一种双偏心动态扭矩及转速传感器

摘要

本发明专利公开了一种双偏心动态扭矩及转速传感器。该传感器属于转角型扭矩及转速传感器，用于测量旋转机械的扭矩及转速。在旋转的弹性元件两端各有一个偏心套(6)，在对应偏心套的壳体上安装有两个非接触位移传感器(7)。当输入轴带着弹性元件(4)转动时，偏心套的表面到传感器测头的距离按正弦规律变化；两个非接触位移传感器输出的两个正弦位移信号变化的相位差与扭矩大小成比例。该传感器由弹性元件、两个偏心套、外壳(1)、支撑轴承(3)、非接触位移传感器和各部件之间的定位装置组成。弹性体可以采用圆柱结构，也可以采用双梁结构。为了克服偏心套的质心与弹性元件的中心不重合，偏心套采用了质心调整结构。

说明书

技术领域

本发明专利属于机械量测量领域，具体涉及一种测量旋转机械装置扭矩及转速的传感器。

背景技术

测量动态扭矩及转速传感器种类较多，从原理上讲，主要分为应变型和转角型。

应变型扭矩传感器是利用弹性元件在承受扭矩时产生应变，采用在旋转地弹性元件表面 贴应变片的方法得到扭矩产生地应变信号，早期用集流环方式将旋转件的扭矩信号传输出来 和为旋转部分的电路提供电源，存在触头磨损、信号噪声大的问题；现在多采用无线发射和 电磁感应的方法给旋转部分提供电源和传输扭矩信号，该方法总有一部分电路在不断旋转， 也易受到外界磁场、电场干扰。

转角型扭矩传感器，是利用弹性元件在承受扭矩时会产生旋转地角位移，扭矩大小与弹 性元件的旋转角位移成比例，在弹性元件的两端安装相应地检测装置检测弹性元件的旋转角 位移量，通过二次仪表进行数据处理就可以得到被测扭矩。按照检测装置的原理不同，有磁 感应式、容栅式、光栅式、磁栅式和光学式。磁感应式就是在旋转的弹性元件两端各安装一 个外齿形盘，在壳体上对应旋转地外齿形盘处安装与外齿形盘等齿数的内齿形盘和电磁感应 元件，由于转动时内、外齿形盘中齿的位置变化导致磁感应元件感应信号强度变化，通过该 变化可以得到扭矩信号；容栅式、光栅式或磁栅式就是在旋转地弹性元件两端采用容栅传感 器、光栅传感器或磁栅传感器拾取弹性元件的旋转角位移，实现扭矩的测量。光学式是在旋 转地弹性元件两端各安装四个反射器，对着光学反射器有两套激光发射与接收装置，当旋转 地弹性元件在扭矩作用下产生旋转角位移时，反射的激光信号就会反映出相位变化，通过数 据处理系统就会得到被测地扭矩。

发明内容

本发明专利提供了一种能够测量旋转机械扭矩及转速的传感器。该传感器属于转角型扭 矩及转速传感器。为了测量弹性元件在扭矩作用下的扭转角位移，在旋转地弹性元件两端各 有一个偏心装置，在对应偏心装置的壳体位置，安装有两个非接触位移测量传感器。当输入 轴带着弹性元件转动时，偏心装置的表面到传感器测头的距离按正弦规律变化；当弹性元件 承受扭矩时，两个偏心装置的偏心相位就会产生变化，由两个位移传感器输出的两个正弦信 号之间变化地相位差与扭矩大小成比例变化。由后续的信号处理系统可以通过两个正弦信号 变化地相位差得到输入的扭矩T；由任一个正弦信号的频率就可以得到输入的转速n。如果要 求高精度的转速测量，可以通过正弦信号细分实现。转轴的输入功率P＝T×n，通过数据处理， 可以得到输入轴的功率。

