基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置，通过卡环、位移测量臂及位移参考臂、辅助支撑、约束阻尼器等机构，巧妙地将对旋转轴扭矩的测量转换为对轴上两点相对位移的测量。相对位移测量采用反射式电涡流位移传感器，具有抗灰尘、油污、烟雾、潮湿等恶劣环境的能力，并且具有很高的位移测量分辨率和精度，可以随时进行零位标定，并进行正反向在线测试，特别适合轴径大、刚度强、扭转角特别小、工作环境恶劣的情况使用。本实用新型同时通过梯形梁、约束阻尼层、辅助支撑和自由端加约束阻尼器等综合措施，最大限度减小振动对测试结果的影响，提高测试精度。
【专利说明】基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种扭矩测试装置，特别涉及一种基于电涡流相对位移测量的转 轴扭矩在线测试装置。
【背景技术】
[0002] 扭矩测试是各种机械产品开发、质量检验、优化控制、工况监测和故障诊断等必不 可少的内容。常用的旋转轴扭矩测量装置主要有应变式和转角式。应变型采用在旋转轴表 面贴应变片的传统装置，利用适当的电路取得信号，然后进行分析处理，此种传感器因成 本低廉和操作简便广泛使用在静态和低速旋转系统的扭矩测量上，缺点是湿度、温度、振动 等会影响传感器的寿命和工作可靠性，且需要妥善解决在旋转条件下的可靠供电和信号传 输问题。转角型实质是通过测量轴的扭转变形角来间接测量扭矩，一般可以实现非接触测 量，但由于一般转轴的刚度都很大，实际产生的扭转变形角非常小，对机器微小变形角的准 确测量是转角式扭矩测试装置的关键。
[0003] 经对现有技术的文献检索发现，现有测量轴扭转变形的主要装置是通过在轴上沿 轴向一定距离安装两组栅式(容栅、磁栅、光栅）传感器，轴旋转时通过测量两路脉冲信号的 相位差来解算轴的扭转变形角和扭矩，如中国专利"等直径转轴的光电反射式动态扭矩测 试装置CN201210388605. 3"和吉小军等人发表的论文" 一种轴扭转变形动态测量系统的设 计及实现"，以反射式激光测头和制作在旋转轴上的色标带构成敏感转速和作用扭矩的色 标传感器，通过FPGA计数原理检测两路脉冲信号的相位差。这种测试装置的缺点是现场使 用时难以保持初始零位恒定、可靠性较差、抗干扰能力差，测量精度有限。
[0004] 经对现有技术的文献检索发现，中国专利"扭转角变形测量仪 (CN200520034454. 7)"和"扭转角的激光测量装置CN91222479. 7"分别公开了采用百分表 和激光测量装置测量轴变形角的装置，但这种方式只能用于静态轴的扭转角的测试，不适 合旋转轴使用。
【发明内容】
[0005] 本实用新型是针对大型转轴动态扭矩的现场测量困难的问题，提出了一种基于电 涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置，通过电涡流位移传感器测量轴扭转变形，进 而间接测量转轴扭矩的测试装置，尤其适合大型转轴和恶劣的工业现场使用。
[0006] 本实用新型的技术方案为：一种基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装 置，包括被测转轴、左右卡环、辅助支撑、位移测量臂、参考臂、约束阻尼器、电涡流位移传感 器以及测量电路；
[0007] 左右卡环分别固定于被测转转轴的两端，辅助支撑位于左右卡环两者中间位置， 卡装于被测转轴上；位移测量臂和参考臂的粗端分别通过左右卡环与被测转轴固联，随转 轴一同旋转；
[0008] 位移测量臂和参考臂的另一端细端自由放置在辅助支撑上，成为自由端，静止时， 位移测量臂和参考臂互相平行，并同时平行与测转转轴轴线；位移测量臂的自由端面向参 考臂上安装反射式电涡流位移传感器，参考臂的自由端面向位移测量臂处安装铜质的感应 圆盘，形成对涡流位移传感器的参考点；
[0009] 在位移测量臂和参考臂的自由端外侧分别连接相同的约束阻尼器，约束阻尼器的 外壳固联于辅助支撑上，电涡流位移传感器安装在位移测量臂的自由端，与参考臂自由端 构成测量位移的相对参考点；
[0010] 测量电路固定在被测转轴上，输出激励到涡流传感器，涡流传感器信号输入到测 量电路，测量电路根据采集信号计算出实时扭矩载荷数据。
[0011] 所述约束阻尼器可选机械阻尼或液体阻尼，根据测量范围和分辨率要求选择阻尼 器性能参数。
