TWI658260B - 扭矩量測方法 - Google Patents

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賈宏泰
謝順隆
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Abstract

一種扭矩量測方法，包含一前置步驟、一擬合步驟，及一量測步驟。在該前置步驟中，在一計算裝置中建立一傳動軸的幾何模型，並將一應變規設置於該傳動軸的一量測處上。在該擬合步驟中，透過該計算裝置找出該傳動軸的主應變及扭矩間的關係，並建立數學關係式。在該量測步驟中，該計算裝置透過數學關係式及該應變規所測得的主應變值計算出該傳動軸的扭矩值。透過該計算裝置預先建立幾何模型及模擬所，可適用於軸對稱或非軸對稱結構，而該應變規可直接線上量測主應變值，並透過無線模組即時傳送至該計算裝置上，從而可測得該傳動軸之扭矩值。

Description

扭矩量測方法
本發明是有關於一種扭矩量測方法，特別是指一種傳動軸的扭矩量測方法。
傳動軸是各種工業機具中常使用的轉動元件，在風扇、減速機、鼓風機或軋機內都可見其身影。傳動軸的運作往往是這類機具能維持正常功能與否的關鍵，因此需要量測掌握傳動軸的各種傳動參數，例如震動、轉速或扭矩等資訊。現時的扭矩檢測方式多需先將設被拆卸，再將傳動軸移出並裝設於測試平台上，再搭配扭力計測量分析，但此種方式不僅拆卸費工，且測得的結果往往與於產線上實際運轉時(以下簡稱線上)的情況有所落差。
若欲達到線上量測，一般會直接量測傳動軸表面的最大應變值，再透過工程力學理論計算出應力及扭矩，但工程力學的的理論公式僅能對應對稱的軸結構進行計算，而實際上許多傳動軸在使用時會開設鍵槽，使得該傳動軸成為非軸對稱結構而難以計算。
因此，本發明之目的，即在提供一種可線上測量不對稱軸結構的扭矩量測方法。
於是，本發明扭矩量測方法，適用於量測一傳動軸的扭矩值，並包含一前置步驟、一擬合步驟，及一量測步驟。
在該前置步驟中，在一計算裝置中建立該傳動軸的幾何模型，並將一應變規設置於該傳動軸的一量測處上。
在該擬合步驟中，透過該計算裝置上的一分析模組模擬該傳動軸在受力過程中的應變及應力分布，再將前述模擬結果對應該應變規所設置的量測處，找出該傳動軸的主應變及扭矩間的關係，並建立該量測處主應變與扭矩間的數學關係式。
在該量測步驟中，該應變規量測該傳動軸之量測處於負載下的主應變值，並將結果透過一無線模組傳送至該計算裝置上，該計算裝置透過數學關係式及該應變規所測得的主應變值計算出該傳動軸的扭矩值。
本發明之功效在於：透過該計算裝置預先建立幾何模型及模擬所建立的擬合方程式，可適用於軸對稱或非軸對稱結構，而該應變規可直接線上量測主應變值，並透過無線模組即時傳送至該計算裝置上，從而可測得該傳動軸之扭矩值。
參閱圖1，本發明扭矩量測方法之一實施例，包含一前置步驟11、一擬合步驟12，及一量測步驟13。在該前置步驟11中，在一計算裝置中建立一欲量測的傳動軸的數位幾何模型，並將一應變規設置於該傳動軸的一量測處上。在本實施例中，該計算裝置可以為個人電腦。
在該擬合步驟12中，透過該計算裝置上的一分析模組模擬該傳動軸在受力過程中的應變及應力分布，再將前述模擬結果對應該應變規所設置的量測處，找出該傳動軸在彈性變形範圍內，不同負載條件下的主應變及扭矩間的關係。接著建立應變量測處的主應變與扭矩間的數學關係式。在本實施例中，該分析模組為ANSYS軟體，且透過有限元素法進行前述計算及模擬。
在該量測步驟13中，以該應變規量測該傳動軸之量測處於負載下的主應變值，並將量測結果透過一無線模組傳送至該計算裝置上，接著該計算裝置透過該數學關係式及該應變規所測得的主應變值計算出該傳動軸的扭矩值。若要提升量測準確率，也可透過記錄器觀察應變值的變化，待其變化穩定時再進行紀錄，並以記錄的平均值作為該轉動軸在負載下的應變。在進行前述量測及計算時，該傳動軸仍在產線上運作，故可達到線上即時量測分析之功效，再者，透過有限元素法可對軸對稱或非軸對稱結構的傳動軸進行分析，故也可對應設有鍵槽、鍵座或其他特殊設計的傳動軸，泛用性高。
綜上所述，透過該計算裝置預先建立幾何模型及模擬所建立的擬合方程式，可適用於軸對稱或非軸對稱結構，而該應變規可直接線上量測主應變值，並透過無線模組即時傳送至該計算裝置上，從而可測得該傳動軸之扭矩值，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11‧‧‧前置步驟
12‧‧‧擬合步驟
13‧‧‧量測步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程圖，說明本發明扭矩量測方法之一實施例。

Claims (2)

  1. 一種扭矩量測方法，適用於量測一傳動軸的扭矩值，並包含： 一前置步驟，在一計算裝置中建立該傳動軸的幾何模型，並將一應變規設置於該傳動軸的一量測處上； 一擬合步驟，透過該計算裝置上的一分析模組模擬該傳動軸在受力過程中的應變及應力分布，再將前述模擬結果對應該應變規所設置的量測處，找出該傳動軸的主應變及扭矩間的關係，並建立該量測處主應變與扭矩間的數學關係式；及 一量測步驟，該應變規量測該傳動軸之量測處於負載下的主應變值，並將結果透過一無線模組傳送至該計算裝置上，該計算裝置透過該數學關係式及該應變規所測得的主應變值計算出該傳動軸的扭矩值。
  2. 如請求項1所述的扭矩量測方法，其中，在該擬合步驟中，該分析模組是以有限元素法模擬出該傳動軸在受力過程中的應變及應力分布，並找出彈性變形範圍內之主應變與扭矩間的關係。
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