用于高弹性联轴器的监测装置的制作方法

本实用新型涉及机械技术领域，具体涉及一种用于高弹性联轴器的监测装置。

背景技术：

高弹性联轴器是传动系统中的常用部件，通常包括弹性元件、膜片组件以及其他金属元件。利用弹性元件，高弹性联轴器可以补偿由其相连的机器各自的轴线间的径向位移、轴向位移和角向位移，从而保证扭转的传递。

已知的是，当高弹性联轴器在负载作用下运行时，其弹性元件会发生弹性变形。当变形量超过弹性元件的可逆形变上限时，弹性元件会由于发生塑性变形或断裂等原因而失效，则高弹性联轴器就会损坏。另一方面，如果弹性元件表面的温升过快，或其表面绝对温度过高，弹性元件也会由于发生塑性变形或热老化等原因而失效，则高弹性联轴器同样会损坏。因此，高弹性联轴器的弹性元件的扭转角和温度能够反映其运行状况。换句话说，监测扭转角、温度这些主要性能参数对于判断高弹性联轴器的弹性元件的运行状况是十分重要的。

出于以上原因，需要提供一种能够适用于高弹性联轴器的弹性元件以监测其扭转角和温度的装置。

为此，本实用新型提供了一种用于高弹性联轴器的监测装置，以至少部分地解决以上问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本实用新型公开了一种用于高弹性联轴器的监测装置，所述高弹性联轴器包括主动端和从动端，所述主动端与所述从动端之间设置有弹性元件，所述监测装置包括：

主动端感应元件，所述主动端感应元件设置在所述高弹性联轴器的主动端的外表面上；

从动端感应元件，所述从动端感应元件设置在所述高弹性联轴器的从动端的外表面上；

主动端传感器，所述主动端传感器设置在所述主动端感应元件的径向外侧，并且能够基于所述主动端感应元件的运动产生信号；

从动端传感器，所述从动端传感器设置在所述从动端感应元件的径向外侧，并且能够基于所述从动端感应元件的运动产生信号；以及

控制装置，所述控制装置与所述主动端传感器和所述从动端传感器电连接，并且根据所述主动端传感器和所述从动端传感器产生的信号计算所述主动端和所述从动端之间的扭转角。

优选地，所述监测装置还包括安装支架，所述安装支架在关于所述高弹性联轴器的中心轴线的径向上设置在所述高弹性联轴器的外表面的外侧，所述主动端传感器和所述从动端传感器设置在所述安装支架上。

优选地，所述安装支架设置有安装槽，所述安装槽沿平行于所述高弹性联轴器的中心轴线的方向延伸，所述主动端传感器和所述从动端传感器在所述安装槽中可移动。

优选地，所述安装支架相对于所述高弹性联轴器的外表面的距离可调节。

优选地，所述监测装置还包括：

温度传感器，所述温度传感器设置在所述安装支架上，并且与所述高弹性联轴器的弹性元件的位置对应，用于测量所述弹性元件的表面温度；以及

附加温度传感器，所述附加温度传感器设置在所述安装支架上，用于测量环境温度。

优选地，所述弹性元件包括多个子弹性元件，多个所述子弹性元件在平行于所述高弹性联轴器的中心轴线的方向上并列布置，多个所述温度传感器的位置与多个所述子弹性元件的位置一一对应。

优选地，所述监测装置还包括报警装置，所述报警装置基于所述扭转角、所述弹性元件的表面温度与所述环境温度的差值和/或所述弹性元件的表面温度相对于所述环境温度的变化速率而报警。

优选地，多个所述主动端感应元件沿所述高弹性联轴器的中心轴线的周向在所述主动端的外表面上等间距地布置，多个所述从动端感应元件沿所述高弹性联轴器的中心轴线的周向在所述从动端的外表面上等间距地布置。

优选地，所述主动端感应元件构造为相对于所述主动端的外表面向外凸出的磁性构件，所述主动端传感器是霍尔传感器。所述从动端感应元件构造为相对于所述从动端的外表面向外凸出的磁性构件，所述从动端传感器是霍尔传感器。

