帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸的製作方法

2023-10-27 13:11:32

帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸的製作方法
【專利摘要】帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，包括軸杆，軸杆側壁的中部設有用於安裝電器元件的安裝槽，安裝槽為環繞軸杆側壁的圓環形，安裝槽內設有惠斯通電橋，惠斯通電橋的電信號輸出端與信號放大器的電信號輸入端電連接，信號放大器的電信號輸出端與模數轉換器的電信號輸入端電連接，模數轉換器的電信號輸出端與無線電發送模塊的電信號輸入端電連接，無線電發送模塊向無線電接收模塊發送信號，無線電接收模塊與可處理、顯示並存儲傳動軸傳遞的扭矩值的計算機連接。其目的在於提供一種可在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，工作性能穩定可靠，測量精度高的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸。
【專利說明】帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸。
【背景技術】
[0002]傳動軸是包括車輛傳動系統在內的許多傳動系統的關鍵部件之一，掌握其傳遞的載荷大小對於監測車輛等傳動系統的運行狀態至關重要；另一方面，對傳動軸扭矩的長期或全壽命監測可為車輛等傳動系統新型號研製提供有力的技術手段，對車輛等關鍵部件的研發起到重要的推動作用。傳統的做法是在車輛研製生產出來之後，在傳動軸適當位置(如外露部分)安裝扭矩測試系統，實現扭矩的在線測試。然而，因車輛動力傳動系統結構緊湊，旋轉軸上難以安裝甚至不允許安裝外部傳感器，且車輛的工作環境複雜多變，使得外部扭矩傳感器的安裝及數據傳輸困難。
[0003]旋轉軸扭矩測試的數據傳輸主要可分為兩種方式，接觸式與非接觸式。接觸式以傳統集流器來實現，有水銀式、電刷式、滑環式等。接觸式集流器由於接觸面表面氧化、磨損、高速傳動軸振動等均可使接觸電阻發生變化，降低系統可靠性，帶來測試誤差，且集流器體積大不便於安裝在傳動系統內部。
[0004]非接觸數據傳輸包括紅外數據傳輸、雷射數據傳輸、存儲測試等。然而這些測試方法有諸多不足之處，如紅外和雷射數據傳輸體積大不適合用於車輛狹小空間要求。存儲測試是近年發展起來的扭矩測試方法，但這種方法不能用於實時監測旋轉軸扭矩，且測試裝置的安裝與拆卸非常麻煩，不能滿足需要。
[0005]向處於旋轉軸扭矩測試系統提供能量的方法主要有兩種:滑環供電，電池供電。滑環供電採用電刷與集電環滑動接觸的方式，在使用上存在諸如滑動磨損，接觸火花，碳積和不安全裸露導體等局限；而電池供電存在電能有限以及對供電環境要求高等一系列缺點和不足，使得這兩種供電方式均不能滿足扭矩測試的需要。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種可在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，工作性能穩定可靠，測量精度高的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸。
[0007]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，包括軸杆，所述軸杆側壁的中部設有用於安裝電器元件的安裝槽，安裝槽為環繞軸杆側壁的圓環形，安裝槽內設有惠斯通電橋，惠斯通電橋的兩個半橋應變片分別軸線對稱地貼附在所述安裝槽內的底部，每個半橋應變片分別包括二個電阻應變片，惠斯通電橋的電信號輸出端與信號放大器的電信號輸入端電連接，信號放大器的電信號輸出端與模數轉換器的電信號輸入端電連接，模數轉換器的電信號輸出端與無線電發送模塊的電信號輸入端電連接，無線電發送模塊向無線電接收模塊發送信號，無線電接收模塊與可處理、顯示並存儲傳動軸傳遞的扭矩值的計算機連接；
[0008]所述軸杆的側壁上套裝有轉盤，轉盤的盤面上設有受電電磁線圈，受電電磁線圈環繞所述軸杆設置，受電電磁線圈通過整流濾波穩壓模塊與所述惠斯通電橋、所述信號放大器、所述模數轉換器和所述無線電發送模塊電連接，受電電磁線圈的附近設有高頻交變電磁線圈，高頻交變電磁線圈與受電電磁線圈同軸心並列設置，高頻交變電磁線圈的端面與受電電磁線圈的端面之間的距離小於15mm,高頻交變電磁線圈安裝在定位板上,高頻交變電磁線圈通過逆變電路與直流電源電連接；
