基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置，通過卡環(huán)、位移測量臂及位移參考臂、輔助支撐、約束阻尼器等機構(gòu)，巧妙地將對旋轉(zhuǎn)軸扭矩的測量轉(zhuǎn)換為對軸上兩點相對位移的測量。相對位移測量采用反射式電渦流位移傳感器，具有抗灰塵、油污、煙霧、潮濕等惡劣環(huán)境的能力，并且具有很高的位移測量分辨率和精度，可以隨時進行零位標定，并進行正反向在線測試，特別適合軸徑大、剛度強、扭轉(zhuǎn)角特別小、工作環(huán)境惡劣的情況使用。本實用新型同時通過梯形梁、約束阻尼層、輔助支撐和自由端加約束阻尼器等綜合措施，最大限度減小振動對測試結(jié)果的影響，提高測試精度。
【專利說明】基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種扭矩測試裝置，特別涉及一種基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn) 軸扭矩在線測試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 扭矩測試是各種機械產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量檢驗、優(yōu)化控制、工況監(jiān)測和故障診斷等必不 可少的內(nèi)容。常用的旋轉(zhuǎn)軸扭矩測量裝置主要有應(yīng)變式和轉(zhuǎn)角式。應(yīng)變型采用在旋轉(zhuǎn)軸表 面貼應(yīng)變片的傳統(tǒng)裝置，利用適當?shù)碾娐啡〉眯盘枺缓筮M行分析處理，此種傳感器因成 本低廉和操作簡便廣泛使用在靜態(tài)和低速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的扭矩測量上，缺點是濕度、溫度、振動 等會影響傳感器的壽命和工作可靠性，且需要妥善解決在旋轉(zhuǎn)條件下的可靠供電和信號傳 輸問題。轉(zhuǎn)角型實質(zhì)是通過測量軸的扭轉(zhuǎn)變形角來間接測量扭矩，一般可以實現(xiàn)非接觸測 量，但由于一般轉(zhuǎn)軸的剛度都很大，實際產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形角非常小，對機器微小變形角的準 確測量是轉(zhuǎn)角式扭矩測試裝置的關(guān)鍵。
[0003] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有測量軸扭轉(zhuǎn)變形的主要裝置是通過在軸上沿 軸向一定距離安裝兩組柵式(容柵、磁柵、光柵）傳感器，軸旋轉(zhuǎn)時通過測量兩路脈沖信號的 相位差來解算軸的扭轉(zhuǎn)變形角和扭矩，如中國專利"等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動態(tài)扭矩測 試裝置CN201210388605. 3"和吉小軍等人發(fā)表的論文" 一種軸扭轉(zhuǎn)變形動態(tài)測量系統(tǒng)的設(shè) 計及實現(xiàn)"，以反射式激光測頭和制作在旋轉(zhuǎn)軸上的色標帶構(gòu)成敏感轉(zhuǎn)速和作用扭矩的色 標傳感器，通過FPGA計數(shù)原理檢測兩路脈沖信號的相位差。這種測試裝置的缺點是現(xiàn)場使 用時難以保持初始零位恒定、可靠性較差、抗干擾能力差，測量精度有限。
[0004] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利"扭轉(zhuǎn)角變形測量儀 (CN200520034454. 7)"和"扭轉(zhuǎn)角的激光測量裝置CN91222479. 7"分別公開了采用百分表 和激光測量裝置測量軸變形角的裝置，但這種方式只能用于靜態(tài)軸的扭轉(zhuǎn)角的測試，不適 合旋轉(zhuǎn)軸使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型是針對大型轉(zhuǎn)軸動態(tài)扭矩的現(xiàn)場測量困難的問題，提出了一種基于電 渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置，通過電渦流位移傳感器測量軸扭轉(zhuǎn)變形，進 而間接測量轉(zhuǎn)軸扭矩的測試裝置，尤其適合大型轉(zhuǎn)軸和惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用。
[0006] 本實用新型的技術(shù)方案為：一種基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝 置，包括被測轉(zhuǎn)軸、左右卡環(huán)、輔助支撐、位移測量臂、參考臂、約束阻尼器、電渦流位移傳感 器以及測量電路；
[0007] 左右卡環(huán)分別固定于被測轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸的兩端，輔助支撐位于左右卡環(huán)兩者中間位置， 卡裝于被測轉(zhuǎn)軸上；位移測量臂和參考臂的粗端分別通過左右卡環(huán)與被測轉(zhuǎn)軸固聯(lián)，隨轉(zhuǎn) 軸一同旋轉(zhuǎn)；
[0008] 位移測量臂和參考臂的另一端細端自由放置在輔助支撐上，成為自由端，靜止時， 位移測量臂和參考臂互相平行，并同時平行與測轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸線；位移測量臂的自由端面向參 考臂上安裝反射式電渦流位移傳感器，參考臂的自由端面向位移測量臂處安裝銅質(zhì)的感應(yīng) 圓盤，形成對渦流位移傳感器的參考點；
