弹簧马达扭矩测量装置的制作方法

[0001]
本发明涉及扭矩测量技术领域，特别涉及一种弹簧马达扭矩测量装置。


背景技术：

[0002]
弹簧马达在生产、维修检测及使用前需要对用于弹簧马达的扭矩进行测量。传统测量方式中，采用弹簧式测力器进行测试，弹簧式测力器如图1所示，第一弹簧200通过拉线缠绕在第一轮盘100上，第一轮盘100连接弹簧马达的输出轴，且和弹簧马达的输出轴同轴设置，第一轮盘100上设有指针，弹簧式测力器的箱体一侧设有力矩刻度。测量时，随着扭矩加载第一轮盘100会随着弹簧马达的输出轴转动，使第一弹簧200拉伸，从而测得力矩，测量过程中存在附加转角的弊端，导致弹簧马达的上紧(加载)圈数与输出扭矩的对应关系存在较大失真。此外，由于第一弹簧200和其外侧筒壁的摩擦以及长期使用后弹性系数的变化，每次使用时都需要长时间的调校。由于实际制造中无法保证第一弹簧200的弹性系数满足设计要求，因此弹簧式测力器还设置了第二轮盘400和第二弹簧500来进行调节。由于结构的限制，刻度盘的分划为2n
·
m，这个测量精度不高，从而导致测量结果准确度差，可靠性不高。


