專利名稱：吸收式測力計和轉矩測量的制作方法
背景技術：
本發(fā)明與吸收式測力計，特別是與和空氣吸收式測力計聯合使用的轉矩測量裝置有關。
測量轉矩的方法可分為軸式(轉動)和反作用式(靜止式)兩類。反作用式扭距測量是與空氣測力計一起使用，但它們都是不精確的，易于產生誤差。這些誤差是由一些與被測發(fā)動機和測力計的排氣以及外面局部空氣的速度等相關的空氣動力學因素所引入的。盡管也使用過軸式轉矩測量計，但先前的軸式轉矩儀具有各種缺陷。
在一種軸式轉矩儀中，應變片被用到傳遞轉矩的轉動部件上。應變片可通過它電阻的微小變化來檢測這個轉動部件的扭轉。而這種電阻的微小變化又是作為橋路中電壓的變化來測量的。由于測力計的轉速高，把應變片的信號從轉子傳遞到定子是困難的，而且可得到的現有的機構(集流環(huán)，遙測裝置)都是不可靠性和誤差的來源。
在另一種類型的軸式轉矩儀中，在發(fā)動機和測力計之間安放了兩個同心軸。內軸與發(fā)動機和測力計兩者相連。它傳遞轉矩和在這樣做的過程中，它發(fā)生的扭轉與轉矩成比例。外軸只在一端相連而且不傳遞轉矩。這兩個同心軸之間的角位移就是所加轉矩的一種度量。這個角位移是由比較兩個安置在相鄰的靜止結構上的傳感器的位相來測定的。其中一個傳感器探測內軸上的齒部的經過，而另一個傳感器探測外軸上齒部的經過。由于這兩種齒部彼此有一與所加轉矩成比例的相對角位移時，來自兩個傳感器的信號的相位關系也會發(fā)生一與轉矩成比例的變化。
這種軸式轉矩儀有兩個缺陷。使用兩個傳感器就會將一特有的誤差引入測量中。因為待測的量是來自兩個傳感器的信號之差，所以任何由傳感器本身的漂移所引起的誤差都將會加入測量誤差之中。
上文說明了已知的存在于現有的測力計轉矩測量系統(tǒng)的局限。這樣提供另一個旨在多少能克服上面所提到的局限性的方法顯然是有利的。因此，一個包括較多優(yōu)點的另一個適當的方法就被提出來了，在下文中將會進行全面的闡述。
發(fā)明概要一方面來看，本發(fā)明的目標是由裝配有一個吸收式測力計和一個具有轉動扭力軸的軸式轉矩儀來實現的。扭力軸的一端與測力計相連，可轉動地支持這個軸的支持部件與軸的另一端相連，這個支持部件安裝在一個殼套中，這個殼套沿軸向從測力計伸出，從扭力軸上的第一部位至少伸出有一個第一齒部，而從扭力軸上的第二部位上至少伸出有一個第二種齒部，這個至少一個的第一種齒部的近鄰就是至少一個的第二種齒部，第一部位位置是在第二部位位置的遠側。因而這兩種齒部交錯排列，這兩種齒部之間的角位移隨著扭力軸中的轉矩變化而變化，一個單一的傳感器就放置在交錯排列的齒部位置上。
從下面的發(fā)明詳述，再結合所附插圖來考慮上述的和其他各方面就很顯然了。
附圖簡述

圖1是部分剖開的側視圖，它畫出了一個吸收式的測力計和轉矩測量系統(tǒng)；圖2是圖1所畫的轉子的主要部分的部分剖開的視圖；圖3是取自圖2轉子主體的左側部分的局部端視圖，它畫出了周邊附近的一些葉片；圖4是側視的橫剖面圖，它畫出了一個軸式轉矩測量系統(tǒng)的細節(jié)；圖4A是圖4中所畫軸承的放大圖；圖5是一個部分顯示圖4的轉矩測量系統(tǒng)的齒部相互嚙合情形的布局圖。
詳細描述下述的發(fā)明是一個與空氣吸收式測力計一起使用的軸式轉矩儀。其中將轉矩從發(fā)動機傳遞到測力計的轉動軸的扭變是由一在附近的靜止結構上的單一傳感器來測量的。圖1和圖4畫出了一個典型的實施例。轉矩軸由一附著在測力計轉軸上的帶齒槽的附件支撐在測力計一端，在發(fā)動機一端，轉矩軸是支承于一預加荷載的斜面接觸滾珠軸承之中。從發(fā)動機產生的轉矩引起了轉軸的扭變。附著在軸上并隨軸一起轉動的是兩個帶有突出齒部的套筒。在轉矩軸的兩端都附著一個套筒。那些突出的齒部是交錯排列的而且要安排得使兩套齒部都要能被附近的傳感器探測到。當軸被所加的轉矩扭變時，兩個套筒上的齒部就相對發(fā)生角位移。這個角位移是作為傳感器所產生的信號的相移來測量的。這個相移直接與所加轉矩成比例。
