CN88211745U

CN88211745U - 立式组合梁应变式扭矩传感器

Info

Publication number: CN88211745U
Application number: CN 88211745
Authority: CN
Inventors: 陈刚
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 1988-05-07
Filing date: 1988-05-07
Publication date: 1988-12-21

Abstract

立式组合梁应变式扭矩传感器，属传感器技术领域。该传感器装在立式传动装置的壳体与基座之间，传感器具有一个由多个双连孔梁组成的筒形应变筒，梁上粘贴应变片，通过测量应变筒变形测量扭矩。该传感器不随被测传动装置转动，消除了磨损件，易于接入电源和引出信号，构造简单，价格低廉，性能稳定可靠，适于阀门电动头等立式传动装置的扭矩测试，也可用于某些卧式传动的扭矩测试。

Description

本发明为一种立式组合梁应变式扭矩传感器，属传感器技术领域。

在科研和生产实践中，对传动机械的效率、扭矩测定已有许多方法：应变式，相位差式，闪光、电力测功器等。这些测功装置的共同点是它们都是直接测定传动装置轴的功率、扭矩等参数，而且这些传动装置多是卧式的。图1为常用的测试原理图。电动机1通过与之一起旋转的扭矩传感器5带动被测的传动装置4，传动装置的输出轴再通过一个扭矩传感器带动负荷3。但在实际使用中有许多传动装置是立式的，若用常规方法测试则有许多不便之处。例如，热电厂、化工厂等大量使用着阀门电动装置，这些装置多是立式传动的。在生产阀门电动头的工厂中，产品出厂前需对其控制力矩作测试检验。在使用工厂中，在大修期也必需对电动装置的控制力矩进行校验。在化工厂中，有时在生产过程中也需要测试反应釜的扭矩，以确定反应物粘度，从而控制化工产品的质量。这种立式传动装置若采用常规的测试方法，势必使高度很大，构造上难以布置；而且由于传感器随传动轴一起旋转，使信号的取出增加了困难，需采用复杂的集电环或无线发射和接收装置，不仅价高，而且降低了可靠性。本发明的目的，主要在于克服传统扭矩传感器的上述缺点，特别是用于立式传动测试时的缺点，开发一种简单方便而又准确的立式扭矩传感器，以满足科研和生产的需要。

本发明的立式组合梁应变式扭矩传感器，是一种新型应变式扭矩传感器。与已有的应变式传感器相比，具有以下的技术特征：应变片不是粘贴在转动轴上而是粘贴在装于基座上的筒形组合梁上。因传感器不再随轴旋转，因而无需集电环等即可方便地将电源接入和引出测试信号。显然，这种新型的组合梁式扭矩传感器，消除了磨损件，使用寿命长，性能稳定，可满足各种立式传动装置的扭矩测试要求，也可用于卧式传动装置的扭矩测试。

图1是传统的传动扭矩测试原理图；

图2是用本发明进行立式传动扭矩测试的几种测试情况示意图；

图3是立式组合梁应变式扭矩传感器的结构简图；

图4是应变筒结构简图；

图5是应变筒中部展开图；

图6是双连孔梁受力变形图；

图7是电阻应变片组成的桥路图。

由图2所示的测试原理可知，本发明的扭矩传感器是通过测试基座对传动装置的支反力矩来测量扭矩的。图2中1为电动机，3为负载，减速装置4的输入或输出扭矩通过立式组合梁式扭矩传感器2传到基座上。测得该传感器在扭矩作用下的变形，即可得到扭矩的大小。

图3给出了立式组合梁应变式扭矩传感器的一种构造，它由下法兰1，上法兰4，应变筒2，防护套3，插座5和连接件等组成。应变筒也可以和上下法兰的一个或二个做成一体。图4为应变筒的结构示意图。图5为其中间部份的展开图。它的形状是在一个筒形构件中部沿圆周均布地挖空几处（如图中所示的4处），因而在中部只留下几个均布的实体梁组成的组合梁。应变筒上的电阻应变片信号可通过防护套3内的电线引到插座5上，再由插头接入电阻应变仪。应变筒是根据双连孔梁原理进行设计的。图6为一个双连孔梁受力后的变形图，其应变为：