为达到上述目的，本发明专利采用的技术方案包括弹性元件、两个偏心套、外壳、两个 支撑轴承、两个非接触位移传感器和各部件之间的定位装置。外壳由安装弹性元件的圆筒和 将传感器固定在试验台面上的底板及固连两个的板组成；弹性元件通过两个支撑轴承安装在 外壳中，轴承外面有轴向定位装置；弹性元件是一个整体结构，弹性元件的两端是输入轴和 输出轴，相邻输入轴、输出轴的是安装支撑轴承的两个圆柱体，与安装支撑轴承的圆柱体相 邻的是两个安装偏心套的圆柱体，弹性体夹在安装偏心套的圆柱体之间，输入轴、输出轴、 安装支撑轴承的两个圆柱体、安装偏心套的圆柱体的中心线是共线的，是弹性元件中心线。 两个偏心套安装在安装偏心套的两个圆柱体上，两个偏心套的偏心相对弹性元件中心线相位 差为90°或者180°，采用定位销定位；两个非接触位移传感器安装在外壳上，感应头部对 着两个偏心套，两个非接触位移传感器的中心线与弹性元件中心线垂直。弹性元件的弹性体 可以是圆柱体，也可以是双梁结构；圆柱体结构的弹性体，圆柱体的中心与弹性元件中心重 合；双梁结构的弹性体，两个梁的长度方向与弹性元件中心线平行，对称布置在弹性元件中 心线两侧，梁的两端分别固定在安装偏心套的圆柱体上，形成两个力学中的两端固定梁，梁 的截面是长方形，长方形的长边对着弹性元件的中心。为了克服偏心套的质心与弹性元件的 中心不重合，旋转时产生离心力使轴系发生振动，偏心套采用了质心调整结构，偏心套壁厚 薄的半边高度大于壁厚厚的半边高度，使偏心套的质心向薄的一侧偏移，理论偏移量使偏心 套安装后的质心通过弹性元件中心。

本发明的重要特点是：

(1)信号由偏心套产生，偏心套加工简单，容易实现高精度加工，输出的正弦信号规 范；

(2)结构简单，易于加工，制造成本低；

(3)在转动部分没有电子元器件，可靠性高。

附图说明

附图中图1是本发明专利实施例1的结构纵向剖面图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是双梁式弹性元件视图。

图4是本发明专利实施例2的结构纵向剖面图。

图5是图4的B-B向剖视图。

图6是圆柱式弹性元件视图。

图中：1.壳体2.孔用弹性挡圈3.支撑轴承4.弹性元件5定位销6.偏心套 7.非接触位移传感器8.螺钉9.压盖

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利的结构和工作原理作进一步详细说明。

实施例1，参见图1、图2、图3，本发明专利包括壳体1，弹性元件4，两个偏心套6， 两个非接触位移传感器7，两个支撑轴承3和零件的定位装置。定位装置用了两个孔用弹性 挡圈2和两个定位销5。弹性元件如图3所示，是一个整体结构，有输入轴a，输出轴f，安 装支撑轴承的两个圆柱b，安装两个偏心套的圆柱c和双梁式弹性体d，两个梁与安装偏心套 的圆柱一次加工而成，形成了两端固定的梁。壳体上面为圆筒，下面是在工作台上安装的连 接部分，圆筒与连接部分固连在一体。弹性元件4通过两个支撑轴承安装在壳体的圆筒内； 由两个内弹性挡圈对轴承进行轴向定位，两个偏心套偏心相位相差180°安装在弹性元件上， 由两个定位销5定位，两个非接触位移传感器采用电涡流传感器，安装在外壳上，测头分别 对着两个偏心套。偏心套的高度是变化的，偏心套壁厚薄的半边高度大于壁厚厚的半边，使 偏心套薄的一边质量增大，理论上偏心套的质心落在弹性元件中心线h上。当弹性元件的输 入轴、输出轴上施加扭矩后，两个梁产生绕弹性元件中心线的扭转变形，当轴转动时，由两 个电涡流传感器采集到的正弦信号的相位差就发生了变化，通过信号处理就可以得到相位差 的变化量，对传感器标定后可以测出输入的扭矩。每个传感器输出的正弦波的频率就是输入 的转速。如果需要高精度的转速测量，可以通过处理电路或软件对正弦波细分实现。

实施例2，参见图4、图5、图6，实施例2与实施例1基本相同，主要的不同点在于：1) 轴承的定位采用了两个压盖9和八个螺钉8；2)弹性元件中的弹性体g为圆柱体，圆柱体的 中心线与弹性元件中心线重合，当输入轴a、输出轴f上施加扭矩后，弹性体就会产生扭转变 形，测量扭矩的原理与实施例1相同。