一种发动机扭矩测量装置的制作方法

本发明涉及一种发动机输出扭矩测量装置，具体涉及应用于以轴功率输出为主的小型燃气涡轮发动机，通过测量齿轮轴的轴向力对发动机输出扭矩进行实时测量的装置。

背景技术：

对以轴功率输出为主的燃气涡轮发动机，例如燃气轮机、涡轴发动机和涡桨发动机等，对其输出扭矩进行实时测量是必要的监控手段。一方面可监测发动机的负载状态，为操作人员提供依据；另一方面在发动机输出扭矩过大时，采取必要措施确保发动机轴系不因过载而引发事故。

目前，对燃气涡轮发动机输出轴进行精确测量仍然是具有挑战性的问题。现有燃气涡轮发动机的扭矩测量装置多是通过测量油压的方法进而测量发动机的输出扭矩，例如通过测量压力容腔内的压力间接测量齿轮轴的轴向力，从而实现对发动机扭矩的测量。由于油压的建立需要时间，所以该类装置测量的数据具有严重的滞后性；并且由于影响油压的因素较多，例如齿轮箱压力波动、供油管路堵塞等，导致扭矩测量的可靠性较低。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述缺点和不足，本发明提出了一种小型燃气涡轮发动机扭矩测量装置，基于测量弹簧压缩变形，并将变形量与电流信号关联，通过测量齿轮系的轴向力间接测量发动机输出扭矩，从而提高扭矩测量的响应速度，并且由于测量误差只受弹簧组弹性系数测量和电源电压稳定性等少量因素的影响，所以测量精度和可靠性高。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种发动机输出扭矩测量装置，所述发动机的前端设置输入齿轮轴、中间齿轮轴和输出齿轮轴，所述输入齿轮轴通过一与所述中间齿轮轴啮合的圆柱斜齿轮将发动机涡轮的功率传递至中间齿轮轴，所述中间齿轮轴通过另一与所述输出齿轮轴啮合的圆柱斜齿轮将功率传递至所述输出齿轮轴，所述输出齿轮轴与外部负载联接，其特征在于，

所述中间齿轮轴的前端设置一台阶孔，所述台阶孔中设置有角接触球轴承，所述角接触球轴承的外环固定设置在所述中间齿轮轴前端内孔上，所述角接触球轴承的内环中固定设置一扭矩活塞，所述扭矩活塞的前方设置一扭矩活塞接触测力器，其中，

所述扭矩活塞接触测力器包括一受压环和一滑动电阻器，所述滑动电阻器上设置有滑片，所述滑片的外侧与所述受压环的内侧固定连接，所述受压环或所述滑片的内侧通过一弹性部件抵接在所述滑动电阻器的本体上；当所述受压环的外侧受压时可带动所述滑片在所述滑动电阻器的滑杆上向所述滑动电阻器的固定端滑动，此时所述弹性部件处于压缩状态；当所述受压环的外侧不受压时，所述弹性部件推动所述受压环移动至所述滑动电阻器滑杆的自由端；

当所述发动机不对外输出轴功率时，所述扭矩活塞的前端与所述受压环的外侧具有一轴向间隙；当所述发动机对外输出轴功率时，所述扭矩活塞的前端与所述受压环的外侧抵接并推动所述受压环移动；

所述滑动电阻器与一外部电源和一电流表构成回路。

优选地，所述中间齿轮轴的前后两端分别设置一滚棒轴承，所述滚棒轴承用以支承所述中间齿轮轴并承受径向载荷。

优选地，所述扭矩活塞接触测力器还包括一支撑壳体，所述支撑壳体的开口端抵接在所述中间齿轮轴前端的轴承座上，由此所述支撑壳体与扭矩活塞形成一密闭空腔。

进一步地，所述支撑壳体的开口端与所述中间齿轮轴前端轴承座之间设置有密封件。

进一步地，所述滑动电阻器的末端固定设置在所述支撑壳体上。

进一步地，所述弹性部件的末端固定设置在所述滑动电阻器上一靠近所述支撑壳体的环状法兰面上。

优选地，所述中间齿轮轴前端的台阶孔中还设置一挡板，所述挡板被所述角接触球轴承抵接在所述台阶孔的台阶面上。

进一步地，所述受压环和所述滑动电阻器的滑杆之间设置有径向间隙，当所述弹性部件处于压缩状态时，所述支撑壳体内部空腔中的润滑油可通过所述径向间隙进入所述扭矩活塞的内孔，并进而通过所述扭矩活塞与挡板构成的通道流向所述角接触球轴承和所述中间齿轮轴前端的滚棒轴承，对轴承进行润滑和冷却。

