TWI252911B - Transducer and senor for measuring a shaft dynamic behavior - Google Patents

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TWI252911B
TWI252911B TW092126467A TW92126467A TWI252911B TW I252911 B TWI252911 B TW I252911B TW 092126467 A TW092126467 A TW 092126467A TW 92126467 A TW92126467 A TW 92126467A TW I252911 B TWI252911 B TW I252911B
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Jing Yuan
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Description

1252911 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種轉換器，且更特別的，係有關於一 種用以測量一軸動態性能之轉換器，該轉換器具有同心構 件，且將一弧形感測器構件支承在同心構件之間。 【先前技術】 已知有多種之應變測量裝置。於已知裝置之中，均為雙 橫樑感測構件，該構件包括由平行間隔開之橫樑構件所整 體地連接之間隔端壁構件，橫樑構件均僅在一方向中為相 當可橈或折曲的。端壁之一係通常被裝附至一支承結構， 且另一端壁則被操作地或直接地裝附至一軸。 另一已知之裝置在一軸構件與一載荷感測器裝置之間提 供一懸臂式連結。連結之懸臂式本質，增加該裝置之寬度 或厚度，因而增加容納該裝置所需的空間。 此技術之代表係為頒與E d d e n s之美國專利第4，8 9 9，5 9 9 號（1 9 9 0年），其揭示一種應變感測器裝置，用以測量在一 網狀物或股絞構件上之張力，包含一框架構件，自框架構 件延伸且具有被安裝於其上之網狀物或股絞結合構件的一 軸構件，應變感測器裝置支承一部份的軸在框架構件上。 習知技術轉換器均非小型，且不能被使用為一系統滑輪 的一整合部件。 所需要的是一種轉換器，包含同心且同平面之構件，且 該構件支承一被裝設在該構件之間的弧形感測器構件。所 需要的是一種轉換器，其可被含在一滑輪内。所需要的是 5 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 1252911 一種轉換器，包括同心且同平面之構件’且該構 被裝設在該構件之間的弧形感測器構件，並具有 調整特徵。本發明可滿足這些需求。 【發明内容】 本發明之主要態樣係提供一轉換器，包括同心 之構件，且該構件支承一被裝設在該構件之間的 器構件。 本發明之另一態樣係提供一轉換器，其可被含 内。 本發明之另一態樣係提供一轉換器，包括同心 之構件，且該構件支承一被裝設在該構件之間的 器構件，並具有載荷自動調整特徵。 由下述之本發明與所附圖式之說明，將指出或 明之其他態樣。 本發明包含一轉換器，用以偵測一軸動態性能 包括一被支承在一内部構件與一外部構件之間的 器構件。至少一應變傳感器被裝附至弧形感測器 上，以偵測由軸動態性能所導致之表面應變。内 外部構件、及弧形感測器構件均實質上為共平面 件包含一用以裝附轉換器至安裝表面的機構。内 可包含自動調整特徵，以最佳化感測器靈敏性。 【實施方式】 圖1係一轉換器之立體圖。轉換器係相當小型 用在一滑輪中，以測量一軸載荷或軸動態性能。 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 件支承一 載荷自動 且同平面 弧形感測 在一滑輪 且同平面 弧形感測 明白本發 。轉換器 弧形感測 的一表面 部構件、 。内部構 部構件亦 且可被使 此係包括 6 1252911 測量輪轂載荷（h u b 1 〇 a d )及由此之皮帶張力。輪轂載荷係由 一皮帶驅動系統中的皮帶張力所施加至滑輪及其之軸的載 荷。轉換器亦可被使用以測量一軸變化。 轉換器1 0 0 —般包含一弧形内部構件或輪轂環1 0 1、感 測器環 1 0 2、及弧形外部構件或外部環 1 0 3。輪轂環 101 包含一内孔 1 0 4，其作為用以附接轉換器至一安裝表面的 機構。諸如一螺栓之緊固件通過内孔1 〇 4結合輪轂環1 0 1， 以連接轉換器至一安裝表面。輪轂環1 〇 1係相當堅硬，使 提供連接轉換器至安裝表面之牢固機構。輪轂環1 〇 1亦可 包含一整體軸，用以附接輪轂環至安裝表面。輪轂環 1 〇 1 被連接部位或構件1 0 8連接至感測器環1 0 2。 感測器環1 0 2被連接在輪轂環1 0 1與外部環1 0 3之間。 