CN2220065Y - 智能联轴器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种具有测量功能的智能联轴器，属机电仪表领域。本智能联轴器由带键槽(8)的键套(6)和外壳(14)组成。键套(6)的一端与动力轴(1)相联接，另一端与负载轴(3)相联接。键套(6)外圆上贴有由四片应变片组成的应变桥(9)。通过安装在键套(6)两端的环形功率变压器和空心环形变压器及光电测速装置，本实用新型在传递旋转动力的同时检测该系统的转速、转矩或温度、振动等参数。

Description

智能联轴器

本实用新型为一种具有测量功能的联轴器、属机电仪表领域，用于在传递旋转动力的同时检测该系统的转矩、温度、振动、转速等参数。

用传统的方式将旋转动力源1(如电机、内燃机等)的动力传递给负载3时，两者之间必须串接一组联轴器2，形成动力1—联轴器2—负载3的三位一体的最佳动力传递系统。该联轴器一般不具备测量功能。如需检测动力传递系统中的转矩、温度、振动、转速等参数时，通常需在电机动力1与负载3之间串接一台贯通轴转矩转速传感器4，或温度、振动传感器，并需两组联轴器2将动力1、传感器4、负载3轴向串接，形成动力1—联轴器2—传感器4—联轴器2—负载3的五位一体动力传递系统，该系统无论系统稳定性、传递效率等传递参数都不如三位一体的系统好。造成了虽增加了测量功能却牺牲了机械传递性能的后果。

另外，五位一体方式还有两大弱点：

其一，在部分传递系统中，除了转矩力之外还存在着轴向压力，该轴向压力使转矩传感器的贯通应变轴产生轴向与径向形变，该形变产生的信号干扰转矩测量的准确性。

其二，由于五位一体轴向长度增大，加上两组联轴器与转矩传感器本身的重力势必产生一定的弯矩，加之五位一体使联接同心度不易保证，也增大了弯矩，弯矩是对转矩测量的又一干扰源。

CN2081526U专利申请说明书中给出一种联轴节式转矩转速传感器(90215097.9)，但该传感器最大的不足是应变桥的工作电源与微弱的(mV级)检测信号的传递是靠有摩擦损耗的集流环实现的。集流环易使应变桥电压稳定性变差及引入干扰信号，更易使本来就微弱的mV级测量信号增加传输损耗及误差，而降低精度加上集流环不宜长期(摩损)或高转速(发热)运行，因此该传感器只能适用于低转速、短时间运行。

本实用新型的目的是提供一种智能联轴器，该联轴器在不牺牲动力传递系统的稳定性等参数的前提下，同时测量动力传递系统的转矩、转速等参数。

本实用新型提供的智能联轴器是这样实现的：

本实用新型是将传统的扭矩传感器中必不可少的贯通弹性轴改为管状联轴器，该管状联轴器是由带平键槽或花键槽的键套6和外壳14组成，该键套的两端分别与动力轴1，负载轴3相配合，通过平键或花键的作用传递旋转动力。在键套内孔中部设置了一段退刀槽，在传递动力时，该退刀槽对应的管壁上由于扭矩力的作用而产生应力形变，将该部位作为扭矩测量部位，在该部位的外园上贴上由四片应变片组成的应变桥9，则可以测量出该键套由于受扭力作用时的(mV级)应变信号，经过键套上附带电路处理后变成频率信号，并传递出联轴节之外部，由二次仪表显示，该扭力检测部分的应变桥工作电源及键套上同步旋转的电路的工作电源，皆出一组环形功率变压器用无接触电磁感应的方式提供，与扭力成正比的频率信号则是由另一组信号环形变压器感应传递，该信号由二次仪表处理后就可显示出键套上产生的扭(转)矩值。

下面结合附图，对本实用新型进行详细描述：

图1是无检测功能的三位一体传递系统。

图2是串入具有检测功能的贯通轴式转矩传感器的五位一体传递系统。

图3是使用本实用新型的有检测功能的三位一体传递系统。

图4是本实用新型的键套及扭矩检测示意图。

图5是本实用新型结构示意图。

图6是本实用型的转速测量原理图。

图7是本实用新型的扭矩测量原理图。

图8是图4的AA剖视图。

本实用新型的智能联轴器为一管状的带键槽8的键套6和外壳14组成，键套6的一端与动力轴1相联接，另一端与负载轴3相联接，键槽8可以是平键槽也可以是花键槽。在键套6的内孔中部有一段退刀槽21，在与该退刀槽21部位相对应的外园上贴上由4片应变片组成的应变桥9，在键套6的两端部各安装一只向心轴承10，联轴器的外壳14固定在两只轴承的外圈上，在键套6的一端安装一个环形功率变压器，该变压器由高导磁率软磁合金铁芯与静环初级线圈12及动环次级线圈11组成的带有间隙的闭环磁路装置，其功能为传递电磁能量，是本实用新型中测量装置的能源传递部件。在键套6的另一端安装了一个由动环初级线圈18和静环次级线圈17组成的带间隙的空心环形变压器。其功能为传递数字信号，是本测量装置的信号输出部件。

