CN214373035U - 一种转矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种转矩测量装置，包括壳体、蜗轮蜗杆减速机构和传力部件。蜗轮蜗杆减速机构的涡轮和蜗杆相互啮合，且安装在壳体内；蜗杆的左侧设置左圆柱滚子轴承和左油封闷盖，右侧设置右圆柱滚子轴承和右轴承盖；传力部件中的传力钢珠一端通过过盈配合固定在蜗杆内，另一端与传力轴的端面接触；传力轴和传力螺丝通过推力球轴承连接，传力螺丝与力传感器相连。所述转矩测量装置可通过机械补偿或者软件补偿的方式来弥补测量过程中蜗轮与蜗杆传动的摩擦力所造成的测量值偏小的问题。该装置具有结构简单，便于拆卸，测量频率，精度高，体积小巧的特点，能够运用到小体积实验用设备之中。

Description

一种转矩测量装置

技术领域

本实用新型涉及转矩的测量装置，尤其是涉及利用拉压力传感器，来检测转矩的装置。

背景技术

机械元件在转矩作用下，会产生一定程度的扭转变形，故转矩又称为扭矩。所述转矩，是各种工作机械传动轴的基本载荷。因此，其(负载的大小)与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素有关。所述转矩的测量，对传动轴的载荷确定与控制、传动系统工作零件的强度设计，以及原动机容量的选择等，都具有重要的意义。但是，现有技术的转矩测量，大多是针对旋转体上转矩，以及其所造成的弹性体的应变、相位差、磁通量或电容变化等来测量的。

现有技术中，转矩的测量装置是利用蜗杆传动来测量的。姚汉樑教授在《聚合物性能常用测试技术及自动化》一书中的，关于“转矩流变试验技术”的章节中，提出了利用一种拉压力来进行转矩检测的方法。所述拉压力转矩检测法，是采用电动机和减速器相结合的方法；其中，所述减速器采用齿轮系减速箱，使电动机转轴和减速器输出轴不在同一直线上，形成偏心轴。假设：减速器输出轴的偏心距为L1，压力传感器受力点至偏心轴的平行线为L2，偏离电机轴线右侧。关键在于：静态平衡时，由于电动机和减速器的两输出轴偏移；因此，作用在压力传感器上的转矩，可通过试验直接得到。

如此，在系统运行时，其转矩为：M＝L(F-F1)

式中：M-动力输出力矩，单位是N·m；

L-动力输出轴轴线至压力传感器受力点的距离，单位是m；

F-压力传感器的输出，单位是N；

F1-静态平衡时，压力传感器的输出，单位是N。参见图1所示。

现有技术中，还有非接触式的光电扭矩传感器。其工作原理是：测量转轴在受到转矩时，转轴的两端面会绕轴中心线，扭转一定角度，通过采集光电扭矩传感器传回的电脉冲信号，并经过计算机处理，得出转矩。

所述非接触式光电转矩传感器的缺点是测量频率低；因此，具有测量精度低的缺陷。且上述两种转矩测量装置的缺点是结构复杂，拆装不便；而且又需要机构的平衡。因此，所述转矩测量装置不适用于高分子材料的实验设备小型化。主要体现在，所述转矩测量装置，拆装不便，结构复杂，且精度低。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对现有技术中结构复杂且精度低的缺陷，提供一种结构简单、方便安装、体积小巧、测试频率高和精度高的转矩测量装置。

为实现上述的目的，本实用新型是这样实现的，一种转矩测量装置，包括壳体、蜗轮蜗杆减速机构和传力部件，其特征在于：

所述蜗轮蜗杆减速机构由蜗轮、蜗杆、左圆柱滚子轴承、左油封闷盖、右圆柱滚子轴承和右轴承盖构成；所述蜗轮蜗杆减速机构的蜗轮和蜗杆相互啮合，且安装在壳体内；在所述蜗杆的左侧，依次设置左油封闷盖和左圆柱滚子轴承；在右侧设置右圆柱滚子轴承和右轴承盖。

