CN1914493A - 扭矩测量仪 - Google Patents

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Abstract

采用免受各种负荷影响而只检测扭矩的方式可进行精度高的扭矩测定。本发明的扭矩测量仪包含：配置于动力传送路径中的、受到应测定扭矩的作用而变形的弹性部件(10)；基于上述弹性部件(10)的变形、检测扭矩的扭矩检测装置(20)，该弹性部件(10)具有：固定于转动驱动机本体部侧的第1固定部(输入部)(11)、固定于转动驱动机固定部侧的第2固定部(输出部)(12)、配置于第1固定部(11)和第2固定部(12)之间的变形部(13)，变形部(13)形成有8个孔部(14)，各孔部(14)之间的连接部分，每隔一个，形成承受施加于弹性部件(10)上的扭矩的扭矩部件(15)、和与上述扭矩部件(15)相分离而设的、用于支持弹性部件(10)负荷的负荷部件(16)。

Description

扭矩测量仪
技术领域
本发明涉及用于测定在电动机、减速器等转动驱动机的输出轴产生的驱动扭矩等的扭矩测量仪。
背景技术
这种扭矩测量仪用于测定以转动轴或静止轴等轴为中心的力矩。
通常，扭矩的检测采用检测因扭矩而产生的轴的扭力或因扭矩而变形的轴的扭转角度的方法。作为检测扭力的手段，公知的是采用按照受力比例产生电荷的压电元件的方法，可以将扭矩作为力检测。另外，磁致伸缩元件为采用一旦受力磁特性就变化的原材料的元件，将扭矩作为力检测。另一方面，众所周知，扭转角度检测手段可以是采用应变计方式、转动脉冲位相差方式，将轴的微小扭转角转换成微小位移而检测。
专利文献1公开了一种扭矩测量仪，其具有在设于转动驱动机的法兰和转动驱动结构体之间所安装的、中心部具有贯通转动驱动机输出轴的中心贯通孔的板状弹性体，并具有在扭矩传送部位被切孔的多个圆形孔，该扭矩传送部位连结设置在中心贯通孔周围、具有与法兰连接的连接机构的法兰固定部和设置在法兰固定部外侧、具有与转动驱动结构体固定基体连接的连接机构的基体固定部，在该圆形孔内面，粘接有应变计，测定由作用于扭矩传送部位的扭矩产生的应变，检测输出轴产生的驱动扭矩。
然而，如专利文献1的扭矩测量仪中，多会在转动轴、静止轴上，同时施加除上述力矩之外的轴向负荷(轴方向负荷)、径向负荷(半径方向负荷)、弯曲负荷、离心负荷等负荷。
因此，为了避免扭矩以外的力的影响，有必要想办法使上述扭力或扭转角度不受到这些负荷影响。
为了免受扭矩之外的力的影响，专利文献2提出了这样一种方案，在扭矩检测时安装多个采用差动传感器结构的传感器，对于扭矩，使各传感器相加而输出变大，而对于扭矩以外的变化，使各传感器相抵而输出变小。
但是，专利文献2尽管可以根据运行结构将扭矩之外的影响减小，但为了使其影响足够小，须除去因传感器之间的失衡、结构上的失衡等影响，存在制造困难这样的问题。
专利文献1：特开2003-83824号公报
专利文献2：特开昭53-106181号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种扭矩测量仪，通过不受上述各种负荷的影响地只检测扭矩，可理想地使扭矩之外的影响为零，从而进行高精度的扭矩测定。
为了解决上述技术问题，按照本发明第一个方案的扭矩测量仪，包含：配置于动力传送路径中的、受到应测定扭矩的作用而变形的弹性部件；基于上述弹性部件的变形、检测扭矩的扭矩检测装置，其特征在于，所述扭矩测量仪包括：承受施加于上述弹性部件上的扭矩的扭矩部件；与上述扭矩部件相分离而设的、用于支持上述弹性部件负荷的负荷部件。