這個轉矩儀被安裝在測力計結構中。當取出和更換發(fā)動機時，轉矩儀不受干擾。因而在取出和安裝發(fā)動機的過程中，轉矩儀得到保護而不受損壞。
轉矩儀還采用單一的傳感器來測量相移。這就消除了存在于先前技術的轉矩儀中的雙傳感器誤差。因而改善了轉矩測量的精度。
盡管本轉矩儀系統(tǒng)也可和其他的吸收式測力計一起使用，但我們在圖1至3中卻只畫出了一個優(yōu)選的吸收式測力計10。吸收式測力計10包含一個把帶十片的轉子栓連在一對短而粗的軸16上的結構12，兩個短軸16的一端都有一個法蘭15。轉子被很多的通過法蘭15和轉子14的螺栓19連接到軸16上。一個軸16的一端上具有一個聯軸器18，以便與轉矩測量系統(tǒng)58連接。
結構12在軸的兩相對端20和22處是開口的以便能從兩端進入流體。在兩端之內、結構12之中央是軸的支持殼套24(只畫出了一個)，它與三個等距的支柱26組成整體(圖中只畫了一個)。支柱26沿徑向跨接在殼套24和結構12的兩端20、22的內圓周表面之間。轉子14具有一個主體28，在它兩側的周邊附近有一系列的弧形葉片30，這些葉片是放在從20、22端進入的流體沿徑向流出的路徑中。
葉片30是由一些終止并連接在橫向上的邊緣36和38處的凸的和凹的表面32和34所圍成，每個葉片30具有一個最大的厚度“T″，這對所有的葉片30是共同的。任何一個葉片30的邊緣36和38都是位于從轉子14的軸心畫出的徑線″R″上。周向距離“c/d”是由給定徑線″R″和最鄰近的葉片30之間的距離決定，它比上述的厚度″T″小。葉片30之間，存在一個具有一比上述厚度“T″寬的流體的弧形通道40。
結構12帶有一對環(huán)形罩42和44，它是有選擇性地將葉片30罩上或打開，以便對位于流體的徑向流出路徑中的葉片的長度或多或少地關閉和打開。兩個環(huán)形罩42和44都與一個旋擰在一滾珠絲杠48上的球螺母46相連。滾珠絲桿終止在一個與滾鏈52嚙合并由滾鏈52驅動的鏈輪50上。在測力計10的兩端都有三個彼此沿圓周方向等距隔開的球螺母、絲杠以及鏈輪。同時每一端都有一各自的驅動鏈52。但是測力計10的兩側的滾珠絲杠48的螺紋是彼此相反的。因此，驅動滾鏈52朝同一方向轉動時，兩側的罩42，44對于轉子兩側的葉片30而言，進退都是一致的，為了共同地驅動這兩個滾鏈52，將兩滾鏈分別偶聯在兩個安裝在罩控制軸56上的驅動鏈輪54上。控制軸56可有選擇地被一未畫出的機構所驅動。罩42，44并不碰觸葉片30。
轉子14的主體28的兩側都安裝有與軸平行的軸向葉片30，這些葉片還順著徑向的空氣動力學流動路徑排列。如圖所示，轉子14可轉動地支撐于兩側殼套24之間而且轉子的弧形側面可把進入流體的軸向流動轉變成徑向流動。這樣，葉片30被放置在徑向流出的流體路徑中。轉子的葉片30的構形可使測力計中葉片30的有效長度發(fā)生變化因而在速度保持不變時可改變吸收的功率。
可以看出轉矩測量系統(tǒng)58是附著于軸16一端上的聯軸器18上，轉矩傳感器的護罩60是附著于一個軸的支持殼罩24上而且是從軸的支持殼罩24沿軸向伸出的。一個連接法蘭62被附連在轉矩軸70上。待測的發(fā)動機被連在連接法蘭62上。轉矩測量系統(tǒng)58設計得很緊湊，以使得轉矩測量系統(tǒng)58的主體仍然是在吸收式測力計10原來的機殼之內。