[0009]所述軸杆上沿軸線方向設有穿線孔，所述安裝槽內的底部沿徑向設有出線孔，所述軸杆上位於所述轉盤附近的側壁處沿徑向設有進線孔，進線孔的裡端和所述出線孔的裡端分別與所述穿線孔相通，所述信號放大器和所述整流濾波穩壓模塊與惠斯通電橋相連的導線依次穿過進線孔、穿線孔和出線孔；
[0010]所述整流濾波穩壓模塊、所述信號放大器、所述模數轉換器、所述無線電發送模塊安裝在所述轉盤上，所述無線電接收模塊安裝在所述定位板上；
[0011]所述安裝槽內填充有703矽橡膠或704矽橡膠或705矽橡膠或706矽橡膠。
[0012]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其中所述逆變電路安裝在所述定位板上，所述安裝槽的深度為2-3mm，安裝槽沿所述軸杆軸線方向的長度為25_35mm，所述高頻交變電磁線圈的端面與所述受電電磁線圈的端面之間的距離為3-10mm。
[0013]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其中所述安裝槽的側壁與安裝槽的底部相交處設有用於減小應力集中的過渡圓弧面。
[0014]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其中所述轉盤為圓環形，轉盤採用絕緣材料製成，所述受電電磁線圈採用粘接固定在轉盤朝左的盤面上，所述定位板為圓環形，定位板採用絕緣材料製成，所述高頻交變電磁線圈採用粘接固定在定位板朝右的盤面上。
[0015]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其中所述轉盤盤面的裡端與連接套的端面相貼，轉盤盤面的裡端通過螺釘與連接套固定相連，連接套套裝在所述軸杆的側壁上，連接套與軸杆通過緊定螺釘或定位銷軸或平鍵相連。
[0016]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其中所述軸杆可轉動地安裝在變速箱或減速器的箱體內，所述定位板盤面的外端與連接件的端面相貼，定位板盤面的外端通過螺釘與連接件固定相連，連接件採用螺栓安裝在所述箱體的內壁上。
[0017]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在使用時，位於安裝槽內的惠斯通電橋可精確測量出軸杆傳遞的扭矩的量值並轉化為對應的電信號，電信號經無線電發送模塊通過無線電接收模塊將電信號輸送至可處理、顯示並存儲傳動軸傳遞的扭矩值的計算機。因此，本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸具有可在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，工作性能穩定可靠，測量精度高的特點。
[0018]下面結合附圖對本發明帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸作進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸的電路部分的原理圖；
[0020]圖2為本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸的主視圖；
[0021]圖3為圖2的側視圖。【具體實施方式】
[0022]如圖1、圖2和圖3所示，本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，包括軸杆1，軸杆I側壁的中部設有用於安裝電器元件的安裝槽2，安裝槽2為環繞軸杆I側壁的圓環形，安裝槽2內設有包括金屬電阻應變片的惠斯通電橋3，惠斯通電橋3的兩個半橋應變片分別軸線對稱地貼附在安裝槽2內的底部，每個半橋應變片分別包括二個電阻應變片，惠斯通電橋3的電信號輸出端與信號放大器4的電信號輸入端電連接，信號放大器4的電信號輸出端與模數轉換器5的電信號輸入端電連接，模數轉換器5的電信號輸出端與無線電發送模塊6的電信號輸入端電連接，無線電發送模塊6向無線電接收模塊7發送信號，無線電接收模塊7與可處理、顯示並存儲傳動軸傳遞的扭矩值的計算機連接；