按照本发明第二个方案的扭矩测量仪，如按照本发明第一个方案的扭矩测量仪，其特征在于，上述弹性部件包括输入部、输出部、配置于上述输入部和上述输出部之间的变形部，上述扭矩部件和上述负荷部件形成于上述变形部。
按照本发明第三个方案的扭矩测量仪，如按照本发明第一或第二个方案的扭矩测量仪，其特征在于，上述弹性部件为法兰型部件，上述扭矩部件及负荷部件为形成于上述弹性部件上的薄壁部，上述扭矩部件薄壁部的面方向配置成与扭矩方向平行，上述负荷部件薄壁部的厚度方向配置成与扭矩方向平行。
按照本发明第四个方案的扭矩测量仪，如按照本发明第一或第二个方案的扭矩测量仪，其特征在于，上述弹性部件为扭力杆型部件，上述扭矩部件为小径轴部，上述负荷部件形成于上述小径轴部的辐射方向，为面方向配置于扭转力矩的方向的薄壁部。
按本发明第五个方案的扭矩测量仪，如按照本发明第一或第二个方案的扭矩测量仪，其特征在于，上述弹性部件为圆筒型部件，上述扭矩部件为配置于圆弧方向的薄壁部，上述负荷部件为配置于辐射方向的薄壁部。
按照本发明第六个方案的扭矩测量仪，如按照本发明第一至第五个方案中的任一个的扭矩测量仪，其特征在于，上述扭矩检测装置安装于上述扭矩部件和/或上述负荷部件上。
按照本发明第七个方案的扭矩测量仪，如按照本发明第一至第六个方案中的任一个的扭矩测量仪，其特征在于，上述扭矩检测装置采用2种以上的装置。
如以上所说明的那样，本发明得到如下效果。
(1)因为分成扭矩部件和负荷部件，扭矩之外的负荷可主要由负荷部件支持，对扭矩的影响变小。因此，对同样扭矩感度的扭矩检测装置，可增大耐负荷性。
(2)扭矩检测装置既可以安装在扭矩部件上，又可以安装在扭矩部件之外的部分，所以安装位置的自由度增加，可以形成易于制作的结构。另外，扭矩检测装置如果安装在扭矩部件之外的部分，用于减少调节时扭矩部件之间的偏移的补偿加工变得容易，可以减少失衡。而且，扭矩检测装置通过安装于扭矩部件和负荷部件两者之上，可以将后者的信号作为扭矩的修正信号，使精度提高。
(3)扭矩检测装置可以采用2种以上，通过使用多种扭矩检测装置，不但可以根据目的而进行切换着使用，还可以通过对多种扭矩检测装置信号进行混合计算，使温度等修正更精确进行。
附图说明
图1A-1C是表示本发明的扭矩测量仪实施例1的图。
图2A和2B是表示实施例1中扭矩测量仪受到扭矩部件和负荷部件的负荷的方向的图。
图3A-3C是表示实施例1扭矩测量仪的扭矩部件的变形方向的图。
图4A-4C是表示实施例1扭矩测量仪的负荷部件的变形方向的图。
图5A-5D是表示将实施例1扭矩测量仪的扭矩部件和负荷部件模型化，用于说明扭矩和负荷的作用方式的图。
图6是表示本发明的扭矩测量仪实施例2的图。
图7是表示本发明的扭矩测量仪实施例3的图。
图8是表示本发明的扭矩测量仪实施例4的图。
图9A-9C是表示本发明的扭矩测量仪实施例5的图。
图10A和10B是表示本发明的扭矩测量仪实施例6的图。
图11A和11B是表示本发明的扭矩测量仪实施例7的图。
图12A和12B是表示本发明的扭矩测量仪实施例8的图。
具体实施方式
本发明的免受各种负荷影响、高精度地只检测扭矩的目的是通过分离扭矩部件和负荷部件而实现的。
下面，参照附图等对本发明实施例进行更详细地说明。
实施例1
图1A-1C是表示本发明的扭矩测量仪实施例1的图。
实施例1的扭矩测量仪1，包含：配置于动力传送路径中的、受到应测定扭矩的作用而变形的弹性部件10；基于上述弹性部件10的变形、检测扭矩的扭矩检测装置20。
弹性部件10配置于转动驱动机(未图示)的本体部及该转动驱动机的固定部之间。该弹性部件10由铝等金属制成，具有规定的壁厚，为其上下面互相平行的法兰型部件。