技术实现要素：

[0003]
本发明提出一种弹簧马达扭矩测量装置，解决现有技术中存在的附加转角弊端，以及测量精度不高和装调不方便的问题。
[0004]
本发明的一种弹簧马达扭矩测量装置，包括：底座、加力器、扭矩传感器和测试仪，所述测试仪包括：测量电路、数字计数器和数字电压表，所述加力器和扭矩传感器安装在底座两端，所述加力器用于带动所述待测弹簧马达的输入轴转动，并将待测弹簧马达的转动圈数发送至所述计数器；
[0005]
所述扭矩传感器包括：箱体、扭力轴和应变片，所述箱体安装在底座上，扭力轴一端固定在箱体第一侧壁上，另一端穿出与第一侧壁相对的第二侧壁，用于连接待测弹簧马达的输出轴，所述应变片设置在扭力轴上，用于感应扭力轴的扭矩，所述箱体上还设有连接所述应变片的传输接头；
[0006]
所述测量电路将扭矩信号转换成电压信号，并将此电压信号经放大、滤波处理后发送至所述数字电压表。所述数字计数器用于对所述转动圈数计数并显示，所述数字电压表用于根据预先标定的扭矩与电压的关系，将扭矩转换成电压显示。
[0007]
其中，所述扭力轴上沿轴对称设有两个应变片，每个应变片上各设有两个感应电阻，两个感应电阻沿扭力轴的轴线对称设置，且与扭力轴的轴线呈45
°
夹角。
[0008]
其中，所述扭力轴穿出第二侧壁的孔处设有轴承。
[0009]
其中，所述加力器包括：壳体、蜗杆、蜗轮、手柄和圈数传感器，所述蜗杆和蜗轮设置在壳体内，蜗杆与蜗轮啮合，手柄连接蜗杆，所述蜗轮中心设有与待测弹簧马达的输入轴连接的连接轴，所述圈数传感器设置在壳体上，其感应头伸入壳体内，与设置在蜗杆上的感
应块对应设置，所述圈数传感器连接所述数字计数器。
[0010]
其中，所述蜗杆和蜗轮的齿比为50:1，且蜗杆的侧壁上轴对称设有两个感应块。
[0011]
其中，所述测量电路包括：仪表放大器和低通滤波器，所述仪表放大器输入端连接所述应变片，输出端连接所述低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接所述数字电压表。
[0012]
其中，所述仪表放大器型号为ad624ad。
[0013]
其中，所述低通滤波器为三级切比雪夫低通滤波器。
[0014]
其中，所述底座上设有滑轨，滑轨上设有卡锁位，所述箱体可滑动地安装在滑轨上，箱体上设有与卡锁位锁定的卡锁头。
[0015]
本发明的弹簧马达扭矩测量装置通过扭力轴和应变片组成扭矩传感器，在测量时，扭力轴不随弹簧马达输出轴转动，而是通过应变片感应扭力轴的微变形来测量扭矩，避免了附加转角的弊端，使得弹簧马达的上紧(加载)圈数与输出扭矩的对应关系更准确；而且预紧扭矩的装调更方便，精确度高，测量结果更准确，且可靠性高。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]
图1为现有技术中的弹簧式测力器结构示意图；
[0018]
图2为本发明的一种弹簧马达扭矩测量装置(测量状态)结构示意图；
[0019]
图3为图2中弹簧马达扭矩测量装置(标定状态)结构示意图；
[0020]
图4为图2中弹簧马达扭矩测量装置的扭矩传感器的结构示意图；
[0021]
图5为图4的侧视图；
[0022]
图6为图2弹簧马达扭矩测量装置中测量电路图；
[0023]
图7～10分别为图6按十字分割后左上、右上、左下及右下部分电路的放大示意图。
具体实施方式
[0024]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]
本实施例的弹簧马达扭矩测量装置如图2～5所示，包括：底座1、加力器2、扭矩传感器3和测试仪4，测试仪4包括：测量电路、数字计数器和数字电压表，加力器2和扭矩传感器3安装在底座1两端，加力器2用于带动待测弹簧马达8的输入轴转动，并将待测弹簧马达8的转动圈数发送至测试仪4的数字计数器。
[0026]
如图4和5所示，扭矩传感器3包括：箱体31、扭力轴32和应变片33，箱体31安装在底座1上，扭力轴32一端固定在箱体31第一侧壁上，另一端穿出与第一侧壁相对的第二侧壁，用于连接待测弹簧马达8的输出轴，应变片33设置在扭力轴32上，且连接测量电路，应变片
33用于感应扭力轴32的扭矩，并将扭矩转换成电压信号；箱体31上还设有连接应变片33的传输接头35，在使用时，通过传输接头35接线至测试仪4。
[0027]
测量电路用于将电压信号经过放大、滤波处理后发送至数字电压表，数字计数器用于对转动圈数计数并显示，数字电压表用于根据预先标定的扭矩与电压的关系，将扭矩转换成电压显示。如图2和3中，测试仪4的两个屏幕分别显示圈数和扭矩。
[0028]
在测量时，将待测弹簧马达8放在底座1上，输入轴连接加力器2，输出轴连接扭力轴32，加力器2带动输入轴转动，从而对输出轴施加一个扭矩，输出轴连接的扭力轴32一端是固定的，无法转动，但扭力轴32在输出轴对其施加扭矩的作用下会发生微应变，由应变片33构成的电桥感应这种微应变并产生相应的电压信号，电压信号经测量电路处理后变为电压表可显示的扭矩值。同时加力器2将感应的圈数发送至计数器显示，从而可以查看扭矩和圈数的对应关系。由于扭力轴32并未转动一定角度，避免了附加转角的弊端，使得弹簧马达的上紧(加载)圈数与输出扭矩的对应关系更准确。