动环线圈11和18均固定安装在键套6上，与键套整体旋转。安装在键套6上的还附有电路板13，在电路板13上设置有电源电路25、放大电路26、v/f(电压/频率)转换电路，信号输出电路27等。电源电路25与动环线圈11相连接，信号输出电路27与动环线圈18相连接。

静环初级线圈12和静环次级线圈17固定安装在外壳14上，外壳14保持不动。

在键套6上固定安装着一个园周上开着许多窄缝(60的倍数)的光电测速轮15，该轮15与键套6同步旋转，在外壳14上安装着带槽光电开关架16，光电开关架16是由发光管19和光敏管20组成，测速轮15的外园20放置在光电开关架16的槽内，光电测速轮15和光电开关架16组成了光电测建系统。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型是以键套6作为联轴器的主体，即键套6通过键将旋转动力传递给负载，同时键套6也是测量部分的弹性体，以两只轴承10为支承元件，以附在键套6测量部位的应变桥9为敏感元件，测量传递系统的转矩、转速等。如果有轴向压力存在时，则在安装时将动力轴与负载轴在键套6内直接接触或通过柱状垫块而间接接触，轴向压力就可由动力端直接传递至负载端而不干扰键套扭转形变。

本智能联轴器外部二次仪表28中设置一交流功率激磁电源，该功率电源通过环形变压的初级静环线圈12，无接触地耦合至次级动环线圈11中，再送至电路板13中的整流稳压电路中变成稳定直流电压，该电压一方面提供给应变桥工作，同时供电路板中所有电路作工作电源用。

贴在键套6上的应变桥9，检出键套6受扭时产生形变而得到的电信号Vi，该信号为mV级信号，将Vi送进放大电路26得到数千mV的直流信号，再由V/f电路转换成为与扭矩成正比的频率信号Vo，Vo通过动环线圈18耦合至静环17中，至此就完成了，静—动—动—静的能源，信号非接触变送环节，Vo通过二次仪表处理后就可以直接指示出键套受扭时的扭矩值。

本实用新型的转速测量原理如下：

本实用新型的光电测速系统由光电测速轮15和光电开关架16组成，当发光管19发出的光束被测速轮15挡着时，光敏管20输出高电位，当光束通过窄缝射到光敏管20时，光敏管20输出低电位。当键套6旋转时在光敏管20上输出一串方波脉冲信号，该脉冲信号的频率与转速成正比，该信号经二次仪表处理后就可以显示出转速值。

有了转矩信号和转速信号，通过二次仪表计算还可以得到该系统的机械功率等参数。

本实用新型提供的智能联轴节，解决了旋转传递系统参数测量与系统稳定的矛盾，解决了串入贯通轴转矩传感器时带来的弯矩，避开了干扰转矩测量的轴向压力，提供了一个可以长期高速运行的轴向联接装置。

本实用新型提供的智能联轴器，由于测量部分采用非接触传递能源及检测信号的方法，所以可以适用于长时间，高转速运行，因而更实用，应用面更广泛。

Claims (5)

1、一种用来将动力输出轴与负载输入轴联接在一起的智能联轴器，它包括电源电路(25)、放大电路(26)、电压/频率转换电路和信号输出电路(27)，其特征在于所说的联轴器由一管状的带键槽(8)的键套(6)和外壳(14)组成，键套(6)的一端与动力轴(1)相联接，另一端与负载轴(3)相联接，在键套(6)的内孔中部有一段退刀槽(21)，在与该退刀槽(21)部位相对应的外园上贴上由4片应变片组成的应变桥(9)，在键套(6)的两端部各安装一只轴承(10)，联轴器的外壳(14)固定在两只轴承(10)的外圈上，在键套(6)的一端安装一个由高导磁率软磁合金铁芯与静环初级线圈(12)及动环次级线圈(11)组成的带有间隙的环形功率变压器，在键套(6)的另一端安装一个由动环初级线圈(18)和静环次级线圈(17)组成的带间隙的空心环形变压器，所说的动环线圈(11)和(18)均固定安装在键套(6)上，静环线圈(12)和(17)固定安装在外壳(14)上。

2、如权利要求1所述的联轴器，其特征在于在键套(6)上安装有电路板(13)。

3、如权利要求1、2所述的联轴器，其特征在于键套(6)上固定安装着一个园周上开有许多窄缝的光电测速轮(15)，在外壳(14)上安装着带槽光电开关架(16)，光电开关架(16)由发光管(19)和光敏管(20)组成，测速轮(15)的外园(20)放置在光电开关架(16)的槽内。

4、如权利要求1、2所述的联轴器，其特征在于所说的键槽(8)为平键槽或花键槽。

5、如权利要求3所述的联轴器，其特征在于所说的键槽(8)为平键槽或花键槽。

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