CN1987387A

CN1987387A - 双向扭矩测试装置

Info

Publication number: CN1987387A
Application number: CN 200610155216
Authority: CN
Inventors: 孙建辉; 郑欣荣; 刘保银; 单晓杭; 赵国军
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: CN1987387B

Abstract

一种双向扭矩测试装置，包括与驱动电机连接的电机输出轴，电机输出轴与传动轴连接，传动轴上设有电磁制动器，电磁制动器的固定板安装在机座上，所述电磁制动器的制动部分与传动轴连接，所述电磁制动器的摩擦片位于电磁制动器的固定板与制动部分之间；传动轴上安装推压板，传动轴与动力曲轴相接，动力曲轴上设有与推压板配合的曲柄，动力曲轴通过联轴器与旋转力矩传感器连接，旋转力矩传感器通过另一联轴器与编码器轴连接，编码器安装在编码器轴上，编码器轴与待测装置的连接接口连接。本发明提供一种测量精度高、能够根据测试需要调节加载和驱动的转速和力矩的双向扭矩测试装置。

Description

双向扭矩测试装置

(一)技术领域

本发明涉及一种扭矩测试装置。

(二)背景技术

对于需要测试扭矩的场合，需要扭矩传输装置，包括与待测试装置连接的机械接口、与驱动电机连接的功率输出轴。如中国专利号为200320110275.8，专利名称为同向双螺杆挤出机高速高扭矩传动箱的实用新型专利，公开了一种扭矩传动箱，通过主动齿轮与从动齿轮来传动。对于现有的扭矩测试装置，存在的缺陷是：不能适应高精度要求的场合，不能调节加载和驱动的转速和力矩，且无法满足加载和驱动对转速和力矩的宽范围要求。

(三)发明内容

为了克服已有的扭矩测试装置的精度低、不能调节加载和驱动的转速和力矩的不足，本发明提供一种测量精度高、能够根据测试需要调节加载和驱动的转速和力矩的双向扭矩测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双向扭矩测试装置，包括与驱动电机连接的电机输出轴，所述的电机输出轴通过第一联轴器与小离合器轴连接，所述的小离合器轴上安装第一电磁离合器，所述第一电磁离合器的电枢与小离合器轴固定连接，所述第一电磁离合器的衔铁与小负载主动同步带轮固定连接，第一电磁离合器的连接套通过轴承与小离合器轴联接，第一电磁离合器的衔铁与连接套通过花键连接，所述的小离合器轴通过第二联轴器与减速器输入轴连接，所述的减速器的输出轴与大负载主动同步带轮固定连接，所述的小负载主动同步带轮通过第一同步带与小负载从动同步带轮联接，所述的大负载主动同步带轮通过第二同步带与大负载从动同步带轮连接，所述的小负载从动同步带轮固定联接在传动轴上，所述的传动轴上安装第二电磁离合器，所述第二电磁离合器的电枢与传动轴固定连接，所述第二电磁离合器的衔铁与大负载从动同步带轮固定连接，第二电磁离合器的连接套通过轴承与传动轴联接，第二电磁离合器的衔铁与连接套通过花键连接，所述的传动轴上设有电磁制动器，电磁制动器的固定板安装在机座上，所述电磁制动器的制动部分与传动轴连接，所述电磁制动器的摩擦片位于电磁制动器的固定板与制动部分之间；所述的传动轴上安装推压板，所述的动力曲轴上设有与推压板配合的曲柄，所述的动力曲轴通过联轴器与旋转力矩传感器连接，所述的旋转力矩传感器通过另一联轴器与编码器轴连接，所述的编码器安装在编码器轴上，所述的编码器轴与待测装置的连接接口连接。

进一步，所述的减速器为行星齿轮减速器。

再进一步，所述的驱动电机为交流伺服电机。

本发明的有益效果主要表现在：1、测量精度高、能够根据测试需要调节加载和驱动的转速和力矩；2、满足加载和驱动对转速和力矩的宽范围要求；3、能用较小功率的电机满足上述两要求；4、在计算机控制下交流伺服电机能提供测试所需大范围恒阻力扭矩及恒转速、恒驱动扭矩。