感測器環1 0 2具有弧形形狀，與輪轂環1 0 1及外部環1 0 3 之弧形形狀同心地配合。在輪轂環、感測器環、及外部環 之間的同心關係，允許本發明之轉換器具有最小之直徑， 使可較佳的使用在諸如一滑輪中的限制區域中。 槽孔5 1 0被裝設在感測器環1 0 2與外部環1 0 3之間。槽 孔5 1 1被裝設在感測器環1 0 2與内部環1 0 1之間。在載荷 下，感測器環1 0 2變形成為伸長或橢圓形狀，如示於圖3， 在方向 A-A中具有一長軸且在方向B-B中具有一短軸。槽 孔5 1 1之寬度係由當在載荷下時，感測器環1 0 2於方向B - B 中所需的總變形決定。槽孔5 1 1之寬度亦為感測器環1 0 2 的厚度T之函數。厚度T係由感測器環所顯露之動態條件 所決定。 7 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 1252911 如圖3所示，至少一應變傳感器被附接至感測器環。向 量6 0 0代表一輪轂載荷力向量。在施加輪轂載荷至輪轂環 時，感測器環1 〇 2係充份地可撓，導致在一應變傳感器位 置處實現表面應變。感測器環1 〇 2經由弧形連接構件1 5 2 被連接至外部環1 〇 3及部位1 0 7。部位1 0 7與連接構件1 0 8 均被裝設在感測器環1 〇 2的相對侧上。於構件5 1 2處連接 感測器環1 0 2至外部環1 0 3，強化感測器環1 0 2之變形， 且因而當遭受沿著軸線A-A的輪轂載荷力60 0時，強化在 感測器環1 0 2中的表面應變。雖然向量6 0 0被顯示為具有 一特定方向，轉換器可偵測具有在任何方向中之向量的載 荷。當然，依據在向量6 0 0與相關的應變傳感器位置之間 的空間關係，會影響整體靈敏性。 當轉換器係在載荷下時，每一構件5 1 2關連於感測器環 1 0 2而局部地變形。構件5 1 2具有預定之彈性率，該彈性 率係為轉換器產生之動態載荷的函數，精確言之，係感測 器環1 0 2所產生。預定之彈性率則決定每一構件5 1 2的弧 形形式。 必須注意，於作業期間，感測器環1 0 2會持續地遭受震 動及周期性載荷。此會施加應力在感測器環1 〇 2與外部環 1 0 3之間的連接處。因而，構件5 1 2之弧形形式可經由分 佈及分散、因而減少在感測器環1 〇 2與外部環1 0 3之間的 連接處之應力上昇，強化轉換器之操作壽命。如此，將連 接處之應力上昇所導致的潛在疲勞裂缝減至最小。 在外部環1 0 3中的開口 1 0 5、1 0 6均被使用以協助安裝應 8 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 1252911 變傳感器3 Ο 1與3 Ο 4在感測器環1 Ο 2上，如示於圖3。 托架5 0 0可被使用以承接一應變傳感器信號調節器。托 架5 0 0被裝附至外部環1 0 3。托架亦可被形成或鑄造為外 部環 1 0 3的一整合部件。 外部環1 0 3提供結構強度給該裝置，亦提供用以結合轉 換器至一軸承與滑輪的機構。外部環1 〇 3被壓入配合至一 滑輪軸承内，該軸承依次結合一滑輪以使結合一皮帶。外 部環1 0 3係充份地堅硬，以在一皮帶驅動系統中允許滑輪 繞著轉換器之旋轉作業。 輪轂環1 〇 1、感測器環1 〇 2、及外部環1 0 3均實質上為同 平面的。精確言之，每一環係同心地互相安置。同心地安 置該環。可使本發明裝置之厚度減至最小，因而允許使用 轉換器在例如為設備空間極為有限之既存車輛前端附件驅 動器中的滑輪中。本發明之轉換器可被使用以替代在一皮 帶驅動系統中的既存滑輪，因而，允許對既存系統之器具 安裝配合僅有小的或無任何修正。轉換器亦可被使用在張 力裝置滑輪與張力裝置滑輪軸上的張力裝置臂之間的張力 裝置中，使測量一軸動態性能或張力裝置臂動態性能。 在一較佳具體例中，本發明之轉換器可由諸如金屬之單 件材料機製。依據轉換器產生之載荷，該裝置亦可由諸如 塑膠或陶瓷的合適材料鑄造。 在另一具體例中，如示於圖4 A，其可包括由黏劑或螺釘 所接合之三件構件，即為，輪轂環、感測器環、及外部環。 在一具體例中，輪轂環與外部環包括陶瓷材料，且感測器 9 312/發明說明書(補件)/9242/92126467 1252911 環包括金屬材料。在另一具體例中，在一特別低載荷應用 中，輪轂環與外部環係包括塑膠材料。塑膠僅需具有充分 之模數（modulus)，且對所安裝之引擎的操作溫度具有充份 之抗性。 在又另一具體例中，感測器環與外部環包括單一機製 件，輪轂環經由螺釘或黏劑而裝附至感測器環。在此具體 例中，感測器環與外部環可包括金屬材料，且輪轂環包括 陶瓷材料。在一特別低載荷之應用中，輪轂環亦可包括塑 膠材料。塑膠僅需具有充份之模數，且對所安裝之引擎的 操作溫度具有充份之抗性。 圖2係轉換器之立體圖。