所述左油封闷盖的中心上，设有通孔；在蜗杆的左端面的中心，所述通孔的对应位置，设有凹槽。

所述传力部件包括传力钢珠、推力球轴承、传力轴、传力螺丝和力传感器；所述传力钢珠一端通过过盈配合固定在蜗杆内，另一端与传力轴的端面接触；所述传力轴和传力螺丝通过推力球轴承连接，所述传力螺丝与力传感器相连。

所述传力钢珠的一端设置在所述通孔和凹槽内，另一端与传力轴的端面点接触。

所述传力钢珠进入凹槽的距离超过传力钢珠的半径。

所述推力球轴承为单向轴向运动的轴承；所述推力球轴承可替换成圆柱滚子轴承。

所述传力螺丝的传力螺丝第一段端面设有为阶梯沉孔结构，所述阶梯沉孔结构与传力轴配合；其中，所述传力螺丝第一段的阶梯沉孔结构与传力轴的小直径段上的推力球轴承座圈紧密配合；所述传力螺丝的第二段的外表面设有螺纹，该螺纹与力传感器的中心螺纹孔配合；并通过螺母，与力传感器固定。

所述传力螺丝可通过在力传感器的螺纹孔中旋转，来调节轴向距离，所述传力螺丝末端有一个六角螺母可固定传力螺丝位置；所述传力螺丝螺纹段末端面有一个正六角型凹槽。

所述力传感器可通过连接件与壳体相对固定。

本实用新型的转矩测量装置，可通过机械补偿或者软件补偿的方式，来弥补测量过程中，蜗轮与蜗杆传动的摩擦力，所造成的测量值偏小的误差问题。

利用本实用新型的一种转矩测量装置进行转矩测量，包括如下步骤：

步骤1：根据蜗杆传动设计数据，记录蜗轮的分度圆半径r；

步骤2：使用内六角扳手旋转传力螺丝调节传力部件间的间隙，直到力传感器显示仪表归零值；

步骤3：采用机械补偿或者软件补偿的方式，测算蜗轮蜗杆传动的摩擦力F₀；

步骤4：输入动力，使蜗杆旋转，带动蜗轮旋转，此时记录力传感器的输出数值F；

步骤5：根据转矩公式对数据进行处理：T＝(F+F₀)·r即可求得转矩值。

本实用新型的原理是：利用蜗轮蜗杆在传动时，所述蜗轮边缘上受到圆周力而转动；同时，会给予蜗杆一个反作用力，这个反作用力，依次作用在传力部件的各个零件上；再作用在，力传感器上的敏感元件，使其发生形变，不同的力会产生不同的形变效果，产生不同的电信号；最后，由显示仪表输出力的值。

由于整个过程只发生弹性形变，力在各个位置都是相同的，可以由力传感器测出该反作用力。值得注意的是，该装置要通过软件或机械装置，测算出蜗轮蜗杆传动的摩擦力，再将两个力的和，与蜗轮分度圆半径求积，就可以求出转矩值。若，没有补偿手段则会造成测量值偏小。

本实用新型的有益效果是：可用于测量动态扭矩，也可测量静态扭矩；同时，它避免了直接将力传感器与蜗杆接触，而采用间接的方式来测量轴力，它结构简单，方便拆卸，体积小巧，测量频率，精度高，可以避免使用昂贵的转矩传感器来测量转矩。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的正面剖视图；

图2是本实用新型的四分之一剖视的模型视图；

图中：标记1为壳体，2为蜗轮蜗杆减速机构，3为传力部件；其中21为蜗轮，22为蜗杆，23为左圆柱滚子轴承，24为左油封闷盖，25为右圆柱滚子轴承，26为右轴承盖，220 为凹槽，240为通孔，31为传力钢珠，32为推力球轴承，33为传力轴，34为传力螺丝，35 为力传感器，341为传力螺丝第一段，3411为阶梯沉孔结构，4为连接件。