[0012] 所述位移测量臂和参考臂结构相同，采用了高刚度的梯形梁结构，梁结构表面设 置约束阻尼层和粘弹层，受到振动作用时，阻尼层发生剪切变形使机械振动的能量转化成 热能。
[0013] 所述被测轴上的辅助支撑上固联一对约束阻尼器，一对约束阻尼器一端固定在辅 助支撑上，另一端固定在测量臂和参考臂上。
[0014] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在 线测试装置，不用于传统的应变或相位差测试思路，而转换为位移的测量。与现有技术相 t匕，电涡流位移传感器具有很强的环节适应能力，具有抗灰尘、油污、烟雾、潮湿等恶劣环境 的能力，因而适合恶劣的工业现场使用，具有很高的可靠性和长期稳定性；电涡流位移传感 器具有很高的位移测量分辨率和精度，商用的传感器在小量程范围很容易达到0. oium的 测量精度。因而适合大轴径尺寸的微小扭转变形的高精度测试；测试系统的定标和零位校 正容易实现，可以在静态条件下随时进行零位标定，不同于相位差式测量装置，必须在轴空 载旋转条件下才能校准零位。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型测量原理示意图；
[0016] 图2为本实用新型基于相对位移测量的扭矩测试方案示意图；
[0017] 图3a为本实用新型参考臂正视图；
[0018] 图3b为本实用新型参考臂俯视图；
[0019] 图4为本实用新型约束阻尼器及其连接示意图；
[0020] 图5为本实用新型测量电路功能模块图。
【具体实施方式】
[0021] 如图1所示本实用新型测量原理示意图，对于转轴上相距一定距离L的两个点A、 B，当轴以一定的扭矩负荷旋转时，A、B两点会产生相对扭转变形。在轴向距离L上产生的 相对扭转变形角Θ :
[0022] Θ =ML / JG
[0023] 式中：J为被测轴截面的极惯性矩;Μ为扭矩载荷；G为轴剪切弹性模量。
[0024] 由于变形角Θ非常小，它和垂直与轴向的位移变形As之间的关系可以等效为：
[0025]
【权利要求】
1. 一种基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置，其特征在于，包括被测转 轴、左右卡环、辅助支撑、位移测量臂、参考臂、约束阻尼器、电涡流位移传感器以及测量电 路； 左右卡环分别固定于被测转转轴的两端，辅助支撑位于左右卡环两者中间位置，卡装 于被测转轴上；位移测量臂和参考臂的粗端分别通过左右卡环与被测转轴固联，随转轴一 同旋转； 位移测量臂和参考臂的另一端细端自由放置在辅助支撑上，成为自由端，静止时，位 移测量臂和参考臂互相平行，并同时平行与测转转轴轴线；位移测量臂的自由端面向参考 臂上安装反射式电涡流位移传感器，参考臂的自由端面向位移测量臂处安装铜质的感应圆 盘，形成对涡流位移传感器的参考点； 在位移测量臂和参考臂的自由端外侧分别连接相同的约束阻尼器，约束阻尼器的外壳 固联于辅助支撑上，电涡流位移传感器安装在位移测量臂的自由端，与参考臂自由端构成 测量位移的相对参考点； 测量电路固定在被测转轴上，输出激励到涡流传感器，涡流传感器信号输入到测量电 路，测量电路根据采集信号计算出实时扭矩载荷数据。
2. 根据权利要求1所述基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置，其特征在 于，所述约束阻尼器可选机械阻尼或液体阻尼，根据测量范围和分辨率要求选择阻尼器性 能参数。
3. 根据权利要求1所述基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置，其特征在 于，所述位移测量臂和参考臂结构相同，采用了高刚度的梯形梁结构，梁结构表面设置约束 阻尼层和粘弹层，受到振动作用时，阻尼层发生剪切变形使机械振动的能量转化成热能。
4. 根据权利要求1所述基于电涡流相对位移测量的转轴扭矩在线测试装置，其特征在 于，所述被测轴上的辅助支撑上固联一对约束阻尼器，一对约束阻尼器一端固定在辅助支 撑上，另一端固定在测量臂和参考臂上。
【文档编号】G01L3/00GK204064527SQ201420309255
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】齐红丽, 吉小军, 江舒, 戚培芸, 冯伟, 林杰俊 申请人:中国船舶重工集团公司第七0四研究所