專利名稱：裝卡式在線檢測扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及物理測量儀器中測量扭轉(zhuǎn)力矩的傳感器，也屬于測量轉(zhuǎn)速的傳感器，具體是指一種以利用電磁方法為特征的裝卡式在線檢測扭矩傳感器。
目前，國內(nèi)外利用相位差檢測原理制成的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，一般只能應(yīng)用于實驗室的臺架試驗，由于其精度高和重復(fù)性好而被廣泛采用。但是，由于這類傳感器在使用時，必須串接于被測系統(tǒng)的動力與負載之間，這樣勢必要影響到被測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度，所以在汽車、輪船等整車試驗及石油鉆井的扭矩監(jiān)測中無法采用這類傳感器。為此，日本小野測器與日本赤阪鐵工所(船用柴油機企業(yè))合作，利用相位差測試技術(shù)，研制成功精密軸扭矩計，是把傳感器做在發(fā)動機與螺旋槳推進器之間的一段軸上，但它只能在船舶制造或大修時裝在軸上，因此在使用上有一定局限，而且不能進行現(xiàn)場標(biāo)定，所以其測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不可能高。
本實用新型的目的，在于利用相位差測試技術(shù)，提供一種可以方便地裝卡在被測軸上進行扭矩和轉(zhuǎn)速在線檢測的傳感器，并且使其可以進行現(xiàn)場標(biāo)定。
這種新型傳感器的解決方案是，其左、右兩邊各具有由上、下兩半拼連成一體的殼體，左、右兩邊的殼體又拼連成一體，在左、右兩邊的殼體之間具有一個由上、下兩半拼連成一體的皮帶輪，在皮帶輪上繞皮帶輪一周具有幾根皮帶輪小軸，在每根皮帶輪小軸兩端均裝有軸承，軸承分別與左、右兩邊殼體內(nèi)的內(nèi)圓柱面相接觸，在皮帶輪左、右兩側(cè)的殼體內(nèi)各具有由上、下兩半拼合而成的與皮帶輪相固連的內(nèi)齒輪，在兩個內(nèi)齒輪外側(cè)的殼體內(nèi)各具有由上、下兩半拼合而成的外齒輪，兩個外齒輪分別伸進相鄰內(nèi)齒輪內(nèi)部且與內(nèi)齒輪保持一個間隙，在兩個內(nèi)齒輪外部的殼體內(nèi)各緊嵌合有由上、下兩半拼合而成的導(dǎo)磁環(huán)，兩個導(dǎo)磁環(huán)分別套在兩個內(nèi)齒輪外部且與內(nèi)齒輪保持一個間隙，在兩個外齒輪外部的殼體內(nèi)各緊嵌合有由上、下兩半拼合而成的環(huán)狀的導(dǎo)磁支架，兩個導(dǎo)磁支架分別套在兩個外齒輪外部且與外齒輪保持一個間隙，在左、右兩邊的同一邊的導(dǎo)磁環(huán)與導(dǎo)磁支架之間的殼體內(nèi)，繞導(dǎo)磁支架一周均具有分別固連在導(dǎo)磁支架上的幾個信號線圈，信號線圈內(nèi)均裝有永久磁鋼，信號線圈按左、右兩邊分別串聯(lián)而成兩組信號線圈組，每組信號線圈組的兩端頭分別與安裝在殼體上的高頻插座相電連接，以把信號引出。在左、右兩邊殼體的端部均具有由上、下兩半拼合而成的端蓋，端蓋均與殼體相固連且壓住導(dǎo)磁支架，在左、右兩個端蓋上繞端蓋一周均具有幾根端蓋小軸，在每根端蓋小軸兩端均裝有軸承，各由上、下兩半拼連成一體的兩個外齒輪安裝座，分別從左、右兩端伸進端蓋的孔內(nèi)，其外圓柱面分別與兩個端蓋上的軸承相接觸，端蓋上軸承的外側(cè)均蓋有由上、下兩半拼合而成的防塵蓋，左、右兩邊的外齒輪分別固連在左、右兩邊的外齒輪安裝座上，在兩個外齒輪安裝座的中心開孔內(nèi)均固連有由上、下兩半拼合而成的卡環(huán)。