[0029]
当然，数字电压表本是显示电压值，若要显示扭矩值，则在弹簧马达扭矩测量装置正式使用前需要进行标定，如图3所示，将扭矩传感器3安装在底座1上，使扭力轴32朝向背离加力器2的一侧，在扭力轴32上安装标定绳盘6，砝码7通过绳子缠绕在标定绳盘6上，使绳子沿标定绳盘6的侧面槽内下垂，且使得绳子垂直于扭力轴32的轴线。此时砝码7施加一个对扭力轴32的扭矩，这个扭矩是确定的(砝码所受重力乘以标定绳盘6的半径)，调节测量电路中放大器的放大系数，使其输出电压数值等于扭矩值，从而使得数字电压表能显示相应的扭矩。标定完成后便可以如图2那样测量待测弹簧马达8的扭矩，这种标定操作更方便，精确度高，使得测量结果准确、可靠。
[0030]
需要说明的是：标定时分为顺时针和逆时针对扭力轴32施加力矩，标定得到两组电压值和扭矩值的对应关系；测量时，待测弹簧马达输入轴顺时针和逆时针转动，测试仪4也分为顺时针和逆时针两个状态，在待测弹簧马达输入轴顺时针转动时，测试仪4的拨杆拨到顺时针状态，利用顺时针标定时得到的电压值和扭矩值的对应关系显示扭矩。
[0031]
本实施例中，扭力轴32上沿轴对称设有两个应变片33，每个应变片33上各设有两个感应电阻，两个感应电阻沿扭力轴的轴线对称设置，且与扭力轴的轴线呈45
°
夹角，根据材料力学可知，扭矩主应力方向沿轴线45
°
传递，因此夹角为45
°
。对称设置两个应变片33，能够实现对扭力轴32的弯矩补偿，使得测量结果更准确。两个感应电阻沿扭力轴的轴线对称设置，且与扭力轴的轴线呈45
°
夹角时等效一个(全)桥式检测电路，该桥式检测电路将此旋转应力的微变形转换为电压信号。
[0032]
扭力轴32穿出第二侧壁的孔处设有轴承34，轴承34避免扭力轴32和第二侧壁的孔壁之间摩擦，使得扭曲的力完全传递到扭力轴32上。
[0033]
本实施例中，加力器2包括：壳体21、蜗杆、蜗轮、手柄22和圈数传感器23，蜗杆和蜗轮(图中未示出)设置在壳体21内，蜗杆和蜗轮啮合，手柄22连接蜗杆，转动手柄22使蜗杆转动，蜗轮中心设有与待测弹簧马达8的输入轴连接的连接轴，圈数传感器23设置在壳体21上，其感应头伸入壳体21内，与设置在蜗杆上的感应块对应设置，圈数传感器23连接数字计数器。圈数传感器23可以是接近开关传感器，当感应头接近感应块时，圈数传感器23会向数字计数器发送一个计数信号。
[0034]
进一步地，蜗杆和蜗轮的齿比为50:1，且蜗杆的侧壁上轴对称设有两个感应块。蜗
杆转50圈，蜗轮转1圈，即待测弹簧马达8的输入轴转1圈，由于蜗杆的侧壁上轴对称设有两个感应块，蜗杆转一圈，圈数传感器23会发出两个计数信号，因此，数字计数器每收到一个计数信号，表示弹簧马达8的输入轴转动了0.01圈，即圈数的计数精度和分辨率均为0.01。砝码7的质量为10kg
±
10g，扭矩量程：0～100n
·
m，分辨率：0.1n
·
m，精度：0.2n
·
m。
[0035]
测量电路包括：仪表放大器和低通滤波器，所述仪表放大器输入端连接所述应变片，输出端连接所述低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接所述数字变压器。
[0036]
仪表放大器型号为ad624ad，低通滤波器为三级切比雪夫低通滤波器。仪表放大器具有较高的放大倍数，能够将扭矩传感器3的应变片33所构成的电桥的微小的电压变化放大到数字电压表能够显示的精度范围内，三级切比雪夫低通滤波器对放大后的电压信号进行滤波，提高了测试仪的抗干扰能力，使得最终的电压信号更准确。
[0037]
具体电路结构如图6～10所示，两个应变片33上的共四个感应电阻rc1～rc4形成传感器电桥，传感器电桥的两个输出端，一个输出高电位，一个输出电位，并分别通过一路仪表放大器和三级切比雪夫低通滤波器放大滤波后输入到数字电压表，三级切比雪夫低通滤波器之后的放大器u2b和u4b经过再一次放大后输入数字电压表。图9和图10示出了电源电路和圈数传感器(接近开关)和数字计数器连接的电路。
[0038]
测量电路可以设于测试仪4内，这样加力器2中的圈数传感器23和扭矩传感器3中的应变片33通过接口及相应数据线连接到测试仪4即可，将机械结构部分和电路部分相分离，便于后期检测及维修。
[0039]
底座1上设有滑轨5，滑轨5上设有卡锁位51，箱体31可滑动地安装在滑轨5上，以适应不同大小的待测弹簧马达8，箱体31上设有与卡锁位51锁定的卡锁头36，卡锁头36避免箱体31横向滑动。
[0040]
本发明的弹簧马达扭矩测量装置克服了早期弹簧式测力器加载中存在附加转角的弊端，设备的调校时间由原先的1小时缩短为15分钟；对预紧扭矩的装调更为准确、方便；精度和分辨率均较老装备提高了10倍。
[0041]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。