带转速测量的动态扭矩测量传感器的制作方法

本发明涉及一种带转速测量的动态扭矩测量传感器，是具有转速测量功能的高速高精度动态扭矩测量传感器。

背景技术：

工业测试领域中，常需使用动态扭矩测量传感器，对动力传递系统回转运动过程中扭矩的大小进行动态测量。依据工作时的运动状态，动态扭矩测量传感器可分为回转运动部分及静止部分，运动和静止部件间电信号的稳定传递是保证动态扭矩测量传感器性能的关键技术，当前主要的技术方案有两种，碳刷供电技术及感应供电技术。采用碳刷供电时，动扭传感器的制造成本低，技术难度小，但碳刷供电零部件自身体积小，刚性弱，加工及装配精度不易控制，所以采用该技术的动态扭矩传感器存在工作转速小，信号传输不稳定，个体间性能差异大，维护间隔周期短等问题。感应供电技术解决了碳刷供电技术存在问题，但却存在机械、电子部件结构复杂，易受外界干扰，成本高，调试维修困难等不足。

技术实现要素：

本发明提供了一种带转速测量功能的高速高精度动态扭矩测量传感器，采用整体式导电滑环作为供电部件，对动态扭矩传感器的结构进行了改进，动扭传感器的工作转速、稳定性等综合性能得到了显著提升，该技术同时兼具碳刷供电技术及感应供电技术的的优点，也有效解决了当前动态扭矩传感器存在的不足。

为实现上述目的，本发明的带转速测量的动态扭矩测量传感器，其特征在于；包括整体式导电滑环、弹性体主轴、轴承、壳体和紧固螺钉，所述整体式导电滑环具有可相对旋转运动的内圈和外圈，且内圈和外圈分别引出多路导线，导线在滑环内部相连通，所述整体式导电滑环套穿在所述弹性体主轴上，所述弹性体主轴通过轴承可旋转地支撑在所述壳体上，所述内圈借助螺钉固定在所述弹性体主轴上，从而能够与所述弹性体主轴一起转动，所述外圈通过止动螺钉固定在所述壳体上，滑环内圈导线与所述弹性体主轴上的应变片相连，滑环外圈导线与壳体上的插座相连，从而通过整体式导电滑环进行传感器动、静部件间电压及电信号的传递。

优选所述整体式导电滑环具有转速测量功能，其工作转速最高可达20000r/min。

优选滑环出线为六根，其中两条导线为转速信号线。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、稳定性好。采用整体式导电滑环，电信号传输受零部件加工精度及装配误差的影响大为减小，显著提高了动扭传感器的工作稳定性，同时传感器间的性能差异减小，一致性好。

2、工作转速高。整体式导电滑环自身的制造装配精度高，信号传输性能优良，工作转速范围宽，大大拓宽了动扭传感器的工作速度范围，可适应高转速的使用条件，最高工作转速可达20000转/分钟。

3、可附加转速测量功能。采用具有转速测量功能的整体式导电滑环，可使动扭传感器在外形基本不变的条件下，附加测量转速的功能，输出转速方波信号。转速检测配合扭矩测量，拓展了动扭传感器的使用范围，为工业智能化提供支持。

4、测量精度高。通过传感器弹性体的优化设计及高精度加工，扭矩测量精度可达0.1％。

5、易于装配。将动态扭矩传感器的主要零部件减少至8个，大大减少了零件数量，简化了装配流程，缩短了生产周期。

6、寿命长。整体式导电滑环的维护周期最高可达一亿转，延长了动态扭矩传感器的使用寿命。

7、可满足多领域的定制化需求。整体式导电滑环自身结构紧凑，体积小巧，可依据客户不同使用场合、环境的需求，对动扭传感器外形尺寸进行定制化设计。

附图说明

图1是动态扭矩传感器剖面结构图。

图2是动态扭矩传感器外观图。

图3是动态扭矩传感器弹性体主轴结构图。

图4是动态扭矩传感器导电滑环结构图。

图5是动态扭矩传感器轴承结构图。

图6是动态扭矩传感器轴承结构图。

图7是动态扭矩传感器止动螺钉结构图。

图8是动态扭矩传感器壳体结构图。

图9是动态扭矩传感器壳体剖面结构图。

图10是动态扭矩传感器前盖结构图。

图11是动态扭矩传感器底盖板结构图。

图12是动态扭矩传感器输出插座结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明所述动态扭矩传感器的结构组成主要包括：弹性体主轴1、导电滑环2、轴承3、轴承4、止动螺钉5、外壳6、前盖7、底盖板8、输出插座9。

