一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器的製作方法
2023-10-06 07:54:54
專利名稱：一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械傳動的旋轉動力的測量及其數據的應用。
背景技術：
扭矩、轉速和軸功率的測量應用範圍很廣泛，它滲透到工業、農業、交通運輸、航天航空、國防、能源等各個領域。扭矩、轉速和軸功率是旋轉動力機械的重要工作參數，是機械量測量中一個重要組成部分。若能準確、可靠、方便地測出受試機械的平均或瞬時的扭矩值、轉速和功率，這將有利於改進和提高機械設備的性能。同時，裝置測試系統可作旋轉動力機械日常運行的監視裝置，起到故障診斷或可用作自動控制系統的檢測裝置。目前，常用的旋轉扭矩測量系統的架構如圖I所示，它比體積較龐大、機構複雜且 笨重、成本高，，不利於在要求空間緊湊以及要求輕量化的機械系統中應用。隨著社會的發展，動力機械的發展越來越快，非常需要簡潔、緊湊的測量系統，這樣才能使動力機械的智能化程度越來越高。人們迫切的需要一種簡潔、緊湊、易用、低成本、耐用的旋轉動力測量設備。
發明內容
本發明的目的在於提出一種結構簡單緊湊、成本低、應用方便，能夠同時測量旋轉動力系統的轉矩、轉速和轉向從而推導出軸功率的測量設備。本發明所述的非接觸動態轉矩、轉速暨軸功率信號傳感器包括一柔性聯軸器(彈性聯軸器)包括聯軸器主動半、聯軸器被動半(主動半和被動半統稱為聯軸半)、聯軸器彈性部件等；若干信號測試點分別設置在柔性聯軸器兩端(兩個聯軸半上)，若連軸半上有可以利用的信號測試點則不用專門設置；一個或兩個信號接收器它對應兩個聯軸半上的信號測試點設置；一信號處理電路。其特徵是本發明利用現有的柔性聯軸器(可以是任何類型的柔性聯軸器)獲取傳動信號，而該聯軸器仍然用作動力傳遞(充分利用原有部件，可以節省空間、降低成本)。該聯軸器的主動半和被動半分別設置信號測試點，並通過對應兩個聯軸半上的信號測試點設置的信號接收器，非接觸地獲取主動半和被動半在轉動時的相對位置及其運動(轉速轉向)信號。應用柔性聯軸器在動力傳遞動力時主動半與被動半之間有相對位移，且傳遞的扭矩越大其相對位移也越大的原理，製作該聯軸器的靜態扭矩與主動半和被動半之間相對位移的關係圖表，將該關係表輸入信號處理電路作為基礎數據。對比由信號接收器獲取的主動半與被動半的位置信號，獲得機械傳動時兩個連接半的相對位移的參數(圖7、圖8中的δ和δ 』)。該參數與基礎數據對比可得到該機械傳動的瞬時扭矩數據。在兩個連接半相應的點上各設置信號測試點，並在信號測試點相應位置各設置一個信號接收器(如圖3、圖4、圖5所示)；或者，當主動半與被動半的部分能夠共在同一段軸斷面時(如圖6所示的梅花形柔性聯軸器)，可以只設置一個信號接收器，該信號接收器設置在這段斷面的相應位置。信號接收器可採用光感應、電磁感應等各種類型。推薦採用電磁類型，它具有結構更簡單和獲取信號更可靠和高效的特點。當信號接收器採用電磁信號，信號測試點可以是凸點(如圖3所示)也可以是凹點(如圖5所示)，只要微凸或微凹即可；還可以利用柔性聯軸器上原有的凹凸點作為信號測試點(如圖4所示)。梅花形柔性聯軸器或類同的聯軸器，不需要專門設置信號測試點，其主動半和被動半相互插入的梅花爪本身就是很好的電磁信號測試點。但是，為了區別主動半的信號與被動半的信號，也可以專門在其中的一個連軸半上設置凹點或凸點(如圖6是以凹點作為 主動半的信號測試點)。信號處理電路可以根據從信號接收器獲得的位移和運動信號，通過對比和換算獲得扭矩和轉速數據，並且根據軸功率與扭矩、轉速的關係推導出機械傳動的即時軸功率。本發明和現有技術相比具有以下優點本發明可以使機械傳動中扭矩、轉速、軸功率的測量更簡單方便、相關設備結構更簡單、體積更小、重量更輕、製造成本更低，有益於提高機械設備的智能化、輕便化，有益於智能機械設備的普及，有益於優化機械設備之間匹配的契合度，有益於提高機械傳動效率，有益於節能減排。通過圖像直觀的表示以圖2的測量系統架構替代了圖I的測量系統架構。