(四)附图说明

图1是扭矩测试装置的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种双向扭矩测试装置，包括与驱动电机1连接的电机输出轴2，所述的电机输出轴2通过第一联轴器17与小离合器轴18连接，所述的小离合器轴18上安装第一电磁离合器19，所述第一电磁离合器的电枢20与小离合器轴18固定连接，所述第一电磁离合器的衔铁21与小负载主动同步带轮22固定连接，第一电磁离合器的连接套23通过轴承与小离合器轴20联接，第一电磁离合器的衔铁21与连接套23通过花键连接，第一电磁离合器的衔铁21在电磁力作用下能沿小离合器轴轴向移动，所述的小离合器轴18通过第二联轴器24与减速器的输入轴25连接，所述的减速器26的输出轴27与大负载主动同步带轮28固定连接，所述的小负载主动同步带轮22通过第一同步带29与小负载从动同步带轮30联接，所述的大负载主动同步带轮28通过第二同步带31与大负载从动同步带轮32连接，所述的小负载从动同步带轮30固定联接在传动轴3上，所述的传动轴3上安装第二电磁离合器33，所述第二电磁离合器的电枢34与传动轴3固定连接，所述第二电磁离合器的衔铁35与大负载从动同步带轮32固定连接，第二电磁离合器的连接套36通过轴承与传动轴3联接，第二电磁离合器的衔铁35与连接套36通过花键连接，第二电磁离合器的衔铁35在电磁力作用下能沿传动轴3轴向移动。

所述的传动轴3上设有电磁制动器4，电磁制动器的固定板5安装在机座6上，所述电磁制动器的制动部分7与传动轴3连接，所述电磁制动器的摩擦片8位于电磁制动器的固定板5与制动部分7之间；所述的传动轴3上安装推压板9，所述的动力曲轴10上设有与推压板9配合的曲柄11，所述的动力曲轴10通过第三联轴器12与旋转力矩传感器13连接，所述的旋转力矩传感器13通过第四联轴器14与编码器轴15连接，所述的编码器16安装在编码器轴15上，所述的编码器轴15与待测装置的连接接口连接。

所述的电机输出轴2所述的减速器26为行星齿轮减速器。所述的驱动电机1为交流伺服电机。

使用两个电磁离合器的原因是：工作方式1(不使用减速器)：离合器组使用状态为：第二电磁离合器33失电(失效)，第一电磁离合器19加电(有效)，电机(不使用减速器)→小负载主动同步带轮→第一同步带→小负载从动同步带轮→传动轴→推压板→动力曲轴→旋转力矩传感器→编码器→待测装置的连接接口。工作方式2(使用减速器)：离合器组状态为：第二电磁离合器33加电(有效)，第一电磁离合器19失电(失效)。电机→小离合器轴→减速器→第一大负载同步带轮→第二同步带→第二大负载同步带轮→第二电磁离合器→传动轴→推压板→动力曲轴→旋转力矩传感器→编码器→待测装置的连接接口。

该驱动电机为交流伺服电机，可以为驱动电机，也可以为负载；能够实现双向扭矩传输。

不使用减速器，加到待测装置的连接接口上是小力矩，高转速。使用减速器，加到待测装置的连接接口上是大力矩，低转速。当试验工况要求的力矩范围为1Nm到200Nm，转速范围为1rpm到3500rpm时，如不使用减速器满足如此大范围力矩，必须使用几十千瓦电动机。使用减速器，可以使用较小功率的电机。但是由于减速器为抑制正反转时间隙，结构上配置了预加载几个Nm力矩的装置。根据试验，无法满足1Nm的加载要求，故采用离合器组切换减速器，以满足加载和驱动对转速和力矩的宽范围要求。

本实施例的扭矩测试装置共有6种工作状态：

(1)力矩加载状态：交流伺服电机工作在转矩控制方式，准备运动方向与待测装置连接轴旋转方向相反。即电机处于再生制动方式。电机保持规定的输出力矩跟随待测装置连接轴旋转。待测装置连接轴依次驱动万向联轴器、动态力矩传感器、传动轴(电磁制动器通电)、行星减速器、交流伺服电机。可以测得待测装置连接轴在规定负载下的输出力矩、转速和转角，并计算得到该轴的输出功率。

第一电磁离合器失电，第一小负载同步带轮失效，第二电磁离合器供电。传动过程为：待测装置的连接轴→编码器轴→联轴器→旋转力矩传感器→联轴器→动力曲轴→推压板→传动轴→第二电磁离合器→大负载从动同步带轮→第二同步带→大负载主动同步带轮→减速器→联轴器→小离合器轴→联轴器→交流伺服电机。

(2)小力矩加载状态：交流伺服电机工作在转矩控制方式，准备运动方向与待测装置连接轴旋转方向相反。即电机处于再生制动方式。电机保持规定的输出力矩跟随待测装置连接轴旋转。该轴依次转动万向联轴器、动态力矩传感器、传动轴、(不经过行星减速器，以做到小力矩加载)交流伺服电机。可以测得待测装置连接轴在规定负载下的输出力矩、转速和转角，并计算得到该轴的输出功率。