轉換器1 0 0被顯示含在一滑輪 2 0 0内。一軸承或多數軸承2 0 5被壓入在外部環1 0 3的外 侧上，使佔據在外部環1 0 3與滑輪2 0 0之間的環狀空間。 托架5 0 0係以緊固件5 0 1、5 0 2裝附至轉換器1 0 0。 圖3係轉換器感測器環之平面圖。感測器環102被顯示 具有以全橋式（full bridge)組態安裝之應變傳感器 301、 3 0 2、3 0 3、3 0 4。如此，應變傳感器均由導線 4 0 1、4 02、 4〇3、404所連接。導線402與403被布線至托架500，用 以連接至工具引線。應變傳感器3 0 1與3 0 4可經由開口 1 0 5 與1 0 6被裝附至感測器環1 0 2。應變傳感器均被定向使得 力向量轴線A - A係垂直於應變傳感器之間的假想線B - B。 圖 4A係轉換器之平面圖。此係為使用於此文中說明的 分離之輪轂環1 〇卜感測器環1 〇 2與外部環1 0 3的具體例。 使用螺釘2 0 3與2 0 4將感測器環1 0 2緊固至外部環1 0 3。 10 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 1252911 使用螺釘2 Ο 1與2 Ο 2將輪轂環1 Ο 1緊固至感測器環1 Ο 2。 用以緊固環之其他緊固方法包括熔接、黏劑、鉚接、或其 他合適之習知技術方法。螺釘2 Ο 1、2 0 2、2 0 3、2 0 4均被顯 示相關於輪轂載荷軸線A - Α定向。 圖4B係於圖 4A之線4B-4B處的橫剖面圖。所示之螺釘 2 Ο 1與2 0 4係連接感測器環 1 0 2至外部環 1 0 3。托架 5 0 0 如前所述的提供一機構以連接應變傳感器導線至工具引 線。 圖4C係圖4B之線4C-4C處的側視圖。螺釘2 0 3與204 均被顯示連接外部環1 〇 3至感測器環1 0 2。 圖5係轉換器之立體分解圖。軸承2 0 5被壓在轉換器1 0 0 的外部環1 0 3上。滑輪2 0 0被壓至軸承2 0 5上。 圖6係自動調整部位的局部平面圖。為使將轉換器之靈 敏性最佳化。感測器環需要被裝設至輪轂向量 6 0 0，使得 向量6 0 0對準軸線A - A，因而對準應變傳感器與軸線B - B， 如示於圖3。此可使用自動調整構件7 0 0達成。 更特別的，一偏心自動調整構件7 〇 〇被裝設在内部環内 孑L 1 0 4中。用以示例但非為限制之方式，偏心構件7 0 0被 壓入配合在内孔1 0 4内。亦必須注意，構件7 0 0可僅包含 弧形内部構件 1 0 1之整體部件，即為，弧形内部構件 1 0 1 包含具有不與轉換器幾何中心對準之中心7 0 5的内孔7 0 1。 偏心構件7 0 0包含一内孔7 0 1。内孔7 0 1之中心7 0 5係 以自一偏心構件幾何中心7 0 4的距離偏心地裝設。偏心構 件幾何中心7 04亦與轉換器幾何中心及感測器環幾何中心 11 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 1252911 一致。軸承7 Ο 2被壓入内孔7 Ο 1内。諸如為一螺栓 構件703突出通過，且裝附軸承702及因而之轉換 安裝表面（未示於圖）。經由軸承702之動作，轉換 著緊固構件7 0 3而自由地旋轉。 在一示範情況中，一輪轂向量6 0 0被顯示作用在 上。輪轂載荷係由具有一張力之皮帶Β Τ所導致。 組態中，向量 6 0 0被初始地以一距離（D)自内孔中 橫向地偏置。立即地，在施加輪轂載荷6 0 0後，構 之自動調整特色被操作以妥適地校準轉換器。更特 距離（D)係作用為一槓桿臂，導致一轉矩被施加至偏 700。轉矩導致偏心構件700及因而之轉換器100與 環1 0 2繞著軸承7 0 2旋轉，直到向量6 0 0對準中心 止，因而消除了自動調整轉矩及回復均衡。此一自 作業的方式，係無關於向量6 0 0之方向而應用。 圖7係自動調整部位之局部平面圖。向量6 0 0係 内孔中心7 0 5。此一定向造成應變傳感器3 0 1、3 0 2 3 0 4在最佳感測位置的結果，即為，如圖3所示， 線 Β-Β 〇 必須注意，不論是否具有如圖6與7所示之自動 件 7 0 0，轉換器均可操作。依據所需求之供轉換器 敏性，使用自動調整構件 7 0 0。此亦部份地依據在 間之向量6 0 0的運動範圍而定。轉換器之靈敏性係 感器與載荷向量6 0 0對準之作用。例如，如果本發 換器係與具有供向量6 0 0用之狹窄方向範圍的惰輪 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 之緊固 器至一 器可繞 轉換器 在示範 心 705 件 700 別的， 心構件 感測器 70 5為 動調整 被對準 、3 0 3、 對齊軸 調整構 用的靈 作業期 應變傳 明之轉 一起使 12 1252911 用，對自動調整構件的需要則較不重要。