进一步地，所述扭矩活塞的前端设置有导向环，所述导向环可沿所述支撑壳体的内周壁前后滑动。

优选地，所述扭矩活塞的本体上设置一台阶面，所述角接触球轴承的内环固定在所述扭矩活塞的台阶面上。

优选地，所述滑动电阻器为高阻值电阻器。

优选地，所述弹性部件为压缩弹簧组。

优选地，所述发动机为小型燃气涡轮发动机。

同现有技术相比，本发明的小型燃气涡轮发动机扭矩测量装置，由于是通过测量接触式轴向力来测量发动机的扭矩，具有响应迅速的特点；整个测量系统的测量误差只受弹簧组弹性系数测量和电源电压稳定性等少量因素的影响，所以测量精度和可靠性高；由于采用多个弹簧构成的弹簧组作为弹性抗压元件，可实现系列化和标准化设计。

附图说明

图1为本发明的发动机扭矩测量装置的结构示意图；

图2为本发明的发动机扭矩测量装置的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

如图1、2所示，本发明的发动机输出扭矩测量装置，发动机优选地为小型燃气涡轮发动机，发动机的前端设置输入齿轮轴1、中间齿轮轴2和输出齿轮轴3，输入齿轮轴1通过一与中间齿轮轴2啮合的圆柱斜齿轮102将发动机涡轮的功率传递至中间齿轮轴2，中间齿轮轴2通过另一与输出齿轮轴3啮合的圆柱斜齿轮203将功率传递至输出齿轮轴3，输出齿轮轴3与外部负载联接，实现功率从动力向负载的传递。中间齿轮轴2的前后两端分别设置一滚棒轴承81、82，滚棒轴承81、82用以支承中间齿轮轴2并承受径向载荷。

为了减小扭矩测量处的载荷，适合在转速较低、负载适中的中间齿轮前端进行扭矩测量，两对圆柱斜齿轮102、203的作用之一就是使扭矩的传递具有轴向分量，该轴向力向前推动中间齿轮轴2。为此，在中间齿轮轴2的前端设置一台阶孔，台阶孔中设置有角接触球轴承4和一挡板9，挡板9被角接触球轴承4抵接在台阶孔的台阶面上。角接触球轴承4的外环固定设置在中间齿轮轴2前端的内孔上，角接触球轴承4的内环中固定设置一扭矩活塞5，扭矩活塞5的前方设置一扭矩活塞接触测力器6。

扭矩活塞接触测力器6包括一受压环61和一滑动电阻器64，扭矩活塞接触测力器6还包括一支撑壳体，支撑壳体的开口端抵接在中间齿轮轴2前端的轴承座上，由此支撑壳体与扭矩活塞形成一密闭空腔。支撑壳体的开口端与中间齿轮轴2前端轴承座之间设置有密封件。压缩弹簧组62的末端固定设置在滑动电阻器64上一靠近支撑壳体的环状法兰面上。扭矩活塞5的前端设置有导向环，导向环可沿支撑壳体的内周壁前后滑动。扭矩活塞5的本体上设置一台阶面，角接触球轴承4的内环固定在扭矩活塞5的台阶面上。滑动电阻器64的末端固定设置在支撑壳体的底壁上，滑动电阻器64上设置有滑片63，滑片63的外侧与受压环61的内侧固定连接，受压环61或滑片63的内侧通过一压缩弹簧组62抵接在滑动电阻器64的本体上；当受压环61的外侧受压时可带动滑片63在滑动电阻器64的滑杆上向滑动电阻器64的固定端滑动，此时压缩弹簧组62处于受压缩状态；当受压环61的外侧不受压时，压缩弹簧组62推动受压环61移动至滑动电阻器64滑杆的自由端；当发动机不对外输出轴功率时，扭矩活塞5的前端与受压环61的外侧具有一轴向间隙△1；当发动机对外输出轴功率时，扭矩活塞5的前端与受压环61的外侧抵接并推动受压环61移动；滑动电阻器64与一外部电源7和一电流表构成回路。

通过角接触球轴承4将中间齿轮轴2的轴向力传递至扭矩活塞5上并使其向前端移动，当轴向间隙△1变为0时，扭矩活塞接触测力器6的受压环61，受压环压缩弹簧组62并向前方移动。受压环61移动使得设置于其上的滑片63也向前移动，从而改变了高阻值滑动电阻器64接入稳压电源电路7的电阻值，通过测量该电路中的电流即可测量出弹簧组的压缩量，通过胡克定律即可计算出齿轮轴的轴向力，进而通过圆柱斜齿轮的受力分析可计算出中间齿轮轴传递的扭矩，进而可得到发动机的输出扭矩。

受压环61和滑动电阻器64的滑杆之间设置有径向间隙△2，当压缩弹簧组62处于压缩状态时，支撑壳体内部空腔中的润滑油可通过径向间隙△2进入扭矩活塞5的内孔，并进而通过扭矩活塞5与挡板9构成的通道△3流向角接触球轴承4和中间齿轮轴2前端的滚棒轴承81，对轴承进行润滑和冷却。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。