一种方便安装的船用光电码盘的制作方法
专利名称:一种方便安装的船用光电码盘的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种方便安装的船用光电码盘，该船用光电码盘由两个半圆环状的扣件(1)组合而成，呈圆环状，大小与所测轴直径相匹配。本实用新型结构简单，紧凑，合理，在实船主轴上的安装非常简便，节省了时间，降低了码盘安装过程中的人为误差，提高了效率，具有一定的实用性和经济价值，能够满足大中型船舶轴系扭矩、功率测量的需要，也可以作为其它机械主轴的测量需求。
【专利说明】
-种方便安装的船用光电码盘
技术领域
[0001] 本实用新型应用于机械轴系监测领域，常用于船舶非接触轴系测量装置的相位差 测量。
【背景技术】
[0002] 目前用于旋转轴系的轴功率、扭矩等测量方法中，大多为在轴上贴应变片的方式 进行测量，运种方式必须在旋转轴上粘贴应变片。应变片信号传递可通过碳刷集流环方式 信号输出，将应变信号从运动的扭力轴传送到固定的外壳上的动态传感器上;还可W通过 遥测的方法，在轴上通过转动电池提供的发射器将应变片的电流变化通过无线信号传到传 感器中。
[0003] 还有其他一些测量方法如在扭转轴上两侧安装有齿形圆盘，它们旁边装有两个磁 电传感器，当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凹凸引起磁路气隙变化，于是磁通量也发生变化，在 线圈中交感出交流电压，其频率为圆盘上的齿数和转速的乘积。当扭转在轴上发生作用时， 两个磁电传感器输出的电压存在相位差，运个相位差与扭转角成正比，运样传感器可W把 扭转角转换为电信号。但由于此方法要改变轴系的布局，并在轴上加了较大的质量，对于船 舶轴系测量的要求是不适合的。
[0004] 现有的光电码盘在实船安装时极为缓慢，工作量大，可靠性差。考虑到船舶轴系具 有直径大，轮机舱内空间狭小等特点，有必要设计一种高效安装，方便测量的船用光电码 盘。
[0005] 专利文献CNl 162990A公开了一种利用光纤和激光传感器测转轴扭矩的系统。它是 在转动轴上相距适当距离处分别安装两个光电码盘。一束激光通过光纤照射到第一个码盘 上，然后被与第一个码盘对应的光解调器接受并调制成激光脉冲，再通过光纤传输照射到 第二个码盘上，经过第二个码盘后被第二个激光传感器接收转变成电脉冲信号，运时的电 脉冲宽度代表了两个码盘之间的电位差。当转动轴被加上负载后，最终输出的电脉冲宽度 会增加，通过运一相位差就可W计算出转轴扭转的角度，从而计算出转动轴在加上负载后 的扭矩。
[0006] 专利文献CN102135460(申请号201110008400.3)公开了一种测量轴功率和扭矩的 光电码盘，它的齿和孔按照一定的比例均匀分布在圆周上，采用的遮光齿和通光孔为24 个，齿和孔对应的角度为1:4,即每根齿对应的圆屯、角为3°，要求每个光电码盘上都有挡光 板和通光孔，且每个光电码盘配有码盘和夹环，一套设备有六个组件，螺栓众多。该光电码 盘在实船安装上尤其困难，尤其是对于内径较大的主轴来说，安装效率差、误差大。
【发明内容】
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种方便安装的船用光电码盘，W解决 如何将码盘安装过程简单化W及延长使用寿命的问题。
[000引本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由两个半圆环状的扣件组合而 成，呈圆环状，大小与所测轴直径相匹配。
[0009] 所述的两个半圆环状的扣件，其扣体上均设有一个通光孔，其扣体的两端均设有 一个朝向相反的扇形的台阶，台阶的长度大于通光孔的长度。
[0010] 所述的两个半圆环状的扣件，其台阶的中屯、位置均有一个连接孔;在其中一个连 接孔的内部设有螺纹，另一个连接孔的内部表面光滑。
[0011] 所述的两个半圆环状的扣件，其中一个扣件端头的台阶与另一个扣件端头对应的 台阶吻合连接，并用螺栓通过连接孔将两个扣件固定。
[001^ 所述的码盘，其内径与外径相差4.5-5.5cm，该内径与需要现慢轴的直径大2-5mm。
