CN2215115Y - 旋转轴三参数复合传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种旋转轴三参数复合传感器，属 机电仪表领域，用于测量旋转轴的扭矩(转矩)、转速、 轴向压力等三个参数。本实用新型把存在着既有轴 向压力又有扭矩的复合力在传递过程中分成两条通 道传递，一条为轴向压力通道，一条为扭矩通道，然后 分别进行测量。本实用新型的贯通轴为带有传递扭 矩和传递轴向压力两条通道的联合弹性贯通轴。它 由轴(1)、轴(2)和外套(4)组成，轴(1)上贴有应变桥 (17)测量扭矩，外套(4)上贴有应变桥(12)测量轴向 压力。在轴(1)上安有测量转速的装置。

Description

本实用新型为一种旋转轴三参数复合传感器，属机电仪表领域，用于对动力旋转轴的传递扭矩、转速及轴向压力等三个参数进行测量。

在动力旋转轴传递扭矩时，存在着复合轴向压力的情况，此时如果用常规扭矩传感器进行测量，轴向压力成为一个无法非出的干扰信号，同时若要对轴向压力进行测量时，扭矩又成了一个无法排出的干扰信号，因此必须将这两种方向及特性不同的力进行分离才可能进行测量。

本实用新型的目的是提供一种旋转轴三参数复合传感器，该传感器通过一个将轴向压力和扭矩分离的装置，使其既可以测量传递轴的扭矩，转速又可以测量轴向压力。

本实用新型的目的是这样实现的：

旋转轴三参数复合传感器以一个既可传递扭矩又可传递轴向压力的联合弹性贯通轴为弹性体，以该贯通轴中传递扭矩的轴1上贴附应变桥17为敏感元件，采用ZL93240174.0的数字扭矩传感器的方式测量扭矩。以该贯通轴中传递轴向压力的外套4为筒状弹性体，并在其上贴上应变桥测量轴向压力。在该贯通轴上安装带有窄缝的测速园轮19测量转速。

下面结合附图对本实用新型的旋转轴三参数复合传感器进行详细描述：

图1是本复合传感器中带有两条通道的联合贯通轴结构图。

图2是本复合传感器的整体结构图。

图3是本复合传感器的光电测速示意图。

本实用新型中带有两条通道的联合弹性贯通轴由带有花键或平键的轴1、带有花键或平键套的轴2和外套4组成，轴1和轴2通过轴向键7联接在一起。轴1的带键轴端与轴2的键套之间有间隙23，使轴1和轴2没有轴向接触。轴1的轴肩和轴2的轴肩分别安装在两个向心推力轴承21和22的内圈3和9中，向心推力轴承21、22的外圈6、11分别安装在外套4的两端内。

该联合弹性贯通轴具有既传递扭矩又传递轴向力的两条通道。其扭矩传递通道为：与动力源相连接的轴1通过其上的轴向键7将扭矩传递给轴2，其轴向位移则通过轴向键7与轴2的键套内滑动吸收，由于轴1的轴端与轴2的键套内有间隙而没有轴向接触，因此，轴向压力不影响受扭部分变形。

联合弹性贯通轴的轴向压力传递通道为：与动力源相连接的轴1通过其轴肩24、向力推力轴承21的内圈3、滚球5、轴承21的外圈6、外套4、向力推力轴承22的外圈11、滚珠10、轴承22的外圈9、轴2的轴肩28和轴2构成轴向压力传递通道。

本实用新型的旋转轴三参数复合传感器的扭矩测量是以联合弹性贯通轴的轴1为弹性体，以两个向心推力轴承21、22为支承元件，以附着在轴1上的应变桥17为敏感元件，在轴1的右端装有一个功率环形变压器，该变压器是由高导磁率软磁合金铁芯与静环初级线圈15和动环次级线圈14组成的带有间隙的闭环磁路装置，其功能是以电磁感应的方式无接触传递电能量，是本传感器的能源传递部件。在轴1的左端装有一个信号环形变压器，该变压器是由动环初级线圈9与静环次级线圈8组成的带有间隙的空心闭环磁路装置，其功能也是以电磁感应的方式无接触地传递数字信号，是本传感器的信号输出单元。

