一种传动带拉力测量装置及测量方法与流程

本发明涉及拉力测量装置，特别是涉及一种传动带拉力测量装置及测量方法。

背景技术：

1、带传动系统是机械传动中传递动力与运动的重要方式，在传动带的安装和工作过程中，检测并控制传动带拉力(也称为张紧力、张力等)，对减小打滑、提高皮带使用寿命、避免带轮受力过大、保证传动系统稳定具有重要意义。

2、如图1所示，传动带安装时，带必须张紧，即以一定的初拉力紧套在两个带轮上，这时传动带中的拉力相等，都为初拉力f0(称为张紧力)，因此，在传动带工作前的静止状态下，传动带中的拉力是恒定的。对于静止状态下该拉力的测量比较容易实现的，目前主要有两种方法，分别为接触式和非接触式。

3、接触式测量：根据“国家标准gb/t 13575.1-2008”所述，使用仪器的测量触头，在在传动带与两带轮间切点的跨度中点处，施加垂直于带边的力，通过一定的计算，获取皮带的拉力。

4、非接触式测量：又包括音波式或者光波式，将仪器的传感器测量头对准待测皮带，敲击皮带使其震动，通过测量其振动频率，通过公式转换间接测量传动带拉力。

5、如图2所示，当带传动工作时，由于带和带轮接触面上的摩擦力的作用，带绕入主动轮的一边被进一步拉紧，拉力由f0增大到f1，这一边称为紧边；另一边则被放松，拉力由f0降到f2，这一边称为松边。实际工作过程中，受主动轮扭振、传动带变形、传动带打滑等的影响，传动带松边和紧边上的拉力是不断变化的，并且在数值大小上明显异于上述传动带静止状态下测量的拉力值，因此有必要实时测量传动带在运动状态下的拉力，即对传动带进行动态测量。

6、然而，上述两种针对静止传动带的拉力测量方法，都需要在测量时拨动传动带、暂时改变传动带的位置，这对于运动状态下的传动带是不现实的，因为会改变传动带原有的运动特性，直接影响测量精度，另外，直接强制拨动高速运转的传动带，可能会使传动带脱落、剧烈打滑，造成安全隐患。所以，传统方法只适用于静止传动带的测量，对于运动/工作状态下的传动带，在不干扰皮带正常运动的前提下，上述传统方法不适用，无法对传动带进行动态测量。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种传动带拉力测量装置及测量方法。

2、本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种传动带拉力测量装置，包括支座、主动轮组件、测量桁架、第一从动轮、第二从动轮以及传动带，其中，所述测量桁架呈三角结构且与支座固连，所述主动轮组件设置在支座上，并包括一主动轮；所述主动轮、第一从动轮和第二从动轮分别设置在测量桁架的三个顶点上，也即测量桁架三边轴线的交点分别为主动轮、第一从动轮和第二从动轮的转动中心，且通过传动带传动连接，所述测量桁架每一边上设有两个拉压力传感器，且拉压力传感器中心轴与所在测量桁架边的轴线平行；

3、且测量桁架、主动轮、第一从动轮和第二从动轮之间满足以下关系：

4、

5、式中，d为主动轮直径，d1为第一从动轮直径，d2为第二从动轮直径，l1为主动轮与第一从动轮之间的中心距，l2为第一从动轮与第二从动轮之间的中心距，l3为主动轮与第二从动轮之间的中心距，α1为主动轮与第一从动轮之间的传动带纵向线与同侧拉压力传感器中心轴之间的夹角，α2为第一从动轮与第二从动轮之间的传动带纵向线与同侧拉压力传感器中心轴之间的夹角，α3为主动轮与第二从动轮之间的传动带纵向线与同侧拉压力传感器中心轴之间的夹角。

6、进一步的，所述主动轮组件包括电机、连接组件、轴承座、轴承、主动轮枢轴和主动轮，其中，所述连接组件包括电机支架和设置在电机支架内部的连轴器，且内部的联轴器能够相对外部的电机支架绕轴线转动，所述电机支架一端固定连接在电机的外壳上，另一端固定连接在立板的背面；所述主动轮枢轴通过轴承和轴承座转动连接在立板的主动轮安装孔内，主动轮枢轴一端穿过轴承，通过联轴器与电机输出轴相连，主动轮枢轴另一端端部固连(如键连接)主动轮。联轴器一端固连电机输出轴，另一端固连主动轮枢轴，通过联轴器实现电机输出轴和主动轮枢轴的传动连接。

7、进一步的，为了实现两个从动轮的支撑以及拉压力传感器的安装，所述测量桁架为内外平行的双层三角架结构，包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一拉压力传感器、第二拉压力传感器、第三拉压力传感器、第四拉压力传感器、第五拉压力传感器、第六拉压力传感器、第一交接杆、第二交接杆、第三交接杆、第四交接杆、套筒、第一从动轮枢轴和第二从动轮枢轴，其中，

8、所述套筒一端固定在支座的立板上的套筒定位圆槽内，且所述套筒与电机同轴设置，所述第一交接杆、第二交接杆、第三交接杆和第四交接杆均为v型；

9、第一连杆、第一交接杆、第三交接杆、第三连杆依次连接形成外层三角架，且第一连杆和第三连杆的末端均与套筒外壁连接，第一连杆和第三连杆之间的夹角为β1；第一拉压力传感器连接在第一连杆、第一交接杆之间，且第一拉压力传感器与第一连杆同轴设置；第三拉压力传感器连接在第三连杆、第三交接杆之间，且第三拉压力传感器与第三连杆同轴设置；第五拉压力传感器连接在第一交接杆、第三交接杆之间；

