扭矩傳感器是一種用于檢測軸系統(tǒng)扭矩的精密測量儀器，分為靜態(tài)和動態(tài)。動態(tài)扭矩傳感器可以連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)矩，也可以用于靜態(tài)測量。例如，在校準動態(tài)扭矩傳感器時，采用靜態(tài)測量。校準試驗機采用懸臂結(jié)構(gòu)，通過增加重量校準扭矩傳感器的精度，出具驗證書；靜態(tài)扭矩傳感器不能用于動態(tài)測量。此外，動態(tài)扭矩傳感器可以選擇速度測量功能來計算功率。
目前，優(yōu)質(zhì)扭矩傳感器是進口的，國內(nèi)扭矩傳感器也有優(yōu)質(zhì)品牌。然而，無論是進口還是國內(nèi)，安裝和使用不當都可能導(dǎo)致測量結(jié)果精度低，甚至扭矩傳感器損壞。因此，本文討論了扭矩傳感器的工作原理和安裝方法，特別是選擇不同安裝方法的扭矩傳感器聯(lián)軸器，以指導(dǎo)工程設(shè)計人員使用扭矩傳感器。
扭矩傳感器的常見工作原理。
動態(tài)扭矩傳感器按信號傳輸方式可分為接觸測量和非接觸測量，兩者都應(yīng)克服旋轉(zhuǎn)絞線的問題。在動態(tài)測量過程中，測量元件需要將信號線從旋轉(zhuǎn)軸引出到固定殼體的控制電路進行信號處理。若由集流環(huán)和碳刷(類似于電機電刷)引出，則為接觸式；若采用電、磁、光傳感原理，則直接傳輸信號號而不是集流環(huán)和碳刷，即非接觸測量，下面會詳細說明。根據(jù)材料力學，當一個軸施加扭矩時，會導(dǎo)致扭矩變形，包括兩個物理量，一個是扭轉(zhuǎn)角，另一個是最大剪切應(yīng)力或應(yīng)變；只要測量其中一個，軸系的扭矩就可以根據(jù)相關(guān)的計算公式獲得，所以根據(jù)這個測量原理，可以分為扭轉(zhuǎn)角測量和應(yīng)變測量。
1.1應(yīng)變測量原理。
最傳統(tǒng)的應(yīng)變測量方法是粘貼電阻應(yīng)變片。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，除了電阻應(yīng)變片，還有許多新方法，如聲表波測應(yīng)變、壓電測應(yīng)變和致伸縮效應(yīng)測應(yīng)變，但其測量本質(zhì)是獲得應(yīng)變值。
傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片扭矩傳感器將應(yīng)變片組成橋，粘貼在彈性軸上45°和135°。當彈性軸扭矩時，扭轉(zhuǎn)變形會導(dǎo)致橋梁電阻的變化，應(yīng)變橋梁電阻的變化會轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化。從旋轉(zhuǎn)軸傳輸?shù)焦潭んw的信號主要包括碳刷接觸、電磁感應(yīng)和無線傳輸。
1.2角度測量原理。
磁感測量原理。
安裝扭矩傳感器時的注意事項。
不同安裝結(jié)構(gòu)的扭矩傳感器選擇不同的聯(lián)軸器，對其精度和使用壽命有很大影響。
由于加工基準不同，兩個軸端在裝配過程中不可避免地會出現(xiàn)軸偏差，包括徑向偏差、軸向偏差和角度偏差。
扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)形式。
動態(tài)扭矩傳感器主要采用普通鍵連接、法蘭連接、光軸夾緊軸套等安裝方式。調(diào)整同軸度，然后再安裝扭矩傳感器。雖然彈性聯(lián)軸器可以補償安裝誤差，但一旦軸系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，負載變形或高速運行引起的振動變形會加劇不同的軸度。因此，為了使聯(lián)軸器在可補償誤差范圍內(nèi)工作，延長聯(lián)軸器的使用壽命，必須將同軸度調(diào)整到更好的范圍，一般小于0.05毫米。不同結(jié)構(gòu)的扭矩傳感器選擇不同的聯(lián)軸器。
常見的聯(lián)軸器包括剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器不具備補償同軸度誤差的能力，而柔性聯(lián)軸器具有補償同軸度誤差的能力，包括軸向誤差、徑向誤差和角度誤差。剛性聯(lián)軸器連接兩個軸后，如果同軸度不好，會使軸強制彎曲變形，對軸承等支撐部位施加額外載荷，增加軸系的撓度，高速增加系統(tǒng)振動。柔性聯(lián)軸器分為半耦合(單彈體)和全耦合(雙彈體)。半耦合只補償軸向和角度偏差。全耦合可以補償軸向誤差、徑向誤差和角度向差。常見的半耦合聯(lián)軸器是單膜聯(lián)軸器，其余為全耦合。
聯(lián)軸器分為軸式無底座扭矩傳感器、軸式無底座扭矩傳感器和法蘭扭矩傳感器。
軸式無底座扭矩傳感器。
無底座扭矩傳感器有兩種安裝方式。一種是使用兩個單耦合聯(lián)軸器，如單膜聯(lián)軸器。二是扭矩傳感器一端采用剛性連接，另一端采用彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花聯(lián)軸器、雙膜聯(lián)軸器等雙耦合聯(lián)軸器。
軸帶底座扭矩傳感器。
安裝時，底座用螺釘固定在底座上，扭矩傳感器兩端的軸承支撐；兩個軸端都有固定約束，包括角偏、徑偏和軸偏，因此每個軸端都需要一個全耦合(雙彈體)聯(lián)軸器，如雙膜聯(lián)軸器。
法蘭扭矩傳感器。
該扭矩傳感器由法蘭和外殼組成，兩者分離。法蘭與軸系統(tǒng)連接，外殼固定在底座上傳輸數(shù)據(jù)。其聯(lián)軸器的選擇可選無座扭矩傳感器，即一端剛性連接時，另一端采用雙膜聯(lián)軸器等全耦合(雙彈體)連軸器；或者兩端采用半耦合(單彈體)。
綜上所述，當扭矩傳感器的軸端完全受到約束時，選擇全耦合(雙彈體)連軸器；軸端可以自由選擇兩個半耦合(單彈體)聯(lián)軸器，或者一端剛性連接，另一端選擇全耦合(雙彈體)連軸器。
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