上述導(dǎo)磁支架、導(dǎo)磁環(huán)、內(nèi)齒輪及外齒輪均采用軟磁材料制成，內(nèi)齒輪的齒數(shù)與外齒輪的齒數(shù)相同，但不嚙合而有間隙。這些零件與信號線圈、永久磁鋼組成信號發(fā)生器，其磁回路為永久磁鋼→導(dǎo)磁環(huán)→導(dǎo)磁環(huán)與內(nèi)齒輪之間的空氣隙→內(nèi)齒輪→內(nèi)齒輪與外齒輪之間的空氣隙→外齒輪→外齒輪與導(dǎo)磁支架之間的空氣隙→導(dǎo)磁支架→永久磁鋼，從而形成封閉磁回路。
具有上述結(jié)構(gòu)的本實用新型的工作原理是(一)產(chǎn)生電信號及測量扭矩的原理。通過調(diào)整上、下兩半外齒輪安裝座相拼連的松緊程度，可使外齒輪座內(nèi)的卡環(huán)產(chǎn)生彈性形變而抱緊在被測軸上，從而將傳感器裝卡在被測軸上。當(dāng)被測軸轉(zhuǎn)動時，左右兩個端蓋的小軸上裝的軸承分別作為滾柱，兩個外齒輪安裝座的外圓柱面分別作為滾道，使兩個外齒輪可以隨被測軸轉(zhuǎn)動，而殼體、端蓋等部件不轉(zhuǎn)動。這就使得在內(nèi)、外齒輪之間具有相對轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)在齒頂對齒頂瞬時位置時，氣隙磁阻最??；轉(zhuǎn)在齒頂對齒槽瞬時位置時，氣隙磁阻最大。由于相對轉(zhuǎn)動，使氣隙磁阻產(chǎn)生周期變化，因此置于磁回路中的信號線圈均感生出交流電動勢。而傳感器兩端各有一組信號發(fā)生器，故它們均產(chǎn)生交流電信號，又由于齒輪齒數(shù)均相等，因此交流電信號的頻率相等。在被測軸不受扭時，兩組交流電信號的相位差只與信號發(fā)生器的內(nèi)、外齒輪的安裝位置有關(guān)，即軸不受扭時，存在一初始相位差。在被測軸傳遞扭矩時，軸將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使緊固在軸上的兩個外齒輪產(chǎn)生相對角位移，使兩組交流電信號的相位差發(fā)生變化。在彈性變形范圍內(nèi)，相位差的變化量是與被測扭矩(即傳遞的扭矩)成正比的，只要把這兩組電信號送到具有相位檢測功能的儀器內(nèi)，即可檢測出被測扭矩值，并很容易實現(xiàn)數(shù)字化測量。(二)測量轉(zhuǎn)速的原理。如上所述的置于磁回路中的信號線圈所感生的交流電動勢，其頻率與齒輪的齒數(shù)及內(nèi)、外齒輪之間的相對轉(zhuǎn)速成正比，由于齒輪的齒數(shù)是固定的，在內(nèi)齒輪不動的條件下，電動勢的頻率正比于外齒輪的轉(zhuǎn)速即被測軸的轉(zhuǎn)速，所以可用于轉(zhuǎn)速的測量。(三)現(xiàn)場標(biāo)定的實現(xiàn)。在現(xiàn)場，當(dāng)軸不轉(zhuǎn)動時，用一小電動機帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，兩個內(nèi)齒輪也通過皮帶輪小軸上裝的軸承在殼體的內(nèi)圓柱面滾道上滾動而轉(zhuǎn)動，由于內(nèi)、外齒輪之間具有相對轉(zhuǎn)動，因此兩組信號發(fā)生器將產(chǎn)生交流電信號。此時使被測軸一端固定，另一端脫開并裝上一已知長度的臂桿，在臂桿端部施加一作為標(biāo)準(zhǔn)的力(可用經(jīng)過標(biāo)定的拉壓力傳感器檢測)。力乘力臂即為給軸施加的標(biāo)準(zhǔn)力矩，檢測出此時的相位差變化，即為施加標(biāo)準(zhǔn)力矩時的相位差變化值。經(jīng)過現(xiàn)場標(biāo)定的傳感器，其測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度是很高的。