可選擇的，在轉 換器係被使用於具有由於張力裝置臂運動而導致的相當大 運動範圍之張力裝置上時，使用自動調整構件，會有利地 維持供轉換器用之所需的靈敏性。 雖然已於此說明本發明之型式，但在不離開本發明於此 說明之精神與範疇下，很清楚的，習於本技藝者可在構造 及部件關係中製成多種變化。 【圖式簡單說明】 與詳細說明配合且形成一部份之詳細說明的所附圖式， 顯示本發明之較佳具體例，且與詳細說明一起作用以解釋 本發明之原理。 圖1係轉換器之立體圖。 圖2係轉換器之立體圖。 圖3係轉換器感測器環之平面圖。 圖4A係轉換器之平面圖。 圖4 B係沿圖4 A之線B - B取得之橫剖面圖。 圖4 C係沿圖4 B之線4 C - 4 C取得之側視圖。 圖5係轉換器之立體分解圖。 圖6係自動調整部位之局部平面圖。 圖7係自動調整部位之局部平面圖。 (元件符號說明） 1 00 轉換器 101 輪轂環 1 02 感測器環 13 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 1252911 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 2 0 0 2 0 1 2 0 2 203 204 2 0 5 3 0 1 302 303 304 40 1 402 4 0 3 404 5 0 0 5 0 1 5 0 2 5 10 外部環 内孔 開口 開口 部位 連接部位 滑輪 螺釘
螺釘 螺釘 螺釘 軸承
應變傳感器 應變傳感器 應變傳感器 應變傳感器 導線 導線 導線 導線 托架 緊固件 緊固件 槽孑L 14 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 1252911
5 11 槽 孔 5 12 弧 形 連 接 構 件 600 向 量 700 白 動 調 整 構 件 70 1 内 孔 702 軸 承 703 緊 固 構 件 704 偏 心 構 件 幾 何中心 705 内 孔 中 心 A-A 方 向 B-B 方 向 T 厚 度 D 距 離 BT 皮 帶 312/發明說明書(補件)/92-12/92126467 15

Claims (1)

1252911 94· 8. 2 2 替換本 拾、申請專利祐圍· 1 . 一種測量軸動態性能用之轉換器，包含： 一外部構件； 一内部構件； 一弧形感測器構件，用以感測應變； 弧形感測器構件被支承在外部構件與内部構件之間；且 外部構件與内部構件為共平面。
2 .如申請專利範圍第 1項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，進一步包括： 至少一被裴設在弧形感測器構件的一表面上之應變傳感 器。 3 .如申請專利範圍第 1項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，弧形感測器構件與外部構件及内部構件為共平 面 〇
4 .如申請專利範圍第1項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，内部構件具有用以連接内部構件至一安裝表面 的機構。 5 .如申請專利範圍第1項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，外部構件與内部構件為同心。 6 . —種測量軸動態性能用之轉換器，包含： 一外部構件； 一内部構件； 一弧形感測器構件，用以感測應變； 弧形感測器構件被裝設在外部構件與内部構件之間， 16 326\總檔\92\92 ] 26467\92126467(替換)-1 1252911 至少一被裝設在弧形感測器構件的一表面上之應變傳感 器；且 外部構件與内部構件為共平面。 7 .如申請專利範圍第 6項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，弧形感測器構件與外部構件及内部構件為共平 面 〇 8 .如申請專利範圍第 6項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，内部構件具有用以連接内部構件至一安裝表面 的機構。 9 ·如申請專利範圍第 6項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，外部構件與内部構件為同心。 I 0 . —種測量軸動態性能用之轉換器，包含： 一外部構件； 一内部構件； 一弧形感測器構件，用以感測應變； 弧形感測器構件之第一位置處連接至外部構件，而第二 位置處連接至内部構件； 第一位置與第二位置實質上係被裝設在弧形感測器構件 的相對側上；且 外部構件與内部構件為共平面。 II .