该弹性部件10具有固定于转动驱动机本体部侧的第1固定部(输入部)11、固定于转动驱动机固定部侧的第2固定部(输出部)12、配置于第1固定部11和第2固定部12之间的变形部13。
变形部13形成有多个(这里为8个)孔部14，各孔部14之间连接部分，每隔一个，形成扭矩部件15和负荷部件16。
扭矩部件15为承受施加于弹性部件10上的扭矩的部分，如图1B所示，为面方向配置成与弹性部件10的扭矩方向平行的薄壁部。
负荷部件16被设成与扭矩部件15相分离，为支持弹性部件10的负荷的部分，为厚度方向配置成与弹性部件10的扭矩方向平行的薄壁部。
在实施例1中，扭矩检测装置20将应变计粘贴在扭矩部件15上，采用已知的差动传感器结构而检测扭矩。
另外，扭矩检测装置20中，尽管应变计等安装于例如扭矩部件15上，但安装在除此之外的其他部分也可以，仅粘贴在扭矩部件15的一部分上也可以。
图2A和2B是表示实施例1中扭矩测量仪受到扭矩部件和负荷部件的负荷的方向的图。图3A-3C是表示实施例1的扭矩测量仪扭矩部件的变形方向的图。图4A-4C是表示实施例1的扭矩测量仪负荷部件的变形方向的图。
如图2A所示，扭矩部件15中，扭矩T和径向负荷Ra作用于面方向，轴向负荷S和力矩M作用于厚度方向，所以，因扭矩T的变形成为图3A所示的状态，因轴向负荷S和力矩M的变形成为图3B所示的状态，因径向负荷Ra的变形成为图3C所示的状态。
负荷部件16如图2B所示，由于扭矩T作用于厚度方向，径向负荷Ra、轴向负荷S、力矩M作用于面方向，所以，因扭矩T的变形成为图4A所示的状态，因轴向负荷S和力矩M的变形成为图4B所示的状态，因径向负荷Ra的变形成为图4C所示的状态。
图5A-5D表示将实施例1扭矩测量仪扭矩部件和负荷部件模型化，用于说明扭矩和负荷作用方式的图。
在将扭矩部件15、负荷部件16以相同横截面积做成相同纵横比的长方体(例如纵横比为1∶5)时，扭矩部件15和负荷部件16的差别被认为是各自所受到的力的方向不同。而就径向来说，因为扭矩部件15和负荷部件16相同，故这里无需考虑。
如果将该长方体(图5A)看作两端固定的梁，则相对于负荷(R)的挠曲δ由下式(1)表示。
δ＝(L3/12E)·(1/I)·R           ...(1)
下面计算扭矩部件15和负荷部件16的负荷分担比。
在同时存在扭矩部件15和负荷部件16时，承担负荷时的挠曲相同，此时分担负荷如果记为R1、R2的话，下式(2)成立。
(L3/12E)·(1/I1)·R1
＝(L3/12E)·(1/I2)·R2            ...(2)
E、L如果相同的话，则由下式(3)表示。
(I2/I1)＝(R2/R1)              ...(3)
其中，如图5D所示，因为看作是纵横比为1比5的长方体，截面2次力矩由I＝(1/12)bh3表示，故：
I1＝(1/12)h·(5h)3＝(1/12)·125h4             ...(4)
I2＝(1/12)5h·(h)3＝(1/12)·5h4               ...(5)
(R2/R1)＝(I2/I1)＝(1/25)                        ...(6)
上例中，扭矩部件15将对应扭矩的负荷成为负荷部件16的25倍分担。因此，产生内部应力，可以高感度的测定扭曲度。
另一方面，就轴向负荷、力矩而言，与扭矩的情况相反，扭矩部件15分担负荷部件16的1/25(截面2次力矩的比)负荷。
如上所述，实施例1的扭矩测量仪1通过将扭矩部件15和负荷部件16的横截面形状与负荷方向适当地吻合，因为可以有意识地选择所受的力，所以，可以在适当地确定扭矩部件15的基础上，按照所要求的其他的负荷载荷能力而适当地配置负荷部件。