[0013] 本实用新型提供的上述方便安装的船用光电码盘，采用45号钢材质，并在其外层 涂抹防诱漆锻层。
[0014] 本实用新型与现有技术相比，具有W下的主要的优点：
[0015] -、结构设计更加紧凑，合理。简化后的码盘更易进行机械加工量产。
[0016] 二、作为轴功率测量的设备之一，在改进时考虑了测量的误差范围。
[0017] =、大大减少了工人实际安装与拆卸时的工作量，在机舱底部狭小的空间作业能 力增强。如原有每个码盘安装都需要近一个小时时间，现在缩短到二十分钟W内，大大提升 安装效率。
[0018] 四、防诱涂层保证了码盘的使用寿命。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型的半面结构示意图；
[0020] 图2为光电码盘的装配示意图。
[0021] 图中：1.码盘光面，2.通光孔，3.连接孔，4.扇形台阶，
【具体实施方式】
[0022] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型发明。
[0023] 本实用新型提供的方便安装的船用光电码盘，其结构如图1和图2所示，由两个半 圆环状的扣件1组合而成，呈圆环状，根据不同直径的轴确定匹配内径的码盘，控制码盘内 径与需要测量的轴的直径相比略大2-5mm范围内。而码盘的外径与内径的差在5cm左右即 可。
[0024] 所述两个半圆环状的扣件1，其扣体上均设有一个通光孔2。每个扣件1，如图1所 示，其扣体的两端均设有一个朝向相反的扇形的台阶4,台阶的长度不低于通光孔的长度。 每个台阶中屯、位置均有一个连接孔3，且在内部攻螺纹处理。
[0025] 将两个半圆环状的扣件1组装成图2所示的完整的一个光电码盘，其方法是:将一 个扣件1旋转180°后，使其端头的台阶4与另一个扣件1端头对应的台阶4吻合连接，并用螺 栓通过螺孔3将其固定。
[0026] 对于扣件1，加工中要保证其台阶4接触面的表面粗糖度小，W确保对应的台阶4的 吻合接触紧密。每个扣件1必须为半圆形，可根据实际的所测轴的直径匹配制作，确定对应 的半径R。
[0027] 所述光电码盘采用45号钢材质，并在外层涂抹防诱漆锻层防止使用过程诱蚀，螺 孔3采用锐床钻出直径约8mm的M3螺钉，所有材料在市面上均很容易购得，可替换性高。
[0028] 安装过程光电码盘所在平面必须与轴的轴线垂直，光电码盘内径由所测轴的直径 决定，通光孔的圆屯、在安装过程中要与被测转动轴的圆屯、重合，且设计通光孔的对应圆屯、 角为15°，其用途是可W使激光能够通过通光孔打到接收器中。
[0029] 在应用过程中，原理为通过测量船舶轴系的扭转角度的方法，在被测转动轴上相 距约半米的位置间隔安装两个相同的光电码盘后，使用内六角螺栓及垫片紧固，因为设计 安装简便，考虑到运行过程中可能会存在螺栓经常使用松动，要在螺栓上涂抹防诱漆保证 能够长时间使用。
[0030] 在进行船舶扭矩测量时，要保证利用配套的光电探头射出的光线能够完整的穿过 两个码盘并打到接收装置上。在轴运转过程中，探头的光线会因为码盘的遮挡而产生断断 续续的脉冲信号。在轮船行进过程中，加上负载，扭转加剧，两齿轮盘之间发生微小的相对 扭转。因为两码盘相距半米距离，微小扭转会放大并体现在脉冲信号上，并可利用计算机算 出所输出脉冲信号的相位差0，利用工程材料的相关轴所使用材料的剪切弹性模量G，转动 惯性矩吐，计算出实测船舶的扭矩值，公式如下：
[0031]
[0032] 轴系的输出扭矩为T(nrn)，L为两光电码盘间的安装距离(m)，对于转动惯性矩Ip要 分两种情况考虑，且下式中R为轴的外半径(m)，r为轴的内半径(m)。
[003；3] 实屯、轴
[0034] 空屯、轴
[0035] 在设计中W暗脉冲为测量依据，即光电开关输出的为低电平脉冲，在被测转动轴 空转时，第一光电码盘和第二光电码盘上的对应的通光孔分别可扫过光电开关，产生两路 低电平的脉冲输出。根据运两路低电平脉冲之间的相位差大小的变化就能测量得到该段轴 系工作过程中的扭转角度，从而计算出轴传递出的扭矩大小。本实用新型使用时，只需将两 个对称装配的半圆形码盘(扣件1)通过螺栓紧固轴上即可。
