂空部使所述检测环形成内层和外层，检测环的内层设有沿所述检测环径向穿透的调节螺钉孔，调节所述检测环与轴组件的同心度。

13.根据权利要求9至12之一所述的扭转检测方法，其特征在于，所述扭转检测装置包括动力机构以及阻尼机构，所述动力机构与轴组件的主动端传动连接，以对轴组件加载正向扭矩或反向扭矩，所述阻尼机构与轴组件的从动端传动连接，用以为轴组件提供与转动方向相反的阻尼。

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