1、弹性体主轴1

如图3所示，弹性体主轴为动态扭矩传感器的核心部件，粘贴在1.1圆柱表面的应变计将工作过程中的变形量转换为电信号，根据所测目标扭矩值的大小，弹性体主轴可选用不同的材料，弹性体主轴1的结构尺寸也会有差异。

2、整体式导电滑环2

如图4所示，用于动态扭矩传感器工作过程供电及传递信号，导电滑环2为整体件，分为外圈2-I、内圈2-II，两者可相对转动，且内外圈分别引出多路导线，导线在滑环内部相连通。区别于分体式电刷供电结构，其工作性能更为稳定，寿命更长。

通过采用具有转速测量功能的导电滑环，可使动态扭矩测量传感器具备转速测量的功能，相较于无转速测量功能的导电滑环，滑环高度h约增加4mm，直径D保持不变，滑环出线2.3由四根变为六根，多出的两条导线为转速信号线，滑环内外圈相对转动时，信号线输出表征转速的方波信号。

整体式导电滑环2套穿在弹性体主轴1上，滑环的内圆柱面2.1与弹性体主轴1外圆柱面1.2同轴接触配合，并使用4枚紧固螺钉，分别通过内圈上的贯穿孔2.4旋入主轴螺纹孔1.3，使导电滑环2的内圈与弹性体主轴连接紧固。

3、轴承3、轴承4

如图5、图6所示，由于传感器使用过程中受轴向力较小，这里的轴承采用深沟球轴承，该实施例中使用的轴承3、轴承4为同一型号。

两轴承内圆柱面3.1、4.1分别与弹性体主轴1的外圆柱面1.4、1.5同轴接触配合，两轴承外圆柱面3.2、4.2分别与前盖内圆柱面7.1及外壳6的内圆柱面6.1同轴接触配合。

4、止动螺钉5

如图7所示，止动螺钉5用于固定整体式滑环2的外圈，本实施例选用的是十字槽盘头螺钉，规格M3×10，需注意螺钉长度不宜太长，以防干扰内外圈的相对转动。

止动螺钉5从壳体6螺纹孔6.2旋入，再穿入导电滑环外圈通孔2.2，限制导电滑环2外圈的旋转。

5、外壳6

动态扭矩传感器外壳6内部结构如剖面图如图8所示、外形如图9所示，外壳6的主要功能为容纳、支撑弹性体主轴1、导电滑环2等其他零部件，并起到保护作用，使其内部零部件免受外力作用或外界杂质污染，影响使用性能。外壳7材料选用普通碳素结构钢即可。

外壳6底部两侧各有两个螺纹孔6.4，用于整个动态扭矩传感器在使用过程中的安装固定。

6、前盖7

如图10所示，前盖7的做用是支撑轴承3，并对动扭传感器的内腔起到密封保护作用，其制造材料与外壳7相同。

前盖7的内圆柱面7.1与轴承3的外圆柱面3.1同轴配合，前盖7的外圆柱面7.2与外壳6的内圆柱面6.3同轴配合，同时前盖7的圆环面7.3与外壳6圆环面6.5接触配合，并使用4枚紧固螺钉穿过前盖7上通孔7.4旋入壳体6的螺纹孔6.6内，对前盖7进行连接紧固。

7、底盖板8

如图11所示，底盖板8的作用是对壳体6的下底面开口进行密封，所用材料与壳体6相同。

使用4枚紧固螺钉，穿过底盖板8的4个通孔8.1旋入壳体6下端面的4个螺孔6.7内，使底盖板8平面8.2与壳体6下平面6.8贴合，实现底盖板8与壳体6的紧固连接。

8、插座9

如图12所示，插座9本实施例选用铝制四芯插座，用于对传感器进行供电以及信号输出。

插座9外圆柱面9.1插入外壳6下部通孔6.9中，再用4枚紧固螺钉穿过插座上通孔9.2，并旋入外壳7上的螺纹孔6.10，使面9.3与外壳6的侧平面6.11贴合，将其固定。

当采用具有转速测量的导电滑环时，插座9应为6芯。

通过采用具有转速测量功能的整体式导电滑环，即可使动态扭矩测量传感器在体积基本不增加的基础上具备可靠的转速测量功能。传感器主轴转动时，滑环的转速信号线输出表征转速的方波信号

通过采用高速导电滑环，即可使动态扭矩传感器进行高速旋转状态下的扭矩测量，最高转速可高达数千万转每分钟。

动态扭矩测量传感器工作转速最高可达20000r/min。

通过结合有限元方法对动态扭矩测量传感器的弹性体进行优化设计，可采用车铣复合加工中心对弹性体主轴进行加工，保证弹性体表面质量与加工精度。