因此，除扭矩之外的负荷，可以主要由负荷部件16支持，对扭矩的影响减小。因此，对相同扭矩感度的扭矩检测装置20，可以增大耐负荷性。
总之，扭矩测量仪1在促动传感器结构的基础上，还结构上分离出作为承受扭矩的部件的扭矩部件15以及除其之外的例如作为承受负荷的部件的负荷部件16，使负荷与扭矩分别地被支持，所以，可以使对这些扭矩的影响更进一步地减少。
另外，通过扭矩部件15和负荷部件16相分离的方式，可以减少负荷的影响，而扭转量不变(对扭矩的感度不变)，可以只增强负荷的刚性。
实施例2
图6是表示本发明的扭矩测量仪实施例2的图。
在下面所示的各实施例中，与上述实施例1起相同作用的部分采用同一附图标记或末尾加上统一的符号，适当省略重复的说明及附图。
在实施例2的扭矩测量仪1B中，变形部13B形成有8个槽部14B，各槽部14B之间的连接部分，每隔一个，形成扭矩部件15和负荷部件16。
根据实施例2，万一扭矩部件15、负荷部件16破损，槽结构部14B成为导槽，可以实现减少危险、损害的效果。另外，通过改变实施例1的孔部14和实施例2的槽部14B的结构，可以改变加工方法，可以对它们作出适当的选择。
实施例3
图7是表示本发明的扭矩测量仪实施例3的图。
实施例3的扭矩测量仪1C中，变形部13C形成有4个槽部14C，各槽部14C之间的连接部分，隔着一个扭矩部件15C配置有两个负荷部件16C、16C。
这样，扭矩部件和负荷部件的数量可以不同。即，根据实施例3，可以根据除扭矩之外的负荷加重的大小，选择负荷部件的数量。
实施例4
图8是表示本发明的扭矩测量仪实施例4的图。
实施例4的扭矩测量仪1D中，变形部13D形成有8个槽部14D，各槽部14D之间的连接部分，每隔一个，形成扭矩部件15D和负荷部件16D。
在该实施例4中，进一步，在扭矩部件15D和负荷部件16D中，可以设有不同种类的扭矩检测装置21、22。
例如，扭矩检测装置21采用应变计，扭矩检测装置22采用应答性良好的静电电容式传感器等，根据用途，可以采用任何一种传感器的信号。即，在需要应答性、而不太需要稳定性(噪音、温度特性)的场合，相反，基本无需应答性、而需要稳定性的场合等等，根据使用用途，可以适宜地选择扭矩检测装置。
实施例4中，扭矩检测装置21、22通过安装在扭矩部件15D和负荷部件16D两者之上的方式，可以将后者的信号作为扭矩修正信号，可使精度提高。
实施例5
图9A-9C是表示本发明的扭矩测量仪实施例5的图。
实施例5的扭矩测量仪3，包含配置于动力传送路径中的、受到应测定扭矩的作用而变形的法兰型弹性部件30。
弹性部件30由铝等金属制成，具有规定的壁厚，为其上下面互相平行的车轮状部件。
该弹性部件30具有固定于转动驱动机本体部侧的第1固定部(输入部)31、固定于转动驱动机固定部侧的第2固定部(输出部)32、配置于第1固定部31和第2固定部32之间的变形部33。
实施例5中，变形部33中，每隔一个，呈辐条状交互配置有扭矩部件35和负荷部件36。
如图9B所示，扭矩部件35为面方向配置成与弹性部件30的扭矩方向平行的薄壁部。如图9C所示，负荷部件36为厚度方向配置成与扭矩方向平行的薄壁部。扭矩检测装置40为粘帖在扭矩部件35上的应变计。
实施例6
图10A和10B是表示本发明的扭矩测量仪实施例6的图。
实施例6的扭矩测量仪3B中，法兰型弹性部件30B的变形部33B，在采用扭矩部件35B和负荷部件36B将第1固定部31和第2固定部32连接这一点上，与实施例5相类似。
但是，如图10B所示，扭矩部件35B为在第1固定部31的切线方向上配置成3根的薄壁部分。负荷部件36B为在第1固定部31的辐射方向上配置成3根的薄壁部分。扭矩检测装置40为粘贴在扭矩部件35B上的应变计。
