專利名稱：扭矩、載荷傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種力學(xué)測量傳感器，主要應(yīng)用于機(jī)械制造和機(jī)械零部件測試中，檢測機(jī)械零部件受力情況。如檢測傳動(dòng)軸瞬時(shí)承受扭矩、拉力或壓力情況。是由彈性元件、電阻應(yīng)變片和外殼等組成的；扭矩與載荷分別傳遞、檢測的扭矩、載荷傳感器。
背景技術(shù)：
目前，檢測旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件承受扭矩、拉力或壓力傳感器結(jié)構(gòu)是由殼體、彈性元件和電阻應(yīng)變片等組成。彈性元件是一個(gè)中間直徑小于兩端直徑的軸。中間部分是彈性形變區(qū)。將載荷(載荷包括拉力和壓力)電阻應(yīng)變片和扭矩電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件的形變區(qū)表面。載荷電阻應(yīng)變片檢測彈性元件承受拉力或壓力大小，扭矩電阻應(yīng)變片檢測彈性元件承受扭矩大小。反映出被檢測零部件受力情況。
載荷電阻應(yīng)變片和扭矩應(yīng)變片同時(shí)粘貼在一個(gè)彈性元件表面，彈性元件受到拉力和扭矩共同作用，彈性區(qū)產(chǎn)生伸縮變形，同時(shí)產(chǎn)生扭曲變形。載荷電阻應(yīng)變片產(chǎn)生伸長的同時(shí)也要發(fā)生扭曲變化，使載荷信號(hào)的輸出產(chǎn)生誤差。同樣，扭矩電阻應(yīng)變片產(chǎn)生扭曲變化的同時(shí)也發(fā)生拉伸變化，使扭矩信號(hào)的輸出產(chǎn)生誤差。扭矩電阻應(yīng)變片和載荷電阻應(yīng)變片同時(shí)粘貼在一個(gè)彈性元件上，兩個(gè)電橋接受輸出的電信號(hào)互相影響產(chǎn)生誤差，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。為克服電信號(hào)互相影響的問題，采用在傳感器彈性元件上只粘貼一種電阻應(yīng)變片，這樣傳感器功能單一。當(dāng)需要檢測運(yùn)轉(zhuǎn)軸承受扭矩和拉力，就在被檢測軸上，安裝一臺(tái)扭矩傳感器和一臺(tái)載荷傳感器。如果空間有限，只能安裝一臺(tái)時(shí)，無法同時(shí)檢測扭矩和拉力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種扭矩、載荷傳感器，同時(shí)檢測機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中零部件所承受的扭矩、載荷大小?？朔袀鞲衅?，扭矩電阻應(yīng)變片和載荷電阻應(yīng)變片同時(shí)粘貼在一個(gè)彈性元件上，輸出的載荷信號(hào)和扭矩信號(hào)互相影響，產(chǎn)生測量誤差的缺點(diǎn)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的扭矩、載荷傳感器是由外殼、彈性元件和電阻應(yīng)變片所組成。外殼兩端有端蓋，端蓋上有軸承。其特征在于彈性元件是由內(nèi)軸和外軸所組成，內(nèi)軸和外軸之間套裝。內(nèi)軸和外軸之間有推力軸承。推力軸承的作用是分解扭矩和載荷的傳遞，即傳動(dòng)軸所承受的扭矩和載荷，通過推力軸承分解，使其中一個(gè)軸只承擔(dān)扭矩傳遞；另一個(gè)軸只承擔(dān)載荷傳遞。在一個(gè)軸上粘貼有扭矩電阻應(yīng)變片，另外一軸上粘貼有載荷電阻應(yīng)變片。
本發(fā)明扭矩、載荷傳感器，根據(jù)檢測的需要可以分為扭矩、壓力傳感器和扭矩、拉力傳感器兩種；根據(jù)扭矩應(yīng)變片和載荷應(yīng)變片粘貼在內(nèi)軸或外軸上，可以有四種不同形式。這四種傳感器的基本原理相同，檢測內(nèi)容不同，結(jié)構(gòu)也有所不同。
一、在外軸上粘貼扭矩應(yīng)變片，內(nèi)軸上粘貼壓力應(yīng)變片，稱作內(nèi)壓外扭式扭矩、載荷傳感器。
二、在外軸上粘貼扭矩應(yīng)變片，內(nèi)軸上粘貼拉力應(yīng)變片，稱作內(nèi)拉外扭式扭矩、載荷傳感器。