[0036] 本实用新型提供的上述的船用光电码盘，其工作过程是:在安装到转动轴上后，保 证初始状态下平行于轴的发射的激光能够穿过通光孔打到激光接收装置中。码盘伴随着轴 转动过程，激光会被非通光孔的圆面遮挡，运样每隔固定时间t可W有一次光线打到接收装 置中，即产生一次脉冲记录。多次重复转动过程，并利用计算机记录发生脉冲的次数。
【主权项】
1. 一种方便安装的船用光电码盘，其特征是该码盘由两个半圆环状的扣件（1)组合而 成，呈圆环状，大小与所测轴直径相匹配;所述的两个半圆环状的扣件（1)，其扣体上均设有 一个通光孔(2)，其扣体的两端均设有一个朝向相反的扇形的台阶(4)，台阶的长度大于通 光孔(2)的长度。2. 根据权利要求1所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的两个半圆环状 的扣件（1 )，其台阶(4)的中心位置均有一个连接孔(3);在其中一个连接孔(3)的内部设有 螺纹，另一个连接孔(3)的内部表面光滑。3. 根据权利要求2所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的两个半圆环状 的扣件（1)，其中一个扣件（1)端头的台阶(4)与另一个扣件（1)端头对应的台阶(4)吻合连 接，并用螺栓通过连接孔(3)固定。4. 根据权利要求1所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的码盘，其内径与 外径相差4.5-5.5cm，该内径与需要测量轴的直径大2-5_。5. 根据权利要求4所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的码盘，采用45号 钢材质，并在外层涂抹防锈漆镀层。
【文档编号】G01D5/347GK205719024SQ201620351401
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】杨琨, 宋平
【申请人】武汉理工大学
【专利摘要】本实用新型是一种方便安装的船用光电码盘，该船用光电码盘由两个半圆环状的扣件(1)组合而成，呈圆环状，大小与所测轴直径相匹配。本实用新型结构简单，紧凑，合理，在实船主轴上的安装非常简便，节省了时间，降低了码盘安装过程中的人为误差，提高了效率，具有一定的实用性和经济价值，能够满足大中型船舶轴系扭矩、功率测量的需要，也可以作为其它机械主轴的测量需求。
【专利说明】
-种方便安装的船用光电码盘
技术领域
[0001] 本实用新型应用于机械轴系监测领域，常用于船舶非接触轴系测量装置的相位差 测量。
【背景技术】
[0002] 目前用于旋转轴系的轴功率、扭矩等测量方法中，大多为在轴上贴应变片的方式 进行测量，运种方式必须在旋转轴上粘贴应变片。应变片信号传递可通过碳刷集流环方式 信号输出，将应变信号从运动的扭力轴传送到固定的外壳上的动态传感器上;还可W通过 遥测的方法，在轴上通过转动电池提供的发射器将应变片的电流变化通过无线信号传到传 感器中。
[0003] 还有其他一些测量方法如在扭转轴上两侧安装有齿形圆盘，它们旁边装有两个磁 电传感器，当齿形圆盘旋转时，圆盘齿凹凸引起磁路气隙变化，于是磁通量也发生变化，在 线圈中交感出交流电压，其频率为圆盘上的齿数和转速的乘积。当扭转在轴上发生作用时， 两个磁电传感器输出的电压存在相位差，运个相位差与扭转角成正比，运样传感器可W把 扭转角转换为电信号。但由于此方法要改变轴系的布局，并在轴上加了较大的质量，对于船 舶轴系测量的要求是不适合的。
[0004] 现有的光电码盘在实船安装时极为缓慢，工作量大，可靠性差。考虑到船舶轴系具 有直径大，轮机舱内空间狭小等特点，有必要设计一种高效安装，方便测量的船用光电码 盘。