[0009] 在位移測量臂和參考臂的自由端外側(cè)分別連接相同的約束阻尼器，約束阻尼器的 外殼固聯(lián)于輔助支撐上，電渦流位移傳感器安裝在位移測量臂的自由端，與參考臂自由端 構(gòu)成測量位移的相對參考點；
[0010] 測量電路固定在被測轉(zhuǎn)軸上，輸出激勵到渦流傳感器，渦流傳感器信號輸入到測 量電路，測量電路根據(jù)采集信號計算出實時扭矩載荷數(shù)據(jù)。
[0011] 所述約束阻尼器可選機械阻尼或液體阻尼，根據(jù)測量范圍和分辨率要求選擇阻尼 器性能參數(shù)。
[0012] 所述位移測量臂和參考臂結(jié)構(gòu)相同，采用了高剛度的梯形梁結(jié)構(gòu)，梁結(jié)構(gòu)表面設(shè) 置約束阻尼層和粘彈層，受到振動作用時，阻尼層發(fā)生剪切變形使機械振動的能量轉(zhuǎn)化成 熱能。
[0013] 所述被測軸上的輔助支撐上固聯(lián)一對約束阻尼器，一對約束阻尼器一端固定在輔 助支撐上，另一端固定在測量臂和參考臂上。
[0014] 本實用新型的有益效果在于：本實用新型基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在 線測試裝置，不用于傳統(tǒng)的應(yīng)變或相位差測試思路，而轉(zhuǎn)換為位移的測量。與現(xiàn)有技術(shù)相 t匕，電渦流位移傳感器具有很強的環(huán)節(jié)適應(yīng)能力，具有抗灰塵、油污、煙霧、潮濕等惡劣環(huán)境 的能力，因而適合惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用，具有很高的可靠性和長期穩(wěn)定性；電渦流位移傳感 器具有很高的位移測量分辨率和精度，商用的傳感器在小量程范圍很容易達到0. oium的 測量精度。因而適合大軸徑尺寸的微小扭轉(zhuǎn)變形的高精度測試；測試系統(tǒng)的定標和零位校 正容易實現(xiàn)，可以在靜態(tài)條件下隨時進行零位標定，不同于相位差式測量裝置，必須在軸空 載旋轉(zhuǎn)條件下才能校準零位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型測量原理示意圖；
[0016] 圖2為本實用新型基于相對位移測量的扭矩測試方案示意圖；
[0017] 圖3a為本實用新型參考臂正視圖；
[0018] 圖3b為本實用新型參考臂俯視圖；
[0019] 圖4為本實用新型約束阻尼器及其連接示意圖；
[0020] 圖5為本實用新型測量電路功能模塊圖。

【具體實施方式】
[0021] 如圖1所示本實用新型測量原理示意圖，對于轉(zhuǎn)軸上相距一定距離L的兩個點A、 B，當軸以一定的扭矩負荷旋轉(zhuǎn)時，A、B兩點會產(chǎn)生相對扭轉(zhuǎn)變形。在軸向距離L上產(chǎn)生的 相對扭轉(zhuǎn)變形角Θ :
[0022] Θ =ML / JG
[0023] 式中：J為被測軸截面的極慣性矩;Μ為扭矩載荷；G為軸剪切彈性模量。
[0024] 由于變形角Θ非常小，它和垂直與軸向的位移變形As之間的關(guān)系可以等效為：
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置，其特征在于，包括被測轉(zhuǎn) 軸、左右卡環(huán)、輔助支撐、位移測量臂、參考臂、約束阻尼器、電渦流位移傳感器以及測量電 路； 左右卡環(huán)分別固定于被測轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸的兩端，輔助支撐位于左右卡環(huán)兩者中間位置，卡裝 于被測轉(zhuǎn)軸上；位移測量臂和參考臂的粗端分別通過左右卡環(huán)與被測轉(zhuǎn)軸固聯(lián)，隨轉(zhuǎn)軸一 同旋轉(zhuǎn)； 位移測量臂和參考臂的另一端細端自由放置在輔助支撐上，成為自由端，靜止時，位 移測量臂和參考臂互相平行，并同時平行與測轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸線；位移測量臂的自由端面向參考 臂上安裝反射式電渦流位移傳感器，參考臂的自由端面向位移測量臂處安裝銅質(zhì)的感應(yīng)圓 盤，形成對渦流位移傳感器的參考點； 在位移測量臂和參考臂的自由端外側(cè)分別連接相同的約束阻尼器，約束阻尼器的外殼 固聯(lián)于輔助支撐上，電渦流位移傳感器安裝在位移測量臂的自由端，與參考臂自由端構(gòu)成 測量位移的相對參考點； 測量電路固定在被測轉(zhuǎn)軸上，輸出激勵到渦流傳感器，渦流傳感器信號輸入到測量電 路，測量電路根據(jù)采集信號計算出實時扭矩載荷數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置，其特征在 于，所述約束阻尼器可選機械阻尼或液體阻尼，根據(jù)測量范圍和分辨率要求選擇阻尼器性 能參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置，其特征在 于，所述位移測量臂和參考臂結(jié)構(gòu)相同，采用了高剛度的梯形梁結(jié)構(gòu)，梁結(jié)構(gòu)表面設(shè)置約束 阻尼層和粘彈層，受到振動作用時，阻尼層發(fā)生剪切變形使機械振動的能量轉(zhuǎn)化成熱能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電渦流相對位移測量的轉(zhuǎn)軸扭矩在線測試裝置，其特征在 于，所述被測軸上的輔助支撐上固聯(lián)一對約束阻尼器，一對約束阻尼器一端固定在輔助支 撐上，另一端固定在測量臂和參考臂上。
【文檔編號】G01L3/00GK204064527SQ201420309255
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】齊紅麗, 吉小軍, 江舒, 戚培蕓, 馮偉, 林杰俊 申請人:中國船舶重工集團公司第七0四研究所