第二电磁离合器失电，第二大负载同步带轮失效，第一电磁离合器供电。传动过程为：待测装置的连接轴→编码器轴→联轴器→旋转力矩传感器→联轴器→动力曲轴→推压板→传动轴→小负载从动同步带轮→第二同步带→小负载主动同步带轮→第一电磁离合器→小离合器轴→联轴器→交流伺服电机。

(3)力矩驱动状态：交流伺服电机工作在位置控制方式，以规定的转速(低于规定的保护力矩)按预先规定的方向，旋转软件设置的角度。交流伺服电机经过行星齿轮减速器后转动传动轴、动态力矩传感器，经接口后旋转待测装置连接轴。可以测得输入到待测装置连接轴的力矩、转速和转角，并计算得到待测装置连接轴的输入功率。

第一电磁离合器失电，第一小负载同步带轮失效，第二电磁离合器供电。传动过程为：交流伺服电机→联轴器→小离合器轴→联轴器→减速器→大负载主动同步带轮→大同步带→大负载从动同步带轮→第二电磁离合器→传动轴→推压板→动力曲轴→联轴器→旋转力矩传感器→联轴器→编码器轴→待测装置的连接接口。

(4)小力矩驱动状态：交流伺服电机工作在位置控制方式，以规定的转速(低于规定的保护力矩)按预先规定的方向，旋转软件设置的角度。交流伺服电机经联轴器驱动小离合器轴，然后通过第一电磁离合器驱动小负载同步带轮，小同步带轮通过同步带直接驱动传动轴(不经过经过行星齿轮减速器)，传动轴通过推压板驱动动力曲轴，动力曲轴通过第三联轴器驱动力矩传感器，经接口后驱动待测装置连接轴。可以测得输入到该轴的力矩、转速和转角，并计算得到该轴的输入功率。

第二电磁离合器失电，第二大负载同步带轮失效，第一电磁离合器供电。传动过程为：交流伺服电机→联轴器→小离合器轴→第一电磁离合器→小负载主动同步带轮→小同步带→小负载从动同步带轮→传动轴→推压板→动力曲轴→联轴器→旋转力矩传感器→联轴器→编码器轴→待测装置的连接接口。

(5)制动状态：电磁制动器失电，使得传动轴制动，强制待测装置连接轴制动，停留在所需位置角度。

(6)空载状态：交流伺服电机工作在位置控制方式，以规定的较高转速(低于规定的保护力矩)按预先规定的方向，旋转软件设置的角度。使得推压板离开动力曲轴。对应的待测装置连接轴在被测试件作用下旋转，并驱动联轴器→旋转编码器→动态力矩传感器。其中旋转编码器和动态力矩传感器的转动惯量很小，可以认为是空载。

传动过程为：待测装置的连接轴→编码器轴→联轴器→旋转力矩传感器→联轴器→动力曲轴。

Claims

1、一种双向扭矩测试装置，包括与驱动电机连接的电机输出轴，其特征在于：所述的电机输出轴通过第一联轴器与小离合器轴连接，所述的小离合器轴上安装第一电磁离合器，所述第一电磁离合器的电枢与小离合器轴固定连接，所述第一电磁离合器的衔铁与小负载主动同步带轮固定连接，第一电磁离合器的连接套通过轴承与小离合器轴联接，第一电磁离合器的衔铁与连接套通过花键连接，所述的小离合器轴通过第二联轴器与减速器输入轴连接，所述的减速器的输出轴与大负载主动同步带轮固定连接，所述的小负载主动同步带轮通过第一同步带与小负载从动同步带轮联接，所述的大负载主动同步带轮通过第二同步带与大负载从动同步带轮连接，所述的小负载从动同步带轮固定联接在传动轴上，所述的传动轴上安装第二电磁离合器，所述第二电磁离合器的电枢与传动轴固定连接，所述第二电磁离合器的衔铁与大负载从动同步带轮固定连接，第二电磁离合器的连接套通过轴承与传动轴联接，第二电磁离合器的衔铁与连接套通过花键连接，所述的传动轴上设有电磁制动器，电磁制动器的固定板安装在机座上，所述电磁制动器的制动部分与传动轴连接，所述电磁制动器的摩擦片位于电磁制动器的固定板与制动部分之间；所述的传动轴上安装推压板，所述的动力曲轴上设有与推压板配合的曲柄，所述的动力曲轴通过联轴器与旋转力矩传感器连接，所述的旋转力矩传感器通过另一联轴器与编码器轴连接，所述的编码器安装在编码器轴上，所述的编码器轴与待测装置的连接接口连接。

2、如权利要求2所述的双速双扭矩传输装置，其特征在于：所述的减速器为行星齿轮减速器。

3、如权利要求1-3之一所述的双速双扭矩传输装置，其特征在于：所述的驱动电机为交流伺服电机。