三、在外軸上粘貼壓力應(yīng)變片，內(nèi)軸上粘貼扭矩應(yīng)變片，稱作外壓內(nèi)扭式扭矩、載荷傳感器。
四、在外軸上粘貼拉力應(yīng)變片，內(nèi)軸上粘貼扭矩應(yīng)變片，稱作外拉內(nèi)扭式扭矩、載荷傳感器。
下面對扭矩、載荷傳感器四種形式的結(jié)構(gòu)特征部分，分別進(jìn)行敘述。
一、內(nèi)壓外扭式扭矩、載荷傳感器其套裝結(jié)構(gòu)是壓力電阻應(yīng)變片粘貼在內(nèi)軸的應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片粘貼在外軸應(yīng)變區(qū)。在內(nèi)軸的端部有推力軸承。外軸所受外界壓力，通過推力軸承傳遞給內(nèi)軸，內(nèi)軸上的應(yīng)變片產(chǎn)生形變發(fā)出電信號(hào)；外軸所受的外界扭矩不能通過推力軸承，內(nèi)軸不承受扭矩，壓力應(yīng)變片不受扭矩影響。另外，外軸所受的外界扭矩不能通過推力軸承，全部扭矩的傳遞由外軸承擔(dān)。外軸上的扭矩應(yīng)變片產(chǎn)生形變發(fā)出電信號(hào)。外軸不承受壓力載荷。因此，扭矩應(yīng)變片不受壓力載荷影響。
二、內(nèi)拉外扭式扭矩、載荷傳感器其套裝結(jié)構(gòu)是拉力電阻應(yīng)變片粘貼在內(nèi)軸的應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片粘貼在外軸的應(yīng)變區(qū)。在內(nèi)軸的端部有鎖緊螺帽。鎖緊螺帽與擋環(huán)之間有推力軸承。擋環(huán)與外軸為螺紋聯(lián)結(jié)。外軸端部有聯(lián)軸頭，聯(lián)軸頭上部有燕尾形的聯(lián)軸槽。聯(lián)軸頭下部與外軸螺紋聯(lián)結(jié)。外軸所受外界拉力，通過擋環(huán)、推力軸承和鎖緊螺帽傳遞給內(nèi)軸，內(nèi)軸上的拉力應(yīng)變片產(chǎn)生形變發(fā)出電信號(hào)；外軸所受的外界扭矩不能通過推力軸承，內(nèi)軸不承受扭矩，拉力應(yīng)變片不受扭矩影響。另外，外軸所受的外界扭矩不能通過推力軸承，全部扭矩的傳遞由外軸承擔(dān)。外軸上的扭矩應(yīng)變片產(chǎn)生形變發(fā)出電信號(hào)。外軸不承受拉力，因此，扭矩應(yīng)變片不受壓力影響。
三、外壓內(nèi)扭式扭矩、載荷傳感器其套裝結(jié)構(gòu)是壓力電阻應(yīng)變片粘貼在外軸應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片粘貼在內(nèi)軸的應(yīng)變區(qū)。在外軸的端部有推力軸承。內(nèi)軸端部有矩形凸起，鑲嵌在外軸的凹槽中。外軸所受外界壓力，通過推力軸承傳遞給內(nèi)軸。檢測過程中，在內(nèi)軸粘貼有應(yīng)變片的部位不會(huì)受到壓力；外軸粘貼有壓力應(yīng)變片的部位不承受扭矩。應(yīng)變片受力單一，輸出信號(hào)真實(shí)。
四、外拉內(nèi)扭式扭矩、載荷傳感器其套裝結(jié)構(gòu)是拉力電阻應(yīng)變片粘貼在外軸應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片粘貼在內(nèi)軸的應(yīng)變區(qū)。在外軸的端內(nèi)部有擋環(huán)，擋環(huán)與外軸采用螺紋聯(lián)接。推力軸承在擋環(huán)和內(nèi)軸臺(tái)階之間。內(nèi)軸端部有距形凸起，鑲嵌在外軸的凹槽中。外軸所受外界壓力，通過推力軸承傳遞給內(nèi)軸。檢測過程中，在內(nèi)軸粘貼有應(yīng)變片的部位不會(huì)受到壓力；外軸粘貼有拉力應(yīng)變片的部位不承受扭矩。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將傳感器的彈性元件分解為內(nèi)軸、外軸，在兩個(gè)軸上分別粘貼一種電阻應(yīng)變片。內(nèi)軸、外軸之間有推力軸承，兩軸分別承擔(dān)扭矩、載荷，軸上粘貼的扭矩應(yīng)變片或載荷應(yīng)變片受力單一，輸出信號(hào)準(zhǔn)確。同時(shí)檢測機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中零部件所承受的扭矩、載荷大小，互不干擾。克服了原有傳感器，扭矩電阻應(yīng)變片和載荷電阻應(yīng)變片同時(shí)粘貼在一個(gè)彈性元件上，輸出的載荷信號(hào)和扭矩信號(hào)互相影響，獲得檢測數(shù)據(jù)有誤差的缺點(diǎn)。


