[其他]立式组合梁应变式扭矩传感器

说明书

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 = σPlbε]]>