如圖4所示，轉矩測量系統(tǒng)58是封在轉矩傳感器的護罩60之中。附著在護罩60的自由端上的是軸承套72。一對斜向接觸滾珠軸承74是安裝在軸承套72中。軸承74被放在兩軸承74之間的墊圈76所分隔。波形彈簧80和“L”形的彈簧支架78被放置在每個斜向接觸軸承74的附近。波形彈簧80對斜向接觸軸承74進行預負載。緊靠著波形彈簧80和彈簧支架78沿軸向放置有墊圈79和卡環(huán)81。墊圈79和卡環(huán)81把波形彈簧80的彈力傳遞給軸承套72。設計了一個小的間隙82來容納轉矩軸70的軸向運動。這個間隙82是在彈簧架78和墊圈79之間。每個間隙82都近似為0.02英寸。轉矩軸70的軸向運動受限于墊圈79和卡環(huán)81。
轉矩軸70在外端由斜向接觸軸承74所支撐。轉矩軸70的內端由聯軸器86連接到設在軸16端部的齒槽聯軸器18上。轉矩軸70的內端84可在軸向上相對于聯軸器86滑動。轉矩軸70和聯軸器86也都刻有齒槽。在與測力計10和轉矩測量系統(tǒng)58相連接的發(fā)動機相對于測力計10沿軸向運動時，間隙82就允許轉矩軸70相對于聯軸器86和測力計10作軸向運動，這樣，發(fā)動機的軸向運動就會被轉矩測量系統(tǒng)58所吸收而不會傳遞到測力計10上。
兩個帶有齒部的圓套筒66、68連接在轉矩軸70上。兩套筒66、68被附連在轉矩軸70的相對著的兩端上。從各套筒66、68伸出交錯排列的齒部67、69。一個套筒66的直徑比另一個套筒68的小。如圖4和圖5所示，齒部67是從套筒66沿徑向伸出而齒部69是從套筒68順軸向伸出。齒部67，69交錯排列如圖5所示。單一的傳感器64緊靠著交錯排列的齒部67、69放置。所選的傳感器64是一個可變磁阻傳感器。這個傳感器64檢測齒部67與69之間的相移。這個相移與轉矩軸70所傳遞的轉矩成比例。
本發(fā)明包含有下列優(yōu)點轉矩儀在一個很短的軸中產生了所需求的扭變。測力計的外殼的輪廓增加最小。
轉矩儀可吸收發(fā)動機軸的軸向運動，把測力計與這種運動隔離開來。
轉矩儀的臨界速度高于測力計的運作范圍。
轉矩儀是由高性能的加油軸承所支承完全與測力計本身的軸承和潤滑系統(tǒng)無關。
權利要求
1.以組合形式；一個吸收式測力計；以及一個具有一個轉動扭力軸的軸式轉矩儀，這個軸的一端與測力計偶連，而它的另一端與可轉動的支撐這個軸的支撐機構偶連，該支撐機構是安裝在一由測力計沿軸向伸出的殼套上，在扭力軸上的第一部位至少有一個第一齒部伸出，而在扭力軸的第二部位至少有一個第二齒部伸出，第一部位是在第二部位的遠側，至少一個的第一種齒部緊鄰著至少一個的第二種齒部，因而齒部形成交錯排列，這兩種齒部之間的角距是隨扭力軸的轉矩改變而改變，一個單一的傳感器就放置在鄰近交錯排列的齒部的位置上。
2.按照權利要求1所述的組合，其特征是其中的支撐機構包含一對斜向接觸軸承。
3.按照權利要求1所述的組合，其特征是其中至少一個第一種齒部沿軸向伸出，至少一個第二種齒部是沿徑向伸出。
4.按照權利要求1所述的組合，其特征是其傳感器是一個可變磁阻傳感器。
5.按照權利要求1所述的組合，還包括允許扭力軸軸向運動的容納結構，它限制著扭力軸的軸向運動。
6.按照權利要求5所述的組合，其特征是其容納結構包括安裝在殼套中的軸承座一對可滑動地安裝在軸承支座中的斜向接觸軸承。一個用來對每個斜向接觸軸承沿軸向加壓力的預加載機構，在予加荷載機構和軸承座之間設置有一預定的軸向間隙。
7.按照權利要求6所述的組合，其特征是其預加荷載機構是一個波形彈簧。