附圖1是內(nèi)壓外扭式扭矩、載荷傳感器的剖面示意圖。表示內(nèi)軸(5)、外軸(1)和推力軸承(9)之間的相互關(guān)系，以及應(yīng)變片(6)(7)所粘貼的位置。
附圖2是內(nèi)拉外扭式扭矩、載荷傳感器的剖面示意圖。表示內(nèi)軸(5)端部鎖緊螺帽(11)、擋環(huán)(10)與推力軸承(9)之間的相互關(guān)系，以及應(yīng)變片(6)(7)所粘貼的位置。
附圖3是外壓內(nèi)扭式扭矩、載荷傳感器的剖面示意圖。表示內(nèi)軸(5)、外軸(1)和推力軸承(9)之間的相互關(guān)系，以及內(nèi)軸(5)的矩形凸起與外軸(1)凹槽的配合關(guān)系。
附圖4是外拉內(nèi)扭式扭矩、載荷傳感器的剖面示意圖。表示內(nèi)軸(5)、外軸(1)、推力軸承(9)和擋環(huán)(10)之間的相互關(guān)系，以及應(yīng)變片(6)(7)所粘貼的位置。
具體實(shí)施例方式
以內(nèi)壓外扭式扭矩、載荷傳感器和內(nèi)拉外扭式扭矩、載荷傳感器為例進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1內(nèi)壓外扭式扭矩、載荷傳感器，外殼(4)是圓筒狀，外徑為250毫米，長度為280毫米。外殼(4)兩端有端蓋(2)，端蓋(2)上分別固定有軸承(3)。外軸(1)中間有孔，內(nèi)軸(5)套裝在外軸(1)孔內(nèi)。內(nèi)軸(5)和外軸(1)之間有推力軸承(9)。推力軸承(9)在內(nèi)軸(5)的端部和外軸(1)孔的底部之間。在外軸(1)上端和內(nèi)軸(5)下端各有一個(gè)聯(lián)軸槽(8)，是安裝傳感器時(shí)與被檢測零部件聯(lián)接用。外軸(1)所承受的扭矩不能通過推力軸承(9)傳遞給內(nèi)軸(5)；外軸(1)所承受的壓力能通過推力軸承(9)傳遞給內(nèi)軸(5)。在外軸(1)上粘貼有扭矩電阻應(yīng)變片(6)，在內(nèi)軸(5)上粘貼有壓力電阻應(yīng)變片(7)。應(yīng)變片(6)(7)粘貼在彈性變形區(qū)。
實(shí)施例2內(nèi)拉外扭式扭矩、載荷傳感器。外殼(4)與實(shí)施例1相同，其套裝結(jié)構(gòu)是粘貼有拉力電阻應(yīng)變片(7)的軸(5)在內(nèi)，粘貼有扭矩電阻應(yīng)變片(6)的軸(1)在外。在內(nèi)軸(5)的端部有鎖緊螺帽(11)。鎖緊螺帽(11)與擋環(huán)(10)之間有推力軸承(9)。擋環(huán)(10)與外軸(1)為螺紋聯(lián)結(jié)。外軸(1)端部有連軸頭(12)，連軸頭(12)上部有燕尾槽(8)，其下部與外軸(1)螺紋聯(lián)結(jié)。在內(nèi)軸(5)下端有燕尾槽(8)。燕尾槽(8)是聯(lián)接被檢測零部件用。外軸(1)所受外界拉力，通過擋環(huán)(10)、推力軸承(9)和鎖緊螺帽(11)傳遞給內(nèi)軸(5)，內(nèi)軸(5)上的拉力應(yīng)變片(7)產(chǎn)生形變發(fā)出電信號(hào)；外軸(1)所受的外界扭矩不能通過推力軸承(3)(9)，內(nèi)軸(5)不承受扭矩，拉力應(yīng)變片(7)不受扭矩影響。另外，外軸(1)所受的外界扭矩不能通過推力軸承(9)，全部扭矩的傳遞由外軸(1)承擔(dān)。外軸(1)上的扭矩應(yīng)變(6)片產(chǎn)生形變發(fā)出電信號(hào)。外軸(1)不承受拉力，因此，扭矩應(yīng)變片(6)不受壓力影響。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于檢測旋轉(zhuǎn)機(jī)械零部件受力情況的扭矩、載荷傳感器是由外殼(4)、彈性元件和電阻應(yīng)變片(6)(7)所組成，外殼(4)兩端有端蓋(2)，端蓋(2)上有軸承(3)，其特征在于所述的彈性元件是由內(nèi)軸(5)和外軸(1)所組成，內(nèi)軸(5)和外軸(1)之間套裝，內(nèi)軸(5)和外軸(1)之間有推力軸承(9)，在一個(gè)軸上粘貼有扭矩電阻應(yīng)變片，另外一軸上粘貼有載荷電阻應(yīng)變片。