优选地，所述高弹性联轴器的弹性元件是橡胶弹性元件。

根据本实用新型的用于高弹性联轴器的监测装置，能够监测高弹性联轴器的弹性元件的扭转角和温度两者，从而能够提高监控高弹性联轴器的运行状况的准确性。并且，通过控制装置能够实现在线监测，从而实时地监测高弹性联轴器的运行状况，以及时应对可能出现的非正常工作状况。此外，本实用新型的监测装置对于高弹性联轴器的弹性元件尤为适用，并且准确性高、结构简单、使用方便，同时节约人力和物力，从而降低了成本。

附图说明

本实用新型实施方式的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，

图1为根据本实用新型的一个实施方式的用于高弹性联轴器的监测装置的示意图；

图2为根据本实用新型的一个实施方式的监测装置中的扭转角感应元件应用于图1中的高弹性联轴器的安装示意图；

图3为根据本实用新型的一个实施方式的监测装置中的控制装置执行的监测扭转角和温度的示例性流程图。

附图标记说明：

100：监测装置110：主动端感应元件

112：从动端感应元件114：主动端传感器

116：从动端传感器118：控制装置

120：安装支架122：安装槽

124：温度传感器126：附加温度传感器

130：处理器132：显示器

134：输入界面200：高弹性联轴器

210：主动端220：从动端

212：主动端法兰222：从动端法兰

230：弹性元件232：子弹性元件

240：膜片构件

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。

本实用新型提供了一种用于高弹性联轴器200的监测装置100，下文也称为监测装置100。高弹性联轴器200通常用于在传动系统中联接不同机构中的两根轴，使之共同旋转并在二者之间传递扭矩。也就是说，如图1和图2所示，高弹性联轴器200包括主动端210和从动端220，扭矩从主动端210被传递到从动端220。特别地，主动端210与从动端220之间设置有弹性元件230，弹性元件230可以通过变形来缓冲传递扭矩时的冲击，或补偿主动端210与从动端220之间的径向位移、轴向位移和角向位移。

由于在负载作用下，弹性元件230可能在扭转角过大、绝对温度过高或温度升高过快的情况下发生失效，从而影响高弹性联轴器200的正常运行。因此本实用新型的监测装置100的至少一个目的在于，监测弹性元件230的扭转角和温度，以监测高弹性联轴器200的运行情况。下面将结合图1至图3详细说明本实用新型的监测装置100。

首先参考图1，监测装置100主要可以包括主动端感应元件110和主动端传感器114，从动端感应元件112和从动端传感器116，以及控制装置118。主动端感应元件110和从动端感应元件112可以统称为扭转角感应元件，主动端传感器114和从动端传感器116可以统称为扭转角传感器。扭转角感应元件设置在高弹性联轴器200上，并且扭转角传感器未设置在高弹性联轴器200上。

进一步参考图2，高弹性联轴器200包括主动端法兰212、从动端法兰222、弹性元件230和膜片构件240。弹性元件230沿高弹性联轴器200的中心轴线设置在主动端法兰212和从动端法兰222之间。膜片构件240通常沿高弹性联轴器200的中心轴线设置为与从动端法兰222相邻。扭转角感应元件可以设置在高弹性联轴器200中的除了弹性元件230之外的其他构件上。在图示实施方式中，扭转角感应元件可以设置在高弹性联轴器200中的主动端法兰212、从动端法兰222或膜片构件240上。其中，主动端感应元件110设置在高弹性联轴器200的主动端210的外表面上。例如，图示实施方式中的主动端感应元件110设置在主动端法兰212的外表面上；然而，在未示出的实施方式中，主动端感应元件110也可以设置在主动端的除主动端法兰212以外的构件的外表面上。其中，从动端感应元件112设置在高弹性联轴器200的从动端220的外表面上；例如，图示实施方式中的从动端感应元件112设置在与从动端法兰222相邻的膜片构件240的外表面上；然而，在未示出的实施方式中，从动端感应元件112也可以设置在从动端法兰222的外表面上。换句话说，主动端感应元件110和从动端感应元件112的位置可以根据的具体结构来设置。