具体实施方式

本实用新型的实施例如图1-2所示，所述转矩测量装置由壳体1、蜗轮蜗杆减速机构 2和传力部件3三大部分构成。其中，

所述蜗轮蜗杆减速机构2由蜗轮21、蜗杆22、左圆柱滚子轴承23、左油封闷盖24、右圆柱滚子轴承25和右轴承盖26构成。

蜗轮蜗杆减速机构2的蜗轮21和蜗杆22相互啮合，且安装在壳体1内，所述蜗杆 22的两端各设一个圆柱滚子轴承(23、25)；其中，左圆柱滚子轴承23设有一个孔用挡圈，用于限制座圈滑动，左圆柱滚子轴承23为单向运动轴承；右圆柱滚子轴承25为双向运动轴承。所述蜗杆22只能做单侧的平移往复运动。

所述蜗轮蜗杆减速机构2的右侧输入端，设有右轴承盖26，用于限定蜗杆22一端的位置。

在蜗杆22的左端面的中心，所述通孔240的对应位置，设有凹槽220。

所述传力部件3包括传力钢珠31、推力球轴承32、传力轴33、传力螺丝(34)和力传感器35。其中，所述传力钢珠31通过过盈配合，固定在蜗杆22的圆形凹槽220中；所述传力钢珠31进入中心圆形凹槽220的位置，超过传力钢珠31的半径。

所述传力轴33分为两段；其中，大直径段的端面与传力钢珠31点接触，其优点是：即使蜗杆22上的中心圆形凹槽位置存在加工误差，依然可以准确测量蜗杆22所受的轴向力；所述传力轴33的小直径段与推力球轴承32的轴圈配合；所述传力轴33的小直径段，超过推力球轴承32的部分，设有轴向沟槽，用于安装轴用挡圈321。

所述传力螺丝34的传力螺丝第一段341的端面，设有阶梯沉孔结构3411；所述阶梯沉孔结构3411的大直径孔与推力球轴承32的座圈精密配合；其阶梯沉孔结构3411的小直径孔部，留出空间与所述传力轴33的小直径段的末端配合。

所述传力螺丝34的第二段的外径面设有螺纹，所述螺纹与力传感器35的中心螺纹孔配合，并能通过旋转传力螺丝34，可调节轴向的间隙；该螺纹段伸出力传感器35的端部，与六角螺母紧固配合。

综上所述，所述蜗杆22受到蜗轮21的反作用力，具有向左运动的趋势。所述反作用力，依次经过传力钢珠31、传力轴33和推力球轴承32，传递到传力螺丝34上；最后，通过传力螺丝34的螺纹，作用在力传感器35上。如此，测出该反作用力的值，再通过软件或者加装机械结构，测算蜗轮蜗杆传动时的摩擦力，将两个力求和，才能得出蜗轮圆周力的实际值；上述实际值与蜗轮分度圆半径之积，即可求得转矩。

当传力部件之间存在间隙时，要通过传力螺丝34的旋转，调整其轴向的间距，使传力部件各个部件紧密相连。

在图1-2中，所述力传感器35与壳体1之间，设有一个连接件4；在所述连接件4 的一个端面上，设有至少三个通孔，所述通孔也加工了沉头孔。所述壳体1上，靠近连接件 4的一侧有螺纹孔。采用螺栓通过通孔，再拧入壳体1的螺纹孔中，可将连接件4固定在壳体1上；所述力传感器35上设有通孔，所述连接件4上还有螺纹孔，所述力传感器35通过螺栓和螺纹孔固定在连接件4上，实现力传感器35与壳体1的相对固定。