ε＝ (6Pl)/(bh²E) …… （1）

式中P＝ 1/2 F……为载荷。

h＝ 1/2 H－r 为贴应变片部位梁的厚度。

r——圆孔半径

E——材料的弹性模数

b——为梁的厚度

l——孔中心距的二分之一

双连孔梁的计算方法是将梁筒化成单悬臂梁，将载荷F平均分配在每根梁上进行计算的。如果有多个双连孔梁组成的组合梁，假定梁数为n，若能将载荷F平均地分配在每根梁上进行计算，则对沿圆周分布的n个组合梁也应成立。

如图4和图5所示的由4根梁组成的组合梁，其A－A剖面处为矩形断面，当应变筒受到外力矩M作用时，应变筒存在反力矩M。

M＝F·R

式中R——为圆筒平均半径

F——作用于半径处的圆周力

则圆周力F平均分配在四根梁上，由此根据（1）式

ε＝ (σR_l)/(bh²E)

得

h = \sqrt{\frac{{σP}_{l}}{bε}}

式中σ－为许用应力（kgf／cm²）

l——为梁的长度，即两双连孔中心距的一半

P＝ (F)/4 为每根梁的载荷

b——梁的宽度

h——梁的厚度

应变筒上的电阻应变片布置情况可由图5看出，电阻应变片分别贴在梁的最薄部位的两侧。当应变筒受扭矩M作用时，每一根梁受到圆周力F的弯矩作用。电阻应变片组成桥路如图7所示。

图7为全桥四臂工作，输出灵敏度提高4倍，即仪器读数A＝4ε。同时当圆筒受到轴向力T作用时对每个电阻应片都受到轴向同符号应变ε_T的作用，电桥不会有ε_T信号的输出，即轴向应变ε_T可自动补偿。同样，如果应变筒受到径向力的作用，因为电阻片正好粘贴在梁的中性层上，对径向载荷也不会引起附加应变输出。所以这种传感器结构，只对扭矩M有读数而对其它任何力分量都不会产生效应，从而保证了传感器的精度。

发明者已完成如下的实施例：应变筒内径d＝64，外径D＝110，l＝10，h＝8，M＝50kgfm，平均半径R＝43.5，b＝23，E＝21×10⁶kgf／cm²。

则圆周力F＝ (M)/(R) ＝ 5000/4.35 ＝1149kgf

单根梁所受力P＝ (F)/4 ≈287.3kgf

应变ε＝ (σR_l)/(bh²E) ＝557.6με

由于全桥接法，故仪器读数A为提高4倍的ε。

即A＝4ε＝2230.6με

故其灵敏系数K＝ (2230.6με)/50 ＝44.63με／kgf.m

测试结果如下表：

加载力矩（kgf·m)	5	10	20	30	40	50
							仪器读数（με）	206.7	415.1	830.0	124.4	1660	2074
标准系数（με／kgf·m)	41.37	41.51	41.50	41.74	41.99	41.48

实测数据与理论计算基本吻合。

综上所述，本发明克服了传统应变式扭矩传感器的缺点，可装在不转动的基座上完成测试，省却了磨损件，简化了电源引入和信号取出的构造，性能稳定可靠，价格可明显降低，可以应用在传统应变式扭矩传感器所不适于应用的立式传动扭矩测量的场合，也可以应用于某些卧式传动扭矩测试的场合，因而具有较大的经济意义。

Claims

1、一种立式组合梁应变式扭矩传感器，由下法兰1、上法兰4、应变筒2、防护套3、插座5和连接件组成。其技术特征是，所说的应变筒是一个由多个双连孔梁沿圆周均布组成的筒形组合梁，在每根梁的最薄断面两侧对称粘贴电阻应变片，将电阻应变片连接组成全桥电路进行工作。所说的上下法兰分别与待测传动装置壳体和基座相连接，上下法兰之间固定着应变筒，通过测量应变筒变形，测量传动装置的扭矩。

2、一种如权利要求1所述的立式组合梁应变式扭矩传感器，其技术特征是，所述的应变筒由4个双连孔梁组成，所述的由电阻应变片连接组成的全桥电路为全桥四臂电路，每一臂由2个电阻应变片串联组成。