[0005] 专利文献CNl 162990A公开了一种利用光纤和激光传感器测转轴扭矩的系统。它是 在转动轴上相距适当距离处分别安装两个光电码盘。一束激光通过光纤照射到第一个码盘 上，然后被与第一个码盘对应的光解调器接受并调制成激光脉冲，再通过光纤传输照射到 第二个码盘上，经过第二个码盘后被第二个激光传感器接收转变成电脉冲信号，运时的电 脉冲宽度代表了两个码盘之间的电位差。当转动轴被加上负载后，最终输出的电脉冲宽度 会增加，通过运一相位差就可W计算出转轴扭转的角度，从而计算出转动轴在加上负载后 的扭矩。
[0006] 专利文献CN102135460(申请号201110008400.3)公开了一种测量轴功率和扭矩的 光电码盘，它的齿和孔按照一定的比例均匀分布在圆周上，采用的遮光齿和通光孔为24 个，齿和孔对应的角度为1:4,即每根齿对应的圆屯、角为3°，要求每个光电码盘上都有挡光 板和通光孔，且每个光电码盘配有码盘和夹环，一套设备有六个组件，螺栓众多。该光电码 盘在实船安装上尤其困难，尤其是对于内径较大的主轴来说，安装效率差、误差大。
【发明内容】
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种方便安装的船用光电码盘，W解决 如何将码盘安装过程简单化W及延长使用寿命的问题。
[000引本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由两个半圆环状的扣件组合而 成，呈圆环状，大小与所测轴直径相匹配。
[0009] 所述的两个半圆环状的扣件，其扣体上均设有一个通光孔，其扣体的两端均设有 一个朝向相反的扇形的台阶，台阶的长度大于通光孔的长度。
[0010] 所述的两个半圆环状的扣件，其台阶的中屯、位置均有一个连接孔;在其中一个连 接孔的内部设有螺纹，另一个连接孔的内部表面光滑。
[0011] 所述的两个半圆环状的扣件，其中一个扣件端头的台阶与另一个扣件端头对应的 台阶吻合连接，并用螺栓通过连接孔将两个扣件固定。
[001^ 所述的码盘，其内径与外径相差4.5-5.5cm，该内径与需要现慢轴的直径大2-5mm。
[0013] 本实用新型提供的上述方便安装的船用光电码盘，采用45号钢材质，并在其外层 涂抹防诱漆锻层。
[0014] 本实用新型与现有技术相比，具有W下的主要的优点：
[0015] -、结构设计更加紧凑，合理。简化后的码盘更易进行机械加工量产。
[0016] 二、作为轴功率测量的设备之一，在改进时考虑了测量的误差范围。
[0017] =、大大减少了工人实际安装与拆卸时的工作量，在机舱底部狭小的空间作业能 力增强。如原有每个码盘安装都需要近一个小时时间，现在缩短到二十分钟W内，大大提升 安装效率。
[0018] 四、防诱涂层保证了码盘的使用寿命。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型的半面结构示意图；
[0020] 图2为光电码盘的装配示意图。
[0021] 图中：1.码盘光面，2.通光孔，3.连接孔，4.扇形台阶，
【具体实施方式】
[0022] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型发明。
[0023] 本实用新型提供的方便安装的船用光电码盘，其结构如图1和图2所示，由两个半 圆环状的扣件1组合而成，呈圆环状，根据不同直径的轴确定匹配内径的码盘，控制码盘内 径与需要测量的轴的直径相比略大2-5mm范围内。而码盘的外径与内径的差在5cm左右即 可。
[0024] 所述两个半圆环状的扣件1，其扣体上均设有一个通光孔2。每个扣件1，如图1所 示，其扣体的两端均设有一个朝向相反的扇形的台阶4,台阶的长度不低于通光孔的长度。 每个台阶中屯、位置均有一个连接孔3，且在内部攻螺纹处理。
[0025] 将两个半圆环状的扣件1组装成图2所示的完整的一个光电码盘，其方法是:将一 个扣件1旋转180°后，使其端头的台阶4与另一个扣件1端头对应的台阶4吻合连接，并用螺 栓通过螺孔3将其固定。
[0026] 对于扣件1，加工中要保证其台阶4接触面的表面粗糖度小，W确保对应的台阶4的 吻合接触紧密。每个扣件1必须为半圆形，可根据实际的所测轴的直径匹配制作，确定对应 的半径R。