裝卡式在線檢測扭矩傳感器可裝卡在被測軸上，裝拆方便，而且可進行現(xiàn)場標(biāo)定，因此測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，重復(fù)性好。本實用新型主要可用于船舶運輸、石油勘探、礦山機械及各種動力機械的扭矩和轉(zhuǎn)速的測量，為高效安全的生產(chǎn)和工作提供精確可靠的測量數(shù)據(jù)，其社會效益十分顯著。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型加以進一步說明。


圖1為本實用新型一種具體結(jié)構(gòu)主視圖2為圖1的左視圖和B－B、C－C及K－K剖視圖；圖3為圖1的A－A剖視圖；圖4為圖1中卡環(huán)(2)的左視圖。
上述圖中的附圖標(biāo)記是1、外齒輪安裝座，2、卡環(huán)，3、軸承蓋，4、7、10、22、26、28、30、31、螺釘，5、端蓋小軸，6、端蓋，8、殼體，9、導(dǎo)磁支架，11、信號線圈，12、永久磁鋼，13、導(dǎo)磁環(huán)，14、29、軸承，15、皮帶輪，16、內(nèi)齒輪，17、皮帶輪小軸，18、20、23、27、銷，19、外齒輪，21、螺栓組件，24、高頻插座，25、連接塊。
參見圖1，兩個內(nèi)齒輪(16)在皮帶輪(15)上的固定，均是采用螺釘(30)及銷(18)；兩個外齒輪(19)在外齒輪安裝座(1)上的固定，均是采用螺釘(4)及銷(20)；信號線圈(11)用螺釘(10)固連在導(dǎo)磁支架(9)上；端蓋(6)用螺釘(7)固連在殼體(8)上；防塵蓋(3)用螺釘(31)固連在端蓋(6)上。參見圖2，皮帶輪(15)上、下兩半之間用螺釘(26)及銷(27)拼連成一體。參見圖1與圖2，殼體(8)之間的拼連方式，是左、右兩邊的殼體(8)用由上、下兩半拼連成一體的連接塊(25)通過螺釘(28)而使相對位置固定，并通過螺栓組件(21)把連接塊(25)上、下兩半拼連成一體；兩個外齒輪安裝座(1)上、下兩半之間的拼連方式，均是用螺釘(22)及銷(23)拼連成一體。
權(quán)利要求1.一種裝卡式在線檢測扭矩傳感器，其特征在于A)其左、右兩邊各具有由上、下兩半拼連成一體的殼體(8)，左、右兩邊的殼體(8)又拼連成一體，在左、右兩邊的殼體(8)之間具有一個由上、下兩半拼連成一體的皮帶輪(15)，在皮帶輪(15)上繞皮帶輪(15)一周具有幾根皮帶輪小軸(17)，在每根皮帶輪小軸(17)兩端均裝有軸承(14)，軸承(14)分別與左、右兩邊殼體(8)內(nèi)的內(nèi)圓柱面相接觸，在皮帶輪(15)左、右兩側(cè)的殼體(8)內(nèi)各具有由上、下兩半拼合而成的與皮帶輪(15)相固連的內(nèi)齒輪(16)，在兩個內(nèi)齒輪(16)外側(cè)的殼體(8)內(nèi)各具有由上、下兩半拼合而成的外齒輪(19)，兩個外齒輪(19)分別伸進相鄰內(nèi)齒輪(16)內(nèi)部且與內(nèi)齒輪(16)保持一個間隙；B)在兩個內(nèi)齒輪(16)外部的殼體(8)內(nèi)各緊嵌合有由上、下兩半拼合而成的導(dǎo)磁環(huán)(13)，兩個導(dǎo)磁環(huán)(13)分別套在兩個內(nèi)齒輪(16)外部且與內(nèi)齒輪(16)保持一個間隙，在兩個外齒輪(19)外部的殼體(8)內(nèi)各緊嵌合有由上、下兩半拼合而成的環(huán)狀的導(dǎo)磁