实施例7
图11A和11B是表示本发明的扭矩测量仪实施例7的图。
实施例7的扭矩测量仪5，包含配置于动力传送路径中的、受到应测定扭矩的作用而变形的扭力杆型弹性部件50。
弹性部件50由铝等金属制成，为具有规定的直径的轴部件。如图11A所示，该弹性部件50具有第1固定部(输入轴)51、第2固定部(输出轴)52、配置于第1固定轴31和第2固定轴32之间的变形部53。
实施例7中，如图11B所示，变形部53形成4个切削部54。扭矩部件55为小径的轴部分。负荷部件56配置于扭矩部件55的辐射方向，为厚度方向配置成与扭矩方向平行的薄壁部。
扭矩检测装置60为采用非接触传感器63、64检测设置于弹性部件50的输入侧和输出侧的编码盘61、62的装置。
实施例8
图12A和12B是表示本发明的扭矩测量仪实施例8的图。
实施例8的扭矩测量仪7，包含配置于动力传送路径中的、受到应测定扭矩的作用而变形的圆筒型型弹性部件70。
如图12A所示，该弹性部件70具有圆盘状第1固定部(输入轴)71、圆盘状第2固定部(输出轴)72、配置于第1固定轴71和第2固定轴72之间的变形部73。
实施例8的变形部73中，如图12B所示，扭矩部件75是作为圆筒的一部分的4个薄壁部分。负荷部件76为配置于辐射方向的薄壁部分。
扭矩检测装置80为粘贴在扭矩部件75上的应变计。
从实施例5到实施例8根据其结构的不同其制作、加工方法也发生变化，故基于费用等考虑可适当作出选择。例如，实施例7因为结构上，轴外径可以减小，可减小惯性力矩，所以，在想减小惯性力矩的影响时使用。
变形例
本发明并未限于上述说明的实施例中，还可以对其作出各种变形或改变，这些同样也涵盖于本发明范围中。
(1)扭矩部件和负荷部件的数量可以相同，但也可数量不同。
(2)扭矩部件和负荷部件尽管可以连接，但也可以不连接。另外，扭矩部件和负荷部件还可以不成对。
(3)扭矩检测装置可以具有多个，也可以具有多个多种。
另外，具有负荷传感器，将其作为修正信号使用也可以。

Claims (7)

1、一种扭矩测量仪，其包含：配置于动力传送路径中的、受到应测定扭矩的作用而变形的弹性部件；基于所述弹性部件的变形、检测扭矩的扭矩检测装置，其特征在于，所述扭矩测量仪包括：
承受施加于所述弹性部件上的扭矩的扭矩部件；以及
与所述扭矩部件相分离而设的、用于支持所述弹性部件负荷的负荷部件。
2、如权利要求1所述的扭矩测量仪，其特征在于，所述弹性部件包括输入部、输出部、配置于所述输入部和所述输出部之间的变形部，所述扭矩部件和所述负荷部件形成于所述变形部。
3、如权利要求1或2所述的扭矩测量仪，其特征在于，所述弹性部件为法兰型部件，所述扭矩部件及负荷部件为形成于所述弹性部件上的薄壁部，所述扭矩部件薄壁部的面方向配置成与扭矩方向平行，所述负荷部件薄壁部的厚度方向配置成与扭矩方向平行。
4、如权利要求1或2所述的扭矩测量仪，其特征在于，所述弹性部件为扭力杆型部件，所述扭矩部件为小径轴部，所述负荷部件形成于所述小径轴部的辐射方向，为面方向配置于扭转力矩的方向的薄壁部。
5、如权利要求1或2所述的扭矩测量仪，其特征在于，所述弹性部件为圆筒型部件，所述扭矩部件为配置于圆弧方向的薄壁部，所述负荷部件为配置于辐射方向的薄壁部。
6、如权利要求1至5中任一项所述的扭矩测量仪，其特征在于，所述扭矩检测装置安装于所述扭矩部件和/或所述负荷部件上。
7、如权利要求1至6中任一项所述的扭矩测量仪，其特征在于，所述扭矩检测装置采用2种以上的装置。
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