圖I是目前常用的旋轉扭矩測量系統的架構圖2是本發明的旋轉扭矩、轉速、轉向暨軸功率測量系統的架構圖3是本發明以輪胎式柔性聯軸器為基礎設立專門信號測試點的示意圖4是本發明以輪胎式柔性聯軸器為基礎並且以其原有的螺栓為信號測試點的示意圖5是本發明以改進的梅花柔性聯軸器為基礎設置兩個信號接收器的示意圖6是本發明以改進的梅花柔性聯軸器為基礎設置單個信號接收器的示意圖7是設置了兩個測試點的本發明的信號處理電路的電原理框8是設置了單個測試點的本發明的信號處理電路的電原理框中I是機座(殼)2是柔性聯軸器2-1是聯軸器主動半2-2是聯軸器被動半2-3是聯軸器彈性部件
2-4是固定螺栓2-5是聯軸器信號測試點3是信號接收器4是信號接收器支架e是單個信號接收器經過放大整形後輸出的波形el是主動半對應的信號接收器經過放大整形後輸出的波形e2是被動半對應的信號接收器經過放大整形後輸出的波形
L是單個信號接收器經過放大整形後主動半輸出的波峰與被動半前波中心線的距離L』是單個信號接收器經過放大整形後主動半的波峰與被動半後波中心線的距離δ是聯軸器主動半的波形與被動半的波形前角的變量δ 』是聯軸器主動半的波形與被動半的波形后角的變量
具體實施例方式以下結合附圖，通過實施例對本發明作進一步的描述結合附圖5和附圖7描述一種以改進的梅花柔性聯軸器為基礎設置兩個信號接收器的非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率傳感器。首先，製作該聯軸器的靜態扭矩與主動半和被動半之間相對位移的關係圖表，將該關係表輸入信號處理電路的第一個數據處理器作為基礎數據。在主動軸轉動並通過柔性聯軸器帶動被動軸轉動時，當被動軸空載，扭矩為零(或接近零)，兩個聯軸半之間的相對位移為零，兩個信號接收器從信號測試點分別獲得波動信號，這兩個信號經過信號處理電路放大、整形和比相可以獲得兩個相位一致波形，此時相位差S為零，這兩個信號中的任一個經放大進入計數器與時鐘信號對比獲得轉速數據(以下同，不重複敘述)；當被動軸有實際負載，扭矩為正數值，兩個聯軸半之間產生相對位移，兩個信號接收器從信號測試點分別獲得波動信號，這兩個信號經過信號處理電路放大、整形和比相可以獲得兩個相位不一致波形，此時相位差δ為正數值，該數值對比第一個數據處理器中的基礎數據可以獲得具體的即時扭矩數據，第二個數據處理器根據軸功率與扭矩、轉速的關係推導出即時軸功率；當之前的負載輸出動力帶動之前的主動軸(如汽車掛擋滑行時，車輪通過傳動機構帶動發動機轉動)，δ為負數，推導出的軸功率為負值。轉速、轉向、扭矩、軸功率均可以通過顯示電路和相應器件顯示，相關數據還可以通過無線電、計算機網絡實現遠距離傳輸，其中通過計算機網絡可以實現遠程遙測遙控。第一個數據處理器和第二個數據處理器可以合併為一個，這裡分成兩個只是為了方便描述。結合附圖6和附圖8描述一種以改進的梅花柔性聯軸器為基礎設置單個信號接收器的非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率傳感器。同樣，先製作該聯軸器的靜態扭矩與主動半和被動半之間相對位移的關係圖表，將該關係表輸入信號處理電路的第一個數據處理器作為基礎數據。在主動軸轉動並通過柔性聯軸器帶動被動軸轉動時，當被動軸空載，扭矩為零(或接近零)，兩個聯軸半之間的相對位移為零，這個信號接收器從信號測試點分別獲得兩個聯軸半的波動信號，這兩個信號經過信號處理電路放大、整形和比相可以獲得主動半波峰與被動半前波和後波距離(L和L』 )相同，此時相位差δ為零(δ = L』 -L)，這個信號經放大進入計數器與時鐘信號對比獲得轉速數據(以下同，不重複敘述)；當被動軸有實際負載，扭矩為正數值，兩個聯軸半之間產生相對位移，這信號接收器從信號測試點獲得波動信號經過信號處理電路放大、整形和比相可以獲得主動半波峰與被動半前波和後波距離(L和L』)不同，此時相位差δ為正數值，該數值對比第一個數據處理器中的基礎數據可以獲得具體的即時扭矩數據，第二個數據處理器根據軸功率與扭矩、轉速的關係推導出即時軸功率；當之前的負載輸出動力帶動之前的主動軸(如汽車掛擋滑行時，車輪通過傳動機構帶動發動機轉動)，δ為負數，推導出的軸功率為負值。