优选地，如图1所示，多个主动端感应元件110关于中心轴线沿高弹性联轴器200的周向在主动端210的外表面上等间距地布置，使得当主动端210旋转一周时，主动端传感器114能够产生多个信号。并且，多个从动端感应元件112沿中心轴线的周向在从动端220的外表面上等间距地布置，使得当从动端220旋转一周时，从动端传感器116能够产生多个信号。优选地，多个主动端感应元件110和多个从动端感应元件112的个数相同，以便于根据主动端传感器114和从动端传感器116产生的信号得到扭转角。作为一个示例，多个主动端感应元件110和多个从动端感应元件112的个数可以是4个。此布置对于提高监测扭转角的精确度是有利的，将在下文详细描述。

继续参考图1，如上文所述，扭转角传感器未设置在高弹性联轴器200上，而是设置在高弹性联轴器200之外的与扭转角传感器的位置对应的位置。具体地，主动端传感器114设置在主动端感应元件110的径向外侧，从而在主动端210旋转、并且其上的主动端感应元件110跟随地旋转时，能够基于主动端感应元件110的运动产生信号。从动端传感器116设置在从动端感应元件112的径向外侧，从而在从动端220旋转、并且其上的从动端感应元件112跟随地旋转时，能够基于从动端感应元件112的运动产生信号。这样，扭转角传感器不受高弹性联轴器200的运行的影响，例如不受其负载、温度等因素的影响，从而可以保证对于弹性元件230的扭转角的监测的准确度。并且，扭转角传感器不必设置在高弹性联轴器200上，还可以减少空间上的制约，便于监测装置100的安装。

优选地，在一个实施方式中，监测装置100还包括安装支架120，安装支架120关于高弹性联轴器200的中心轴线在径向上设置在高弹性联轴器200的外表面的外侧，主动端传感器114和从动端传感器116设置在安装支架120上，从而能够方便地定位主动端传感器114和从动端传感器116。这样，在无外力作用的情况下，主动端传感器114和从动端传感器116不会自发地发生位移，使得本实用新型的扭转角传感器的感测准确，而不易产生系统误差。

优选地，安装支架120设置有安装槽122，安装槽122沿平行于中心轴线的方向延伸。例如，安装槽122可以构造为腰型孔，从而方便加工。主动端传感器114和从动端传感器116在安装槽122中可移动。即，扭转角传感器可以在安装槽122中沿平行于中心轴线的方向移动，以便于调整各自与相应的扭转角感应元件的对应位置，从而确保合适的产生信号的灵敏度。进一步地，优选地，安装支架120相对于高弹性联轴器200的外表面的距离可调节。例如，通过伸缩套筒结构、滑动轨道结构、连杆结构等来调节。由于可以通过本领域中的常规结构实现，此处不作赘述。作为一个示例，安装支架120可以调节为使得扭转角传感器各自与相应的扭转角感应元件之间关于高弹性联轴器200的中心轴线在径向上的距离小于或等于8mm。本领域技术人员应当理解，此处的距离是基于与扭转角传感器关于高弹性联轴器200的中心轴线同在一条径向线上的扭转角感应元件而言的。

优选地，在图示实施方式中，主动端感应元件110构造为相对于主动端210的外表面向外凸出的磁性构件，使得主动端传感器114在主动端210旋转、并且其上的从动端感应元件112跟随地旋转时能够更容易地产生信号。从动端感应元件112构造为相对于从动端220的外表面向外凸出的磁性构件，使得从动端传感器116在从动端220旋转、并且其上的从动端感应元件112跟随地旋转时能够更容易地产生信号。例如，主动端感应元件110和从动端感应元件112可以构造为磁钉，并且分别安装在主动端210的外表面和从动端220的外表面上的相应的螺纹孔中。这种构造结构简单、加工方便，并且能够节约成本。

