旋转轴扭矩测量方法研究

　　测量旋转轴所传递的扭矩,由于轴本身在旋转,不能直接在其上面贴应变片测量。为此,往往采用各种集流环装置进行测量,但在测量精度、经济性及劳动保护等方面存在许多不足。目前常采用的方法主要是利用行星齿轮机构的动力分流特点将旋转轴扭矩的测量问题转化成测量固定轴静态扭矩问题,从而较好地实现了对旋转轴扭矩的测量。

　　测量旋转轴扭矩常用的集流环装置

        扭矩会使物体产生某种程度上的扭转变形,当轴有扭矩作用时,只要轴的尺寸、材料确定,则轴的剪应变和轴2个端面的相对转角就只与轴所承受的　　扭矩有关,且成正比例关系。一般扭矩的测试方法正是基于这种关系,用各种传感器将轴的剪应变或2端面的相对转角变换成电量,再经测量电路进一步处理,实现对扭矩的测量。常见的扭矩测量方法可分为应变式及相对转角式。

　　对于旋转轴扭矩的测量,采用相对转角法则比较困难,故多采用简单可靠的电阻应变式测量方法。即将应变片粘贴在被测轴上或特制的弹性轴上做成扭矩传感器,利用应变片将轴由于扭矩产生的剪应变转换成电量进行测量。为了提高灵敏度,并消除其他参数的影响,通常在轴圆周方向每隔90°布置一个应变片,其贴片方向与轴成45°或135°夹角,把它们接成全桥测量形式,这样应变片感受转轴在扭矩作用下产生的剪应变,并经集流环与测试电路相连,即可对旋转轴的扭矩进行测量。

　　为了将粘贴在旋转轴上的应变片的引线引至测试电路的输入端,必须采用可以传递微弱信号的集流环装置。因此,集流环是旋转轴扭矩测量的一个很重要的传递信号装置。旋转轴扭矩测量方法可按其集流环工作原理来划分,常见的集流环有以下几种。

　　1.水银式集流环

　　水银式集流环是利用水银的导电性能,作为定子和转子之间的导电介质而起到引电作用。水银式集流环的接触电阻小且稳定,能适应一般测量要求,但水银式集流环的最大问题是水银有毒。水银受热后不断蒸发,会对人体产生较大危害,且水银有较大的浸蚀作用,集流环需经常维护检修,使用寿命短。所以在常规测量中这种方法基本被淘汰。

       2.感应式集流环

　　感应式集流环又称回转变压器或无触点式集流环,是利用电磁感应的原理将旋转部分的电信号传到固定部分上去,免除了各种接触点,所以不存在接触电阻等问题。由于实现了无接触信号传递,因而消除了接触电阻及摩擦升温的热电势。但感应式集流环由于测量电桥的供电和信号输出都靠变压器传递,故传递效率很低,且变压器传递必然引起信号失真。另外这种集流环不能用于直流供桥的测试系统。