2.如權(quán)利要求1所述的扭矩、載荷傳感器，其特征在于壓力電阻應(yīng)變片(7)粘貼在內(nèi)軸(5)的應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片(6)粘貼在外軸(1)的應(yīng)變區(qū)，在內(nèi)軸(5)的端部有推力軸承(9)，外軸(1)上端部和內(nèi)軸(5)下部有聯(lián)軸槽(8)。
3.如權(quán)利要求1所述的扭矩、載荷傳感器，其特征在于套裝結(jié)構(gòu)是拉力電阻應(yīng)變片(7)粘貼在內(nèi)軸(5)的應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片(6)粘貼在外軸(1)應(yīng)變區(qū)，在內(nèi)軸(5)的端部有鎖緊螺帽(11)，鎖緊螺帽(11)與擋環(huán)(10)之間有推力軸承(9)，擋環(huán)(10)與外軸(1)為螺紋聯(lián)結(jié)，外軸(1)端部有聯(lián)軸頭(12)，聯(lián)軸頭(12)上部有燕尾槽(8)，下部與外軸(1)螺紋聯(lián)結(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的扭矩、載荷傳感器，其特征在于套裝結(jié)構(gòu)是壓力電阻應(yīng)變片(6)粘貼在外軸(1)應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片(7)粘貼在內(nèi)軸(5)應(yīng)變區(qū)，在外軸(1)的端部有推力軸承(9)，內(nèi)軸(5)端部有矩形凸起，鑲嵌在外軸(1)的凹槽中，外軸(1)所受外界壓力，通過推力軸承(9)傳遞給內(nèi)軸(5)，外軸(1)上端部和內(nèi)軸(5)下部有聯(lián)軸槽(8)。
5.如權(quán)利要求1所述的扭矩、載荷傳感器，其特征在于套裝結(jié)構(gòu)是拉力電阻應(yīng)變片(6)粘貼在外軸(1)應(yīng)變區(qū)，扭矩電阻應(yīng)變片(7)粘貼在內(nèi)軸(5)的應(yīng)變區(qū)，在外軸(1)的端部有擋環(huán)(10)，擋環(huán)(10)與外軸(1)采用螺紋聯(lián)接，推力軸承(9)在擋環(huán)(10)和內(nèi)軸(5)臺(tái)階之間，內(nèi)軸(5)端部有矩形凸起，鑲嵌在外軸(1)的凹槽中。
全文摘要
本發(fā)明是一種力學(xué)測量傳感器，主要應(yīng)用于機(jī)械制造和機(jī)械零部測試件中，檢測機(jī)械零部件瞬時(shí)承受扭矩、拉力或壓力。本發(fā)明特征是彈性元件是由內(nèi)軸(5)和外軸(1)所組成，內(nèi)軸(5)和外軸(1)之間套裝。內(nèi)軸(5)和外軸(1)之間有推力軸承(9)。推力軸承(9)作用是，使一個(gè)軸擔(dān)扭矩傳遞，另一個(gè)軸擔(dān)載荷傳遞。在兩軸(1)(5)上分別粘貼扭矩電阻應(yīng)變片和載荷電阻應(yīng)變片。應(yīng)變片(6)(7)受力單一，輸出信號(hào)互不干擾?？朔嗽袀鞲衅鳎ぞ仉娮钁?yīng)變片和載荷電阻應(yīng)變片同時(shí)粘貼在一個(gè)彈性元件上，輸出的載荷信號(hào)和扭矩信號(hào)互相影響，產(chǎn)生測量誤差的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L5/00GK1529141SQ0313489
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月27日
發(fā)明者習(xí)進(jìn)錄, 智玉杰 申請人:北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)有限公司, 北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)有限公