在本实施方式中，主动端传感器114和从动端传感器116是霍尔传感器。霍尔传感器对于高弹性联轴器200的常见工作条件，尤其是在船舶上使用的高弹性联轴器200的常见工作条件来说，具有不易受使用环境影响，从而输出稳定且精度高，以及成本低的优点。

然而，出于利用扭转角传感器产生的信号分别检测主动端210和从动端220的转速的目的，本实用新型的主动端传感器114和从动端传感器116的示例不限于霍尔传感器，而是也可以是其他的磁电式传感器，从而能够与本实用新型的主动端感应元件110和从动端感应元件112配合作用而产生信号。或者，本实用新型的主动端传感器114和从动端传感器116的示例也可以是其他非接触式传感器，此时只要在高弹性联轴器200上设置能够与其配合作用的感应元件即可。

为了对主动端传感器114和从动端传感器116产生的信号进一步处理，本实用新型的监测装置100还包括控制装置118。根据本实用新型的控制装置118的一个示例是计算机。在图1示出的实施方式中，控制装置118可以包括处理器130、输入界面134及显示器132。控制装置118与主动端传感器114和从动端传感器116电连接，以根据主动端传感器114和从动端传感器116产生的信号计算主动端210和从动端220之间的扭转角。

具体地，控制装置118可以根据以上信号计算主动端210和从动端220的转速。并且，控制装置118可以根据以上信号得到主动端传感器114和从动端传感器116产生信号的时间差。进一步地，利用转速与时间差，控制装置118可以计算出主动端210和从动端220之间的扭转角。

下面，基于扭转角传感器是霍尔传感器的示例对此过程详细说明。

首先，如本领域技术人员已知的，当装有扭转角感应元件的高弹性联轴器200旋转时，扭转角感应元件靠近和离开扭转角传感器(霍尔传感器)，从而产生霍尔电势。当扭转角感应元件经过扭转角传感器一次，就会产生一个电平脉冲信号。控制装置118通过电路处理将该电平脉冲信号形成稳定的脉冲电压信号，并用于计算主动端210和从动端220的转速。

进一步地，在负载运行时，如果联接主动端210和从动端220的高弹性联轴器200的弹性元件230发生扭转，那么主动端传感器114和从动端传感器116探测到相应的扭转角感应元件从而产生信号的时间会产生差值，即时间差，利用该时间差和转速即可得到高弹性联轴器200的弹性元件230的扭转角。

例如，若在高弹性联轴器200的主动端210沿周向等间距地安装n个主动端感应元件110，并且第i个和第i+1个主动端感应元件110经过主动端传感器114的时间间隔为δτmi，则高弹性联轴器200的主动端210的角速度为:

换算成每分钟转速为：

进一步地，在负载运行时，如果联接主动端210和从动端220的高弹性联轴器200的弹性元件230发生扭转，并且相同初始位置的主动端感应元件110和从动端感应元件112被主动端传感器114和从动端传感器116探测到的时间分别为τmi和τsi(在无扭转角的情况下，二者相等，即τmi＝τsi)，那么扭转角θi可以按照下式计算：

例如，在图示实施方式中，高弹性联轴器200的主动端210和从动端220分别设置有4个主动端感应元件110和4个从动端感应元件112，那么将具体数值代入上式为：

在一般情况下，上述计算中提及的相同初始位置的主动端感应元件110和从动端感应元件112在高弹性联轴器200静止时应该位于与高弹性联轴器200的中心轴线平行的同一直线上。然而，如果二者并非位于该同一直线上，也可以在控制装置118的设定中存入主动端感应元件110和从动端感应元件112之间的相对扭转角度，并且在后续计算中作相应处理即可，以消除其对于扭转角的监测带来的系统误差。