[0023]軸杆I的側壁上套裝有轉盤8，轉盤8的盤面上設有受電電磁線圈9，受電電磁線圈9環繞軸杆I設置，受電電磁線圈9通過整流濾波穩壓模塊20與惠斯通電橋3、信號放大器4、模數轉換器5和無線電發送模塊6電連接，受電電磁線圈9的附近設有高頻交變電磁線圈10，高頻交變電磁線圈10與受電電磁線圈9同軸心並列設置，高頻交變電磁線圈10的端面與受電電磁線圈9的端面之間的距離小於15mm,高頻交變電磁線圈10安裝在定位板11上，高頻交變電磁線圈10通過逆變電路12與直流電源電連接。採用上述技術方案，可保證供電在高溫、高振動衝擊環境中的可靠、穩定，進而可保證在狹小空間實時在線監測扭矩，保證測量精度高。
[0024]本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在使用時，位於安裝槽2內的惠斯通電橋3可精確測量出軸杆I傳遞的扭矩的量值並轉化為對應的電信號，電信號經無線電發送模塊6通過無線電接收模塊7將電信號輸送至可處理、顯示並存儲傳動軸傳遞的扭矩值的計算機，而逆變電路12則可將直流電源逆變成為頻率為67KHz的正弦電流，使高頻交變電磁線圈IO周圍產生高頻變化的電磁場，讓位於本磁場中的受電電磁線圈9中產生高頻感應電動勢，此電動勢經整流濾波穩壓模塊20得到5V的直流電，從而實現對惠斯通電橋
3、信號放大器4、模數轉換器5和無線電發送模塊6的供電。
[0025]上述軸杆I上沿軸線方向設有穿線孔13，安裝槽2內的底部沿徑向設有出線孔14，軸杆I上位於轉盤8附近的側壁處沿徑向設有進線孔15，進線孔15的裡端和出線孔14的裡端分別與穿線孔13相通，信號放大器4和整流濾波穩壓模塊20與惠斯通電橋3相連的導線依次穿過進線孔15、穿線孔13和出線孔14。上述技術特徵可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0026]上述整流濾波穩壓模塊20、信號放大器4、模數轉換器5、無線電發送模塊6安裝在轉盤8上，無線電接收模塊7安裝在定位板11上。上述技術特徵可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0027]上述安裝槽2內填充有703矽橡膠或704矽橡膠或705矽橡膠或706矽橡膠。在安裝槽2內填充703矽橡膠或704矽橡膠或705矽橡膠或706矽橡膠，可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0028]作為本發明的改進，上述逆變電路12安裝在定位板11上，安裝槽2的深度為2-3mm，安裝槽2沿軸杆I軸線方向的長度為25_35mm，高頻交變電磁線圈10的端面與受電電磁線圈9的端面之間的距離為3-10mm。上述技術特徵可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0029]作為本發明的進一步改進，上述安裝槽2的側壁與安裝槽2的底部相交處設有用於減小應力集中的過渡圓弧面。上述技術特徵可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0030]作為本發明的進一步改進，上述轉盤8為圓環形，轉盤8採用絕緣材料製成，受電電磁線圈9採用粘接固定在轉盤8朝左的盤面上，定位板11為圓環形，定位板11採用絕緣材料製成，高頻交變電磁線圈10採用粘接固定在定位板11朝右的盤面上。上述技術特徵可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0031]作為本發明的進一步改進，上述轉盤8盤面的裡端與連接套16的端面相貼，轉盤8盤面的裡端通過螺釘與連接套16固定相連，連接套16套裝在軸杆I的側壁上，連接套16與軸杆I通過緊定螺釘或定位銷軸或平鍵相連。上述技術特徵可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0032]作為本發明的進一步改進，上述軸杆I可轉動地安裝在變速箱或減速器的箱體17內，定位板11盤面的外端與連接件18的端面相貼，定位板11盤面的外端通過螺釘與連接件18固定相連，連接件18採用螺栓安裝在箱體17的內壁上。上述技術特徵可進一步保證本發明的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸在高溫、高振動衝擊環境中實現狹小空間實時在線監測扭矩，並進一步保證其工作性能穩定可靠，測量精度高。