轉速、轉向、扭矩、軸功率均可以通過顯示電路和相應器件顯示，相關數據還可以通過無線電、計算機網絡實現遠距離傳輸，其中通過計算機網絡可以實現遠程遙測遙控。這裡還可以通過信號處理電路中的調相電路將輸入的信號調成為在空載時兩個同相位的波形信號(el和e2)，在有負載時可以直接對比 出δ。
權利要求
1.一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器，包含柔性聯軸器、信號測試點、信號接收器、信號處理電路，其特徵在於應用現有的柔性聯軸器並在柔性聯軸器的主動半和被動半分別設置信號測試點，通過對應兩個聯軸半上的信號測試點設置的信號接收器，非接觸地獲取主動半和被動半之間在轉動時的相對位置及其運動(轉速轉向)信號，經信號處理電路獲得機械傳動的實時扭矩、轉速和軸功率數據。
2.根據權利要求I所述的一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器，其特徵是用於獲取傳動信號的柔性聯軸器仍然用作動力傳遞。
3.根據權利要求I所述的一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器，其特徵是信號接收器可採用光感應、電磁感應等各種類型，特別保護採用電磁類型的信號接收器。
4.根據權利要求I所述的一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器，其特徵是信號測試點可以利用柔性聯軸器各聯軸半上原有的凹凸點或凹凸形狀而不專門設置。
5.根據權利要求I所述的一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器，其特徵是先製作柔性聯軸器的靜態扭矩與主動半和被動半之間相對位移的關係圖表，將該關係圖表輸入信號處理電路作為基礎數據，用於對比實時信號而得出實時轉動扭矩的數據。
6.根據權利要求I所述的一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器，其特徵是當主動半與被動半的部分能夠共在同一段軸斷面時，可以只設置一個信號接收器。
7.根據權利要求I所述的一種非接觸動態扭矩、轉速暨軸功率信號傳感器，其特徵是信號處理電路可以根據從信號接收器獲得的位移和運動信號，通過對比和換算獲得扭矩和轉速數據，並且根據軸功率與扭矩、轉速的關係推導出機械傳動的即時軸功率。
全文摘要
本發明涉及機械傳動的旋轉動力的測量及其數據的應用。它利用現有的柔性聯軸器並在其主動半和被動半分別設置信號測試點，通過對應兩個聯軸半上的信號測試點設置的信號接收器，非接觸地獲取主動半和被動半在轉動時的相對位置及其運動(轉速轉向)信號，同時通過信號處理電路獲取扭矩和轉速數據，並根據軸功率與扭矩、轉速的關係推導出機械傳動的即時軸功率。它可以使機械傳動中扭矩、轉速、軸功率的測量更簡單方便、相關設備結構更簡單、體積更小、重量更輕、製造成本更低，有益於提高機械設備的智能化、輕便化，有益於智能機械設備的普及，有益於優化機械設備之間匹配的契合度，有益於提高機械傳動效率，有益於節能減排。
文檔編號G01L3/04GK102788654SQ20121025747
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者王建鈞 申請人:王建鈞