扭矩測量

扭矩測量

扭矩由力和力臂的乘積來定義，單位是Nm。扭矩的測量以測量轉(zhuǎn)軸應(yīng)變和

測量轉(zhuǎn)軸兩橫截面相對扭轉(zhuǎn)角的方法最常用。

10.2.1應(yīng)變式扭矩測量

由材料力學(xué)知，當(dāng)受扭矩作用時(shí)，軸表面有最大剪應(yīng)力τmax。軸表面的單

元體為純剪應(yīng)力狀態(tài)，在與軸線成45度的方向上有最大正應(yīng)力σ1和σ2，

其值為｜σ1｜=｜σ2｜=τmax。相應(yīng)的變形為ε1和ε2，當(dāng)測得應(yīng)變后，

便可算出τmax。測量時(shí)應(yīng)變片沿與軸線成45°的方向粘貼。

若測得沿45°方向的應(yīng)變ε1，則相應(yīng)的剪應(yīng)變?yōu)?/FONT>

式中：

E—材料的彈性模量；

μ—材料的泊松比；

于是，軸的扭矩為

式中：

Wn—材料的抗扭模量。

對于實(shí)心圓軸

測扭時(shí)，電阻應(yīng)變計(jì)須沿主應(yīng)變ε₁及ε₂的方向(與軸線成45°及135°夾角)。應(yīng)變計(jì)的布置及組橋方式應(yīng)考慮靈敏度、溫度補(bǔ)償及抵消拉、壓及彎曲等非測量因素干擾的要求

扭矩測量信號的傳輸

1. 扭矩測量的集電裝置

旋轉(zhuǎn)件如轉(zhuǎn)軸的應(yīng)變測量，需要解決信號傳送的問題。粘貼在旋轉(zhuǎn)件上的應(yīng)變片和電橋?qū)Ь€隨旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動，而應(yīng)變儀等測量記錄儀器是固定的。除采用遙測方式以外，需要有集電裝置。

集電裝置由兩部份組成：與應(yīng)變片相連，隨旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動的集流環(huán)（滑環(huán)）和與外部測量儀器相連，壓靠在滑環(huán)上的電刷（拉線）。集流裝置應(yīng)準(zhǔn)確可靠地傳遞應(yīng)變信號，防止干擾減少測量誤差。集流環(huán)與電刷之間接觸電阻的變化是產(chǎn)生干擾，影響正常測量的主要因素(對集電裝置的一般要求)。

集電裝置種類、形式很多，其原理、結(jié)構(gòu)與電機(jī)的集電裝置相同。常用的集電裝置有

拉線式和電刷式兩種形式

2. 無線傳輸方式

無線傳輸方式可以克服有線傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，得到越來越多的應(yīng)用。它分為電波收發(fā)方式和光電脈沖傳輸方式。這兩種方式從使用的角度來看都取消了中間接觸環(huán)節(jié)，導(dǎo)線和專門的集流裝置。電波收發(fā)方式測量系統(tǒng)要求可靠的發(fā)射、接收和遙測裝置，且其信號容易受到干擾；而光電脈沖測量抗干擾能力較強(qiáng)，它是把測試數(shù)據(jù)數(shù)字化后以光信號的形式從轉(zhuǎn)動的測量盤傳送到固定的接收器上，然后經(jīng)解碼器后還原為所需的信號。

扭矩的測量 （二）

其它扭矩測量方法

1. 壓磁式扭矩傳感器(壓磁式扭矩測量的原理)

壓磁式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖，它是利用軸受扭時(shí)材料導(dǎo)磁率的變化測量扭矩。其特點(diǎn)是可以非接觸測量，使用方便，但要求旋轉(zhuǎn)過程不出現(xiàn)徑向跳動，否則鐵芯與轉(zhuǎn)軸間隙改變，會造成測量誤差甚至破壞測量設(shè)備。

2. 磁電感應(yīng)式扭矩傳感器(磁電感應(yīng)式扭矩傳感器的原理)

磁電感應(yīng)式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖，它是在轉(zhuǎn)軸上固定兩個齒輪，通過其所在橫截面之間相對扭轉(zhuǎn)角來測量扭矩。

3. 光電式扭矩傳感器(光電式扭矩測量的原理)

光電式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)如下圖，它是在轉(zhuǎn)軸上固定兩只圓盤光柵，通過兩光柵之間相對扭轉(zhuǎn)角來測量扭矩。

光電式扭矩傳感器

如左圖(光電式扭矩傳感器)所示，在轉(zhuǎn)軸4上固定兩只圓盤光柵3，在不承受扭矩時(shí)，兩光柵的明暗區(qū)正好互相遮擋，光源1的光線沒有透過光柵照射到光敏元件2，無輸出信號。當(dāng)轉(zhuǎn)軸受扭矩后，轉(zhuǎn)軸變形將使兩光柵出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)角，部份光線透過光柵照射到光敏元件上產(chǎn)生輸出信號。扭矩愈大，扭轉(zhuǎn)角愈大，穿過光柵的光通量愈大，,輸出信號愈大，從而可實(shí)現(xiàn)扭矩測量。