专利名称：夹环式扭矩传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量传动轴扭矩的传感器，它是一种根据电阻应变片测量原理设计的、可实现快速安装的扭矩传感器。
背景技术：
目前，扭矩传感器的种类很多，但它们对使用环境、传动轴结构、尺寸、材质、安装条件等会提出各种各样的要求，适用于不同的应用场合；当要应用于环境比较恶劣的工业现场，且不允许改动现有设备时，公知比较好的方法是在传动轴上粘贴电阻应变片、组成电桥，即以传动轴作为弹性体，现场构造一个电阻应变型的扭矩传感器，来测取传动轴扭矩；但这种方法由于需要专业人员现场操作，所以停机等待时间较长，且由于环境、胶粘剂、粘贴工艺等方面的原因，长期使用时稳定性较差，测量误差会愈来愈大。
发明内容
为克服专业人员现场构造扭矩传感器导致停产等待时间过长，且长期使用时测量误差变大的不足，本发明设计出一种无需专业人员即可实现快速安装，且长期稳定性很高的扭矩传感器——夹环式扭矩传感器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是将两个半环形的扭矩传感器，相对装夹在传动轴上，并保证有足够的夹紧力，形成一个紧紧夹在传动轴上的夹环式扭矩传感器；夹环式扭矩传感器两端与传动轴接触、夹紧，传感器中间镂空，形成圆弧形变截面梁，梁的中部横截面积最小，在其上下表面粘贴应变片，测取该截面上的剪切变形。当传动轴有扭矩作用时，夹环式扭矩传感器两端所对应的传动轴横截面必然产生与扭矩大小成正比的相对扭转角，由于夹环式扭矩传感器两端夹紧在传动轴上，因此传动轴上的相对扭转角被传递到传感器两端，忽略传递损失(本设计很小)，则传感器将同步产生相同的相对扭转角；由于夹环式扭矩传感器采用变截面设计，中部横截面积最小、刚度最小，从而使整个传感器的相对扭转角主要发生在中部；又由于剪应变与相对扭转角成正比，与发生相对扭转角的两横截面间的距离成反比，因此夹环式扭矩传感器中部的剪应变将大于传动轴上的剪应变，也就是说，采用变截面设计的夹环式扭矩传感器不仅能产生与传动轴扭矩成正比的剪应变，而且该剪应变还大于传动轴上的剪应变，即具有应变放大功能，更有利于小信号的检测。传感器事先在实验室环境下制作，进行必要的补偿、防护，因此长期的工作稳定性可以得到很好的保证。传感器采用半环形设计，安装时只需拧紧几根螺栓即可，从而实现了传感器的快速安装。此外，传感器两端与传动轴接触部位采用尖齿形设计，在夹紧力的作用下，两表面相互挤压变形、形成微量的“啮合”，从而最大限度地避免了传感器与传动轴间的相对滑动，提高了相对扭转角在传动轴——传感器间传递的可靠性，从而有效地保证了传感器的测量精度和工作稳定性。
本发明的有益效果是传感器事先在实验室环境下制作，从而保证了传感器长期使用时的稳定性；采用半环形结构、螺栓/螺母安装固定，实现了传感器的快速安装；传感器采用变截面设计，从而使其具有应变放大功能，有利于小信号的检测；传感器尖齿形的接触面，提高了信号传递的可靠性，使传感器的测量精度和稳定性得到保证。
下面结合附图和实施例对本发明给予进一步说明。
附图是本发明的安装结构示意中1.传动轴，2.电阻应变片，3.夹环式扭矩传感器弹性体，4.螺栓，5.螺母。
具体实施例方式
在实验室环境下，将电阻应变片(2)粘贴到夹环式扭矩传感器弹性体(3)上，并进行必要的组桥、补偿、防护、标定，制成夹环式扭矩传感器；用螺栓(4)、螺母(5)将夹环式扭矩传感器装夹在传动轴(1)上，并施加尽可能大的夹紧力，为防止长期使用时，螺栓螺母松动，螺母(5)采用防松螺母，必要时可将其与螺栓焊牢；传感器两端的尖齿形接触面，在夹紧力的作用下与传动轴表面“啮合”，当有扭矩作用到传动轴上时，扭矩使传感器两端对应的传动轴横截面产生相对扭转角，传动轴/传感器“啮合”面将此相对扭转角传递给传感器；传感器的变截面设计，使该相对扭转角集中发生在传感器中部，使中部获得了更大的、与传动轴扭矩成比例的剪切变形，粘贴在传感器中部的应变片将该变形转换为电信号输出，即实现了对传动轴扭矩的测量。
权利要求
1.一种夹环式扭矩传感器，其特征是两个半环形的扭矩传感器，用螺栓/螺母装夹在传动轴上，组成一个完整的夹环式扭矩传感器，传感器两端与传动轴夹紧，使传动轴上与扭矩成正比的剪切变形被传递到传感器上，由粘贴在传感器上的“应变片”测取该变形，从而得到传动轴的扭矩信号。
2.根据权利要求1所述的夹环式扭矩传感器，其特征是传感器仅在两端与传动轴表面接触，中间镂空，形成圆弧形变截面梁，中部粘贴应变片处横截面积小，刚度小，两侧横截面积大，刚度大，从而使整个传感器与传动轴同步的剪切变形，集中发生在其中部，从而起到对传动轴剪切变形进行放大的作用。
3.根据权利要求1所述的夹环式扭矩传感器，其特征是传感器仅在两端与传动轴表面接触，其与传动轴相接触的表面，采用尖齿形设计，利用螺栓/螺母施加夹紧力，使两表面挤压变形、相互“啮合”，从而使传动轴的剪切变形能可靠地传递给传感器。
全文摘要
一种获取传动轴扭矩信号的夹环式扭矩传感器。该传感器采用半环形设计，只需螺栓/螺母即可将传感器快速装夹到传动轴上，当传动轴承受扭矩时，传动轴上与扭矩成正比的剪切变形，被传递到传感器弹性体上，在传感器弹性体上粘贴应变片，从而得到该传动轴的扭矩信号；传感器弹性体采用变截面设计，其中部的横截面积小，两侧的横截面积大，使粘贴在中部的应变片能感受大于传动轴表面的应变，从而使传感器具有应变放大的功能，更有利于小信号的检测；传感器两端与传动轴接触部位，采用尖齿形设计，在夹紧力的作用下，使两表面挤压变形、相互“啮合”，最大限度地提高了扭矩信号传递的可靠性，使传感器的测量精度和工作稳定性都得到提高。
文档编号G01L3/00GK1752725SQ200510115149
公开日2006年3月29日 申请日期2005年11月15日 优先权日2005年11月15日
发明者吴伯农, 孟荣光 申请人:北方工业大学