为了提高转矩测量装置的测量精度，可以在测量装置中，添加弹簧装置，或者其他结构来进行数据补偿，也可以使用软件来进行补偿，使转矩数据更加准确。

一种利用本转矩测量装置进行转矩测量的方法，包括如下步骤：

步骤1：根据蜗杆传动设计数据，记录蜗轮21的分度圆半径r；

步骤2：使用内六角扳手，旋转传力螺丝34，调节传力部件间的间隙，直到力传感器35显示仪表归零值，即调节基准值；

步骤3：采用机械补偿或者软件补偿的方式，测算蜗轮蜗杆传动的摩擦力F₀；

步骤4：输入动力，使蜗杆22旋转，带动蜗轮21旋转；此时，记录力传感器35的输出数值F；

步骤5：根据转矩公式对数据进行处理：T＝(F+F₀)·r，即可求得转矩值。

该装置的原理是，利用蜗轮蜗杆在传动时，因所述蜗轮边缘上受到周向力而转动；同时，所述蜗杆会受到一个反作用力，这个反作用力，依次作用在传力部件的各个部件上；再作用在力传感器上，使其发生形变；所述力传感器，对于不同的力，会产生不同的形变效果，即产生不同的电信号；最后，由显示仪表输出力的值。在整个测量过程中，由于只发生弹性形变，力在各个位置都是相同的；因此，力传感器可以测出该反作用力。本发明的转矩测量装置，必须通过软件或机械补偿的方法，测算蜗轮蜗杆传动的摩擦力；作用力与摩擦力之和，再与蜗轮分度圆半径之积，就可以求出转矩值。

Claims (10)

1.一种转矩测量装置，包括壳体(1)、蜗轮蜗杆减速机构(2)和传力部件(3)，其特征在于：

所述蜗轮蜗杆减速机构(2)由蜗轮(21)、蜗杆(22)、左圆柱滚子轴承(23)、左油封闷盖(24)、右圆柱滚子轴承(25)和右轴承盖(26)构成；所述蜗轮蜗杆减速机构(2)的蜗轮(21)和蜗杆(22)相互啮合，且安装在壳体(1)内；所述蜗杆(22)的左侧，依次设置和左油封闷盖(24)和左圆柱滚子轴承(23)；其右侧设置右圆柱滚子轴承(25)和右轴承盖(26)；

所述传力部件(3)包括传力钢珠(31)、推力球轴承(32)、传力轴(33)、传力螺丝(34)和力传感器(35)；所述传力钢珠(31)一端通过过盈配合固定在蜗杆(22)内，另一端与传力轴(33)的端面接触；所述传力轴(33)和传力螺丝(34)通过推力球轴承(32)连接，所述传力螺丝(34)与力传感器(35)相连。

2.根据权利要求1所述的转矩测量装置，其特征在于：所述左油封闷盖(24)的中心上，设有通孔(240)；在蜗杆(22)的左端面的中心，所述通孔(240)的对应位置，设有凹槽(220)。

3.根据权利要求2所述的转矩测量装置，其特征在于：所述传力钢珠(31)的一端设置在所述通孔(240)和凹槽(220)内，另一端与传力轴(33)的端面点接触。

4.根据权利要求2或3所述的转矩测量装置，其特征在于：所述传力钢珠(31)进入凹槽(220)的距离超过传力钢珠(31)的半径。

5.根据权利要求1所述的转矩测量装置，其特征在于：所述推力球轴承(32)为单向轴向运动的轴承；所述推力球轴承(32)可替换成圆柱滚子轴承。

6.根据权利要求1所述的转矩测量装置，其特征在于：所述传力螺丝(34)的传力螺丝第一段(341)端面设有为阶梯沉孔结构(3411)，所述阶梯沉孔结构(3411)与传力轴(33)配合；其中，所述传力螺丝(34)的阶梯沉孔结构(3411)的小直径段与推力球轴承(32)座圈紧密配合；所述传力螺丝(34)的第二段设有螺纹，与力传感器(35)的中心螺纹孔配合，并通过螺母，与力传感器(35)固定。

7.根据权利要求6所述的转矩测量装置，其特征在于：所述传力螺丝(34)可通过在力传感器(35)的螺纹孔中旋转，来调节轴向距离，所述传力螺丝(34)末端有一个六角螺母可固定传力螺丝(34)位置；所述传力螺丝(34)螺纹段末端面有一个正六角型凹槽。

8.根据权利要求1所述的转矩测量装置，其特征在于：所述传力轴(33)与所述传力螺丝(34)之间的连接方式是传力轴(33)与推力球轴承(32)的轴圈配合，传力螺丝(34)与推力球轴承(32)的座圈配合。

9.根据权利要求1所述的转矩测量装置，其特征在于：所述传力轴(33)存在两个直径段，其中与推力球轴承(32)配合的段上开有轴向沟槽，并装有轴用挡圈(321)。

10.根据权利要求1所述的转矩测量装置，其特征在于：所述力传感器(35)可通过连接件(4)与壳体(1)相对固定。

Images