[0027] 所述光电码盘采用45号钢材质，并在外层涂抹防诱漆锻层防止使用过程诱蚀，螺 孔3采用锐床钻出直径约8mm的M3螺钉，所有材料在市面上均很容易购得，可替换性高。
[0028] 安装过程光电码盘所在平面必须与轴的轴线垂直，光电码盘内径由所测轴的直径 决定，通光孔的圆屯、在安装过程中要与被测转动轴的圆屯、重合，且设计通光孔的对应圆屯、 角为15°，其用途是可W使激光能够通过通光孔打到接收器中。
[0029] 在应用过程中，原理为通过测量船舶轴系的扭转角度的方法，在被测转动轴上相 距约半米的位置间隔安装两个相同的光电码盘后，使用内六角螺栓及垫片紧固，因为设计 安装简便，考虑到运行过程中可能会存在螺栓经常使用松动，要在螺栓上涂抹防诱漆保证 能够长时间使用。
[0030] 在进行船舶扭矩测量时，要保证利用配套的光电探头射出的光线能够完整的穿过 两个码盘并打到接收装置上。在轴运转过程中，探头的光线会因为码盘的遮挡而产生断断 续续的脉冲信号。在轮船行进过程中，加上负载，扭转加剧，两齿轮盘之间发生微小的相对 扭转。因为两码盘相距半米距离，微小扭转会放大并体现在脉冲信号上，并可利用计算机算 出所输出脉冲信号的相位差0，利用工程材料的相关轴所使用材料的剪切弹性模量G，转动 惯性矩吐，计算出实测船舶的扭矩值，公式如下：
[0031]
[0032] 轴系的输出扭矩为T(nrn)，L为两光电码盘间的安装距离(m)，对于转动惯性矩Ip要 分两种情况考虑，且下式中R为轴的外半径(m)，r为轴的内半径(m)。
[003；3] 实屯、轴
[0034] 空屯、轴
[0035] 在设计中W暗脉冲为测量依据，即光电开关输出的为低电平脉冲，在被测转动轴 空转时，第一光电码盘和第二光电码盘上的对应的通光孔分别可扫过光电开关，产生两路 低电平的脉冲输出。根据运两路低电平脉冲之间的相位差大小的变化就能测量得到该段轴 系工作过程中的扭转角度，从而计算出轴传递出的扭矩大小。本实用新型使用时，只需将两 个对称装配的半圆形码盘(扣件1)通过螺栓紧固轴上即可。
[0036] 本实用新型提供的上述的船用光电码盘，其工作过程是:在安装到转动轴上后，保 证初始状态下平行于轴的发射的激光能够穿过通光孔打到激光接收装置中。码盘伴随着轴 转动过程，激光会被非通光孔的圆面遮挡，运样每隔固定时间t可W有一次光线打到接收装 置中，即产生一次脉冲记录。多次重复转动过程，并利用计算机记录发生脉冲的次数。
【主权项】
1. 一种方便安装的船用光电码盘，其特征是该码盘由两个半圆环状的扣件（1)组合而 成，呈圆环状，大小与所测轴直径相匹配;所述的两个半圆环状的扣件（1)，其扣体上均设有 一个通光孔(2)，其扣体的两端均设有一个朝向相反的扇形的台阶(4)，台阶的长度大于通 光孔(2)的长度。2. 根据权利要求1所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的两个半圆环状 的扣件（1 )，其台阶(4)的中心位置均有一个连接孔(3);在其中一个连接孔(3)的内部设有 螺纹，另一个连接孔(3)的内部表面光滑。3. 根据权利要求2所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的两个半圆环状 的扣件（1)，其中一个扣件（1)端头的台阶(4)与另一个扣件（1)端头对应的台阶(4)吻合连 接，并用螺栓通过连接孔(3)固定。4. 根据权利要求1所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的码盘，其内径与 外径相差4.5-5.5cm，该内径与需要测量轴的直径大2-5_。5. 根据权利要求4所述的方便安装的船用光电码盘，其特征在于所述的码盘，采用45号 钢材质，并在外层涂抹防锈漆镀层。
【文档编号】G01D5/347GK205719024SQ201620351401
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】杨琨, 宋平
【申请人】武汉理工大学
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