根据以上方式，本实用新型的控制装置118能够方便、准确地计算得到高弹性联轴器200的主动端210与从动端220之间的扭转角，即弹性元件230的扭转角，从而便于监测高弹性联轴器200的弹性元件230是否发生失效。

图3示出了控制装置118的处理器130执行上述计算时的一个示例性流程图。并且，图中还示出了在计算扭转角之后采集温度，然而，图中所示的流程不是旨在对本实用新型的控制装置118的处理器130执行步骤的顺序形成限制。

此外，本实用新型的监测装置100还可以用于监测高弹性联轴器200的弹性元件230的温度及温升。

为此，如图1所示，监测装置100优选地还包括温度传感器124和附加温度传感器126。温度传感器124设置在安装支架120上，并且与高弹性联轴器200的弹性元件230的位置对应，用于测量弹性元件230的表面温度。附加温度传感器126设置在安装支架120上，用于测量环境温度。或者，附加温度传感器126也可以设置在其他位置。与前述的扭转角传感器相似地，温度传感器124也可以在安装支架120的安装槽122中移动，以便于调整与弹性元件230的对应位置，从而确保合适的产生信号的灵敏度。当然，附加温度传感器126也可以在安装支架120的安装槽122中移动，以便于安装。

优选地，如图2所示，弹性元件230包括多个子弹性元件232，多个子弹性元件232在平行于中心轴线的方向上并列布置。通过在安装槽122中可移动，多个温度传感器124的位置可以与多个子弹性元件232的位置一一对应，从而能够提高温度测量的准确性。

本实用新型的温度传感器124和附加温度传感器126的示例是红外温度传感器。另外，温度传感器124和附加温度传感器126可以与控制装置118电连接，以输出关于弹性元件230的温度的数字信号。

优选地，监测装置100还包括报警装置(未示出)，报警装置可以基于扭转角、弹性元件230的表面温度与环境温度的差值和/或弹性元件230的表面温度相对于环境温度的变化速率而报警。在一个实施方式中，报警装置与控制装置118电连接，可以通过控制装置118预先设定报警的阈值，使得报警装置在扭转角、弹性元件230的表面温度与环境温度的差值(即温升)和/或弹性元件230的表面温度相对于环境温度的变化速率(即温升率)达到各自预先设定的报警的阈值时报警。例如，报警装置可以通过发出声音和/或灯光等信号而报警。这样，可以无需专人监控上述数据的世事变化情况，而仅在报警装置发出报警信号后再做相应处理即可，从而节省了人力。

优选地，上述实施方式中的高弹性联轴器200的弹性元件230是橡胶弹性元件。这种类型的弹性元件230对于本实用新型的监测装置100来说尤为适用。然而，高弹性联轴器200的弹性元件230的类型不限于该实施方式。

根据本实用新型的用于高弹性联轴器200的监测装置100，通过上述构造，能够实现至少以下优点：

不仅可以监测高弹性联轴器200的弹性元件230的扭转角，还可以监测高弹性联轴器200的弹性元件230的温度，对于准确地判断高弹性联轴器200的运行状况具有重要意义；

扭转角感应元件的构造适合用于高弹性联轴器200，相比于传统的监测装置100中的相关元件，本实用新型的扭转角感应元件可以更方便地加工和安装；

通过将霍尔传感器应用于本实用新型的监测装置100，尤其适合高弹性联轴器200的常见工作条件，诸如在船舶上使用的高弹性联轴器200的常见工作条件，从而能够精确、可靠地监测高弹性联轴器200的弹性元件230的扭转角和温度，同时输出信号稳定、频率响应高、结构简单、使用方便，还能够节约成本；

通过将扭转角传感器与控制装置118电连接，能够实现对于高弹性联轴器200的弹性元件230的扭转角和温度的在线监测，从而实时地监测高弹性联轴器200的运行状况；以及

通过报警装置，可以无需专人监控实时数据，而只在报警装置发出报警信号时进行相应处理即可，从而节省了人力。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。