如申請專利範圍第1 0項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，進一步包含： 至少一被裝設在弧形感測器構件的一表面上之應變傳感 器。 17 326\總檔\92\92126467\92]26467(替換)-1 1252911 1 2 .如申請專利範圍第1 0項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，弧形感測器構件與外部構件及内部構件為共平 面 〇 1 3 .如申請專利範圍第1 0項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，内部構件具有一内孔。 1 4 .如申請專利範圍第1 0項之測量軸動態性能用之轉換 器，其中，外部構件與内部構件為同心。 1 5 . —種測量軸動態性能用之感測器，包含： 一弧形外部構件； 一弧形内部構件； 一弧形感測器構件，用以感測應變； 弧形感測器構件被連接在弧形外部構件與弧形内部構件 之間； 至少一被裝設在弧形感測器構件的一表面上之應變傳感 器；且 弧形外部構件與弧形内部構件為共平面。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形感測器構件與弧形外部構件及弧形内部構 件為共平面。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形内部構件具有一内孔。 1 8 .如申請專利範圍第1 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形外部構件與弧形内部構件為同心。 1 9 .如申請專利範圍第1 5項之測量軸動態性能用之感測 18 32 6\總檔\92\92126467\92126467(替換)-1 1252911 器，其中，進一步包含一在弧形感測器環與弧形外部環之 間的弧形連接構件。 2 0 . —種測量軸動態性能用之感測器，包含： 一弧形外部構件； 一弧形内部構件； 一弧形感測器構件，用以感測應變； 弧形感測器構件被連接在弧形外部構件與弧形内部構件 之間，一弧形連接構件連接弧形感測器環與弧形外部環； 且 弧形外部構件與弧形内部構件為共平面。 2 1 .如申請專利範圍第2 0項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，進一步包含： 至少一被裝設在弧形感測器構件的一表面上之應變傳感 器。 2 2 .如申請專利範圍第2 0項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形感測器構件與弧形外部構件及弧形内部構 件為共平面。 2 3 .如申請專利範圍第2 0項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形内部構件具有一内孔。 2 4.如申請專利範圍第2 0項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形外部構件與弧形内部構件為同心。 2 5 . —種測量軸動態性能用之感測器，包含： 一弧形外部構件； 一弧形内部構件； 19 326\總檔\92\92126467\92126467(替換)-1 1252911 一弧形感測器構件，用以感測應變； 弧形感測器構件被連接在弧形外部構件與弧形内部構件 之間； 至少一被裝設在弧形感測器構件的一表面上之應變傳感 · 口口 J 弧形外部構件與弧形内部構件為共平面；且 弧形内部構件包含一自感測器中心偏置之内孔，感測器 因而可繞著感測器中心偏心地旋轉。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形感測器構件與弧形外部構件及弧形内部構 件為共平面。 2 7 .如申請專利範圍第2 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形内部構件具有一内孔。 2 8 .如申請專利範圍第2 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，弧形外部構件與弧形内部構件為同心。 2 9 .如申請專利範圍第2 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，進一步包括一在弧形感測器環與弧形外部環之 間的弧形連接構件。 3 0 .如申請專利範圍第2 5項之測量軸動態性能用之感測 器，其中，進一步包含一軸承，被裝設在用以結合一緊固 件之偏置内孔中。 20 326\總檔\92\92126467\92126467(替換)-1
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