动环线圈14和9均固定在联合弹性贯通轴上，静环线圈15和8均固定在外套4的内壁上，附着在贯通轴上的电路板上设置着整流，稳压、放大、电压／频率转换（v／f），输出等电路。下面简述各电路工作原理：附着在传感器外壳上方部件5中的信号发生电路产生的交流功率信号，通过静环线圈15感应耦合到动环线圈14中，经整流电路成为直流电压，经过两级稳压电路后成为高稳定度的直流电源。该直流电源一方面供给应变桥工作，另一方面供给放大，电压－频率转换及信号输出电路工作。

贴在轴1上的应变片电桥17，随着轴1因为扭矩而产生的应变力的作用，各桥臂的电阻值相应产生变化，电桥输出与扭矩成线性的毫伏（mv）级电信号，该信号被比例放大器放大为数百mv的直流信号，在电压－频率转换电路中被换成与扭矩成正比的频率交流信号，该信号通过信号输出电路送到轴上动环线圈9，经过电磁感应无接触地耦合到静环线圈8上经过部件5中的放大整形电路处理后，就变成了与轴上v／f电路中频率完全相等的数字信号了。从而完成了扭矩－数字的测量及无接触传递的过程。

本复合传感器的轴向压力的测量是将传递轴向压力的传感器外套4作为筒状弹性体，在外套4的对称位置上各贴上由垂直、水平两组共4片应变片组成的一个变应桥12，因为外套是静止不转的，可直接给应变桥提供桥电压也直接从桥上取得测量信号，将该测量信号就近送进传感器上部的信号处理部件5中经过调零放大可得到与轴向力成正比的0－5v的电压信号，该信号经过校正就可以得出轴向压力值。

转速测量是在联合弹性贯能轴的轴1上安装上带有若干条（一般为60的整倍数）窄缝的测速园轮19，在传感器的外套4上放置一个槽形光电开关架16，光电开关架是由一个发光二极管25和一个光敏三级管26组成，当发光管25的光线通过窄缝时在光敏管26上就产生一个高电平，光被挡住时就为低电平，若测速轮19旋转时在光敏管26上就产生一串脉冲信号，该信号经过计数处理后就测出了轴旋转的每分钟转速值。

本实用新型具有如下优点：

在对于既存在着压力又存在着转矩的场合，使用本实用新型的结构，就可以有效地独立检测出扭矩、压力、转速量值而互不干扰。

Claims (4)

1、一种旋转轴三参数复合传感器，以贯通轴为弹性体，以轴承为支承元件，以附着在轴上的应变桥为敏感元件，其特征在于所说的贯通轴为带有传递扭矩和传递轴向压力两条通道的联合弹性贯通轴，该贯通轴由带键的轴(1)、带键套的轴(2)和外套(4)组成，轴(1)和轴(2)通过轴向键(7)联接在一起，轴(1)的带键轴端与轴(2)的键套之间有使二者没有轴向接触的间隙(23)，轴(1)的轴肩和轴(2)的轴肩分别安装在两个向心推力轴承(21)和(22)的内圈(3)和(9)中，向心推力轴承(21)、(22)的外圈(6)和(11)分别安装在外套(4)的两端内。

2、如权利要求1所述的传感器，其特征在于扭矩测量是以轴（1）为弹性体，以两个向心推力轴承（21）、（22）为支承元件，以附着在轴（1）上的应变桥（17）为敏感器元件，在轴（1）的右端装有一个功率环形变压器，该变压器是由高导磁率软磁合金铁芯与静环初级线圈（15）和动环次级线圈（14）组成的带有间隙的闭环磁路装置，在轴（1）的左端装有一个信号环形变压器，该变压器是由动环初级线圈（9）与静环次级线圈（8）组成的带有间隙的空心闭环磁路装置，动环线圈（14）和（9）均固定在轴（1）上，静环线圈（15）和（8）均固定在外套（4）的内壁上。

3、如权利要求1所述的传感器，其特征在于轴向压力的测量是将传递轴向压力的外套（4）作为筒状弹性体，在外套（4）的对称位置上各贴上由垂直和水平两组应变片组成的一个应变桥（12）。

4、如权利要求1、2、3所述的传感器，其特征在于在所说的轴（1）上安装上带有多条窄缝的测速园轮（19），在外套（4）上放置一个槽形光电开关架（16），光电开关架（16）是由一个发光二级管（25）和一个光敏三根管（26）组成。

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