[0033]上面所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神前提下，本領域普通工程技術人員對本發明技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，包括軸杆(1)，其特徵在於:所述軸杆(I)側壁的中部設有用於安裝電器元件的安裝槽(2)，安裝槽(2)為環繞軸杆(I)側壁的圓環形，安裝槽(2)內設有惠斯通電橋(3)，惠斯通電橋(3)的兩個半橋應變片分別軸線對稱地貼附在所述安裝槽(2)內的底部，每個半橋應變片分別包括二個電阻應變片，惠斯通電橋(3)的電信號輸出端與信號放大器(4)的電信號輸入端電連接，信號放大器(4)的電信號輸出端與模數轉換器(5)的電信號輸入端電連接，模數轉換器(5)的電信號輸出端與無線電發送模塊(6)的電信號輸入端電連接，無線電發送模塊(6)向無線電接收模塊(7)發送信號，無線電接收模塊(7)與可處理、顯示並存儲傳動軸傳遞的扭矩值的計算機連接； 所述軸杆(I)的側壁上套裝有轉盤(8)，轉盤(8)的盤面上設有受電電磁線圈(9)，受電電磁線圈(9)環繞所述軸杆(I)設置，受電電磁線圈(9)通過整流濾波穩壓模塊(20)與所述惠斯通電橋(3)、所述信號放大器(4)、所述模數轉換器(5)和所述無線電發送模塊(6)電連接，受電電磁線圈(9)的附近設有高頻交變電磁線圈(10)，高頻交變電磁線圈(10)與受電電磁線圈(9)同軸心並列設置，高頻交變電磁線圈(10)的端面與受電電磁線圈(9)的端面之間的距離小於15mm,高頻交變電磁線圈(10)安裝在定位板(11)上，高頻交變電磁線圈(10)通過逆變電路(12)與直流電源電連接； 所述軸杆(I)上沿軸線方向設有穿線孔(13)，所述安裝槽(2)內的底部沿徑向設有出線孔(14)，所述軸杆⑴上位於所述轉盤⑶附近的側壁處沿徑向設有進線孔(15)，進線孔(15)的裡端和所述出線孔(14)的裡端分別與所述穿線孔(13)相通，所述信號放大器(4)和整流濾波穩壓模塊(20)與所述惠斯通電橋(3)相連的導線依次穿過進線孔(15)、穿線孔(13)和出線孔(14)； 所述整流濾波穩壓模塊(20)、所述信號放大器(4)、所述模數轉換器(5)、所述無線電發送模塊(6)安裝在所述轉盤(8)上，所述無線電接收模塊(7)安裝在所述定位板(11)上； 所述安裝槽(2)內填充有703矽橡膠或704矽橡膠或705矽橡膠或706矽橡膠。
2.根據權利要求1所述的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其特徵在於:所述逆變電路(12)安裝在所述定位板(11)上，所述安裝槽(2)的深度為2-3mm，安裝槽(2)沿所述軸杆(I)軸線方向的長度為25-35mm，所述高頻交變電磁線圈(10)的端面與所述受電電磁線圈(9)的端面之間的距離為3-10mm。
3.根據權利要求2所述的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其特徵在於:所述安裝槽(2)的側壁與安裝槽(2)的底部相交處設有用於減小應力集中的過渡圓弧面。
4.根據權利要求3所述的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其特徵在於:所述轉盤(8)為圓環形，轉盤(8)採用絕緣材料製成，所述受電電磁線圈(9)採用粘接固定在轉盤(8)朝左的盤面上，所述定位板(11)為圓環形，定位板(11)採用絕緣材料製成，所述高頻交變電磁線圈(10)採用粘接固定在定位板(11)朝右的盤面上。
5.根據權利要求4所述的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其特徵在於:所述轉盤(8)盤面的裡端與連接套(16)的端面相貼，轉盤(8)盤面的裡端通過螺釘與連接套(16)固定相連，連接套(16)套裝在所述軸杆(I)的側壁上，連接套(16)與軸杆(I)通過緊定螺釘或定位銷軸或平鍵相連。
6.根據權利要求5所述的帶有可實時在線監測扭矩裝置的傳動軸，其特徵在於:所述軸杆(I)安裝在變速箱或減速器的箱體(17)內，所述定位板(11)盤面的外端與連接件(18)的端面相貼，定位 板(11)盤面的外端通過螺釘與連接件(18)固定相連，連接件(18)採用螺栓安裝在所述箱體(17)的內壁上。
【文檔編號】G01L3/00GK103790927SQ201410073617
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】馮輔周, 丁闖, 江鵬程, 閔慶旭, 趙永東, 張麗霞, 張超省, 劉遠宏, 楊永利, 陳祥龍, 王鵬飛, 胡際萬, 楊晉溥, 崔超 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院