支架(9)，兩個導(dǎo)磁支架(9)分別套在兩個外齒輪(19)外部且與外齒輪(19)保持一個間隙，在左、右兩邊的同一邊的導(dǎo)磁環(huán)(13)與導(dǎo)磁支架(9)之間的殼體(8)內(nèi)，繞導(dǎo)磁支架(9)一周均具有分別固連在導(dǎo)磁支架(9)上的幾個信號線圈(11)，信號線圈(11)內(nèi)均裝有永久磁鋼(12)，信號線圈(11)按左、右兩邊分別串聯(lián)而成兩組信號線圈組，每組信號線圈組的兩端頭分別與安裝在殼體(8)上的高頻插座(24)相電連接；C)在左、右兩邊殼體(8)的端部均具有由上、下兩半拼合而成的端蓋(6)，端蓋(6)均與殼體(8)相固連且壓住導(dǎo)磁支架(9)，在左、右兩個端蓋(6)上繞端蓋(6)一周均具有幾根端蓋小軸(5)，在每根端蓋小軸(5)兩端均裝有軸承(29)，各由上、下兩半拼連成一體的兩個外齒輪安裝座(1)，分別從左、右兩端伸進端蓋(6)的孔內(nèi)，其外圓柱面分別與兩個端蓋(6)上的軸承(29)相接觸，端蓋(6)上軸承(29)的外側(cè)均蓋有由上、下兩半拼合而成的防塵蓋(3)，左、右兩邊的外齒輪(19)分別固連在左、右兩邊的外齒輪安裝座(1)上，在兩個外齒輪安裝座(1)的中心開孔內(nèi)均固連有由上、下兩半拼合而成的卡環(huán)(2)；D)導(dǎo)磁支架(9)、導(dǎo)磁環(huán)(13)、內(nèi)齒輪(16)及外齒輪(19)均采用軟磁材料制成，內(nèi)齒輪(16)的齒數(shù)與外齒輪(19)的齒數(shù)相同。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，兩個內(nèi)齒輪(16)在皮帶輪(15)上的固定，均是采用螺釘(30)及銷(18)，兩個外齒輪(19)在外齒輪安裝座(1)上的固定，均是采用螺釘(4)及銷(20)，信號線圈(11)用螺釘(10)固連在導(dǎo)磁支架(9)上，端蓋(6)用螺釘(7)固連在殼體(8)上，防塵蓋(3)用螺釘(31)固連在端蓋(6)上。
3.如權(quán)利要求1、2所述的傳感器，其特征在于，皮帶輪(15)上、下兩半之間用螺釘(26)及銷(27)拼連成一體，左、右兩邊的殼體(8)用由上、下兩半拼連成一體的連接塊(25)通過螺釘(28)固定相對位置，并通過螺栓組件(21)把連接塊(25)上、下兩半拼連成一體，用螺釘(22)及銷(23)分別將兩個外齒輪安裝座(1)的上、下兩半之間拼連成一體。
專利摘要本實用新型的結(jié)構(gòu)包括由殼體(8)、防塵蓋(3)、端蓋(6)、端蓋小軸(5)、軸承(29)等構(gòu)成的殼體組件，由外齒輪安裝座(1)、卡環(huán)(2)、外齒輪(19)等構(gòu)成的外齒輪組件，由內(nèi)齒輪(16)、皮帶輪(15)、皮帶輪小軸(17)、軸承(14)等構(gòu)成的內(nèi)齒輪與皮帶輪組件，由導(dǎo)磁支架(9)、導(dǎo)磁環(huán)(13)、信號線圈(11)、永久磁鋼(12)等構(gòu)成的信號發(fā)生器。該傳感器裝卡在被測軸上，可用來在線檢測扭矩和轉(zhuǎn)速，并且可以進行現(xiàn)場標(biāo)定，其裝拆方便，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，重復(fù)性好。
文檔編號G01L3/22GK2114152SQ92212098
公開日1992年8月26日 申請日期1992年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月17日
發(fā)明者夏為明 申請人:湖南儀器儀表總廠動力測試儀器廠