10、第二连杆、第二交接杆、第四交接杆、第四连杆依次连接形成内层三角架，且第二连杆和第四连杆的末端均与套筒外壁连接，第二连杆和第四连杆之间的夹角为β1；第二拉压力传感器连接在第二连杆、第二交接杆之间，且第二拉压力传感器与第二连杆同轴设置；第四拉压力传感器连接在第四连杆、第四交接杆之间，且第四拉压力传感器与第四连杆同轴设置；第六拉压力传感器连接在第二交接杆、第四交接杆之间；

11、第一从动轮枢轴设置在和第一交接杆、第二交接杆之间，第二从动轮枢轴设置在第三交接杆、第四交接杆之间，且第一从动轮枢轴、第二从动轮枢轴的轴线与套筒轴线平行，所述第一从动轮转动安装在第一从动轮枢轴上，所述第二从动轮转动安装在第二从动轮枢轴上。

12、该测量桁架整体为双层结构，两层间的传感器、连接杆位置对称，在两层的中间位置枢安装带轮，这种结构的优势为：如果单层结构，测量时传感器将承受来自带轮(传动带拉力施加在带轮上)的巨大弯矩，该弯矩会降低传感器测量精度。双层结构将消除该弯矩，保证测量精度，同时使整体结构更加稳定。

13、进一步的，为了减少结构连接件，所述第一交接杆和第三交接杆均为一体结构，其结构均包括杆一、杆二和枢轴支撑座，所述枢轴支撑座整体为圆柱形结构，所述杆一和杆二一端分别连接在枢轴支撑座的外壁上，且杆一和杆二的另一端设有与拉压力传感器中心的内螺纹孔连接的外螺纹轴，所述枢轴支撑座的中心开圆槽，圆槽底部设有一圈螺纹孔，用于与从动轮枢轴一端的法兰固连。

14、具体的，所述第一交接杆的杆一和杆二形成的夹角为β2，所述第三交接杆的杆一和杆二形成的夹角为β3，β2和β3的大小相等或不相等。

15、进一步的，为了减少结构连接件，所述第二交接杆和第四交接杆均为一体结构，其结构均包括杆三、杆四和枢轴连接块，所述枢轴连接块整体为圆柱形结构，所述杆三和杆四一端分别连接在枢轴连接块的外壁上，成v型，且杆三和杆四的另一端设有与拉压力传感器中心的内螺纹孔连接的外螺纹轴，所述枢轴连接块的中心开有键槽孔，用于与从动轮枢轴另一端固连。

16、具体的，所述第二交接杆的杆三和杆四形成的夹角为β2，所述第四交接杆的杆三和杆四形成的夹角为β3，β2和β3的大小相等或不相等。

17、进一步的，为了实现对测量桁架的安装和稳定支撑，所述支座包括立板和底板，所述立板下端与底板连接形成l型结构，且立板的背面与底板之间设有加强肋；所述立板上设有主动轮安装孔，所述主动轮安装孔的外围设有套筒定位圆槽。

18、具体的，所述第一拉压力传感器、第二拉压力传感器、第三拉压力传感器、第四拉压力传感器、第五拉压力传感器以及第六拉压力传感器的结构相同，整体为圆饼状，两端分别设有第一受力面和第二受力面，中心轴与第一受力面和第二受力面相互垂直，沿中心轴设有贯穿的内螺纹孔。

19、一种传动带拉力测量方法，采用上述的测量装置进行测量，还包括以下测量步骤：

20、s1：按照传动带与带轮的位置关系，将主动轮与第一从动轮之间的传动带部分称为段i，第一从动轮与第二从动轮之间的传动带部分称为段ii，主动轮与第二从动轮之间的传动带部分称为段iii；段ⅰ上的张紧力记为f1，段ⅱ上的张紧力记为f2，段ⅲ上的张紧力记为f3；段ⅰ侧第一拉压力传感器和第二拉压力传感器测量的合力为fa，段iii侧第三拉压力传感器和第四拉压力传感器测量的合力为fb，段ii侧第五拉压力传感器和第六拉压力传感器测量的合力为fc；

21、s2：测量确定主动轮直径d，第一从动轮直径d1，第二从动轮直径d2，主动轮与第一从动轮之间的中心距l1，第一从动轮与第二从动轮之间的中心距l2，主动轮与第二从动轮之间的中心距l3的大小，然后，根据公式(1)分别计算出夹角α1、α2和α3的大小；

22、s3：将测量桁架整体看作一个刚体，则根据刚体静力学可知测量装置存在如下关系：

23、

24、根据该方程，能够求不同状态下传动带对应的段ⅰ、段ⅱ、段ⅲ上的拉力f1、f2、f3；

25、s4：对传动带拉力的测量

26、(1)对传动带静态测量：测量装置安装结束后不启动电机，直接读取此时压力传感器测量的合力fa、fb、fc，使用上述公式(2)计算出静态下传动带的段ⅰ、段ⅱ、段ⅲ上的拉力f1、f2、f3；

27、(2)对传动带动态测量：启动电机，驱动主动轮顺时针/逆时针转动，模拟传动带的工作，并实时记录工作过程中各时间点传动带上每段对应的两个拉压力传感器的合力fa、fb、fc的数值，采用上述公式(2)计算出动态下各时间点传动带的段ⅰ、段ⅱ、段ⅲ上的拉力f1、f2、f3。

28、本发明的有益效果是：本发明提供的一种传动带拉力测量装置及测量方法，通过多个拉压传感器组合对传动带张力进行间接检测，在正常工作过程中，无论传动带的工况如何改变，都可以实时计算出传动带不同部位在各时间点对应的拉力，进而实现对传动带拉力的动态测量。对传动带的静态和动态测量都能实现，应用范围更广。