8.按照權利要求6所述的組合。其特征是其扭力軸被聯軸器連接到測力計上，扭力軸相對于聯軸器可沿軸向滑動。
9.以組合方式；一個吸收式測力計；以及一個具有一個轉動的扭力軸的軸式轉矩儀，軸的一端與測力計相偶連，軸的可轉動支撐機構與該軸的另一端相連接，支撐機構是安裝在從測力計沿軸向伸出的殼套中，兩個圓柱套筒附著在轉矩軸上，第一套筒是在第一部位附在扭力軸上，第二套筒是在第二部位附加在扭力軸上。第一部位是在第二部位的遠側，第一套筒具有許多沿軸向伸出的齒部，第二套筒具有許多從徑向伸出的齒部。兩個套筒應安置得使它們的齒部交錯排列，一個第一套筒上的齒部和一個緊鄰的第二套筒上的齒部之間的角距離是隨轉矩軸中的轉矩變化而變化，一個單一的傳感器被安放在緊靠交錯排列的齒部的位置上，容納機構一方面允許扭力軸沿軸向運動，同時它也限制了扭力軸沿軸向運動，容納機構包含一安裝在殼套中的軸承座，一對可滑動地安裝在軸承座中的斜向接觸軸承以及一個沿軸向加偏壓于每個斜向接觸軸承的預加荷載機構，在預加荷載機構與軸承座之間提供有一預定的軸向間隙。
10.吸收式測力計包括一個第一殼套；一個可轉動地安裝在第一殼套之中的轉子轉軸；轉子安裝在轉子轉軸上，轉子具有一個主體和許多從主體上伸出的基本上平行于轉子的轉動軸的葉片，這此葉片基本上是徑向放置在轉子上，每一葉片在徑向上都具有一個最內邊和一個最外邊，所說的每個葉片的這兩個邊基本上都在一個已知的從轉子軸畫出的單個徑向直線上，各個葉片都與它的最近鄰的兩個葉片隔開一個給定距離，因而已知的周邊距在每葉片的兩個相對面上確定了流體的徑向流動路徑。允許流體從軸的兩個相反方向之任一個方向流進殼套的機構，以便將流體傳遞給轉子。關閉該葉片的控制機構，這個控制機構連接在該殼套上，以及一個具有轉動扭力軸的軸式轉矩儀，扭力軸的一端被偶連在轉子軸上，可轉動地支承扭力軸的支承機構被偶連到扭力軸的另一端上，這個支承機構被安裝在第二殼套中，第二殼套是從第一殼套順軸向延伸出來的，在扭力軸上附著有兩個圓套筒，第一套筒是附連在扭力軸的第一部位上，第二套筒被附連在扭力軸的第二部位上，第一部位在第二部位的遠側。第一套筒上具有許多順軸向伸出的齒部，而第二套筒上具有許多徑向伸出的齒部，把兩個套筒放置得使它們的齒部交錯排列，一個第一套筒的齒部和與它最近鄰的一個第二套筒齒部之間的角距離隨扭轉軸的轉矩變化而變化，一個單一的傳感器被安放在緊靠交錯排列的齒部的位置上。
11.按照權利要求10所述的吸收式測力計，其特征是其支承機構包含有一對斜向接觸軸承。
12.按照權利要求10所述的吸收式測力計，其特征是其一個套筒上的齒部順軸向伸出，而另一個套筒上的齒部是從徑向伸出的，一個套筒的直徑比另一個套筒的直徑大。
13.按照權利要求10所述的吸收式測力計，還包括允許扭力軸沿軸向運動的容納機構，同時這個容納機構也限制了扭力軸沿軸向的運動。
14.按照權利要求13所述的吸收式測力計的特征是，其容納機構包括一個安裝在第二殼套中的軸承座；一對可滑動地安裝在軸承座中的斜向接觸軸承；一個沿軸向給每個斜向接觸軸承施加壓力的預加荷載機構，在這個機構與軸承座之間提供有一個預定的軸向間隙。
15.按照權利要求10所述的吸收式測力計，還包括允許扭力軸沿軸向運動的容納機構，這個容納機構同時也限制著扭力軸的軸向運動，這個容納機構包括一個安裝在第二殼套中的軸承座；一對可滑動地安裝在軸承座內的斜向接觸軸承以及一個沿軸向對每個斜向接觸軸承施加壓力的預加荷載機構。在預加荷載機構與軸承座之間提供有一預定的軸向隙。
16.流體吸收式測力計包括一個第一殼套；一個可轉動地支撐在該第一套筒中的轉子軸。一個安裝在轉子軸上的轉子，該轉子具有一個轉軸，該轉子具有一個主體和許多的從主體上伸出的并基本上平行于轉軸的葉片。這許多的葉片基本上是沿徑向安置在轉子上。每個葉片在徑向上部具有一個最內邊緣和一個最外邊緣，每個葉片的該邊緣基本上都處在從軸心畫出的一個給定的、單個的徑線上。每個葉片都與它的最近鄰的葉片相隔一給定的周向距離，以便在每個葉片的相對兩側上限定出一些開放的，無阻礙的流體徑向流動的路徑。允許從軸的兩個相反的方向將流體送進該結構的機構，用于將流體傳遞給轉子。有選擇性地阻擋進入該結構的流體流經的那些葉片，并與該結構偶連的機構，以及一個具有轉動扭力軸的軸式轉矩儀，該扭力軸的一端與轉子軸相連，可轉動地支承扭力軸的支承機構與扭力軸的另一端相連，而支承機構是安裝在第二殼套中的，這第二殼套是沿軸向從第一殼套中伸出，在扭力軸上附連有兩個園套筒，第一套筒是在第一部位處附著在扭力軸上，第二套筒是在第二部位處附著在扭力軸上，第一部位是在第二部位的遠側，第一套筒具有很多的沿軸向伸出的齒部，而第二套筒上具有很多的沿徑向伸出的齒部，把這兩套筒安裝得使它們的齒部交錯排列，一個第一套筒齒部與一個近鄰的第二套筒齒部之間的角距離隨扭力軸的轉距變化而變化，在靠近交錯排列的齒部的地方放置了一個單一的傳感器。
17.按照權利要求16所述的流體吸收式測力計，其特征是其支承機構包括一對斜向接觸軸承。
18.按照權利要求17所述的流體吸收式測力計，還包括允許扭力軸軸向移動的容納機構，該容納機構也限制了扭力軸的軸向移動。
19.按照權利要求17所述的流體吸收式測力計還包括允許扭力軸軸向移動的容納機構，該容納機構也限制扭力軸的軸向移動，該容納機構包含一安裝在第二套筒中的軸承座；一對可滑動安裝在軸承座中的斜向接觸軸承；以及用于對每個斜向接觸軸承沿軸向施加偏壓的預加荷載機構，在這預加負載機構與軸承座之間提供有一預定的軸向間隙。
20.按照權利要求19所述的流體吸收式測力計，其特征是，其轉子主體至少是在兩個相反的面之一上具有一弧形表面，這個面就是流體承受面，許多的葉片基本上是從該表面垂直伸出。
21.按照權利要求20所述的流體吸收式測力計，其特征是這些葉片有弧形的橫截面，并有相對著的凹面和凸面。
22.按照權利要求19所述的流體吸收式測力計，其特征是其關閉機構包括籠罩轉子兩個相反面上的葉片的機構；以及在兩個軸向上移動籠罩的機構。
23.按照權利要求19所述的流體吸收式測力計，其特征是其關閉機構包括籠罩轉子兩個相反面上的葉片的機構；以及在兩個軸向上同時移動籠罩的機構。
全文摘要
本發(fā)明是一與吸收式測力計(10)一道使用的軸式轉矩儀，其中將轉矩從發(fā)動機傳遞給空氣測力計的轉軸(70)的扭變是由一安裝在緊鄰靜止結構上的單一傳感器(64)來測量的。轉矩軸(70)一端是被測力計(10)的轉軸(16)上的帶齒槽的附件連接在測力計的端部，而另一端是在發(fā)動機端部處支撐于一對預加荷載的斜向接觸滾珠軸承(74)中。發(fā)動機產生的轉矩引起軸的扭變。附著在軸(70)上并隨軸(70)一起轉動的是兩個帶有突出齒部的套筒(66、68)。轉矩軸的兩端各附著一個套筒。這些突出的齒部(67、69)是交錯排列的而且要安放得使這兩套齒部都能被鄰近的單一的傳感器(64)所檢測。當軸被所加的轉矩扭轉時，兩套筒上的齒部彼此間就會產生一角位移。這個角位移是作為由傳感器(64)產生的信號的相移來測量的。這個相移直接與所加的轉矩成比例。
文檔編號G01L3/16GK1127036SQ94192779
公開日1996年7月17日 申請日期1994年7月6日 優(yōu)先權日1993年7月15日
發(fā)明者W·L·布拉塞特, P·N·達斯特蘭 申請人:北方研究及工程公司