动态扭矩加载器的校定研究

　　引　言

　　在机械传动系统中扭矩是反映系统运行状况的重要信息。扭矩的测量尤其动态扭矩的测量是过程控制的重要环节,也是各种机械产品的开发研究、质量检验和优化控制的重要检测量[1-2]。目前,国内外开发了多种能测量动态扭矩的传感器,它们有应变型、磁弹性型、转角型和其他类型[3],而真正应用于生产实践中并经动态校定且能实时记录数据的动态扭矩传感器并不多。究其原因是未建立统一的扭矩传感器校定标准,缺乏动态扭矩校定设备。因此,开展动态扭矩加载器的研制工作是有意义的。

　　1　加载器的工作原理

　　本文所研制的动态扭矩加载器的工作原理基于电磁定律。如图1所示,通入直流电的励磁线圈套在两对主磁铁心上(称主磁极)使其产生磁通,主磁极与磁轭固联组成可旋转的励磁部分;电枢轴、电枢轭和绕在电枢轭上并通入直流电的电枢绕组固联组成可旋转的电枢部分;被加载轴通过联轴器或离合器与电枢轴联接并带动电枢轴沿ω1方向旋转。主磁极(N极)产生的磁通径由气隙Ⅰ、电枢轭、气隙Ⅱ、主磁极(S极)和磁轭又回到N极形成封闭的磁路。在整距适当绕制的电枢绕组中通直流电流的方向如图1所示[4]。根据电磁力定律,电枢绕组(亦是电枢轴在瞬间所受的电磁力f引起的电磁扭矩与被加载轴的转动方向ω1相反,使被加载轴(电枢轴)受制动扭矩作用。电枢轴沿ω1方向由被加载轴带动继续转动,当其相对励磁部分转过90°的瞬间,电枢绕组(电枢轴)所受的电磁力f引起的电磁扭矩与被加载轴(电枢轴)的转动方向ω1相同是驱动扭矩。这样被加载轴(电枢轴)在沿ω1方向转动的同时,承受着以周期为360°/p(p=2为主磁极对数)的正弦波形扭矩。通过改变调速电机转速来改变加载轴所受电磁扭矩的频率;通过调节电枢绕组所通的直流电流值的大小来改变所加扭矩的幅值。若被加载轴用超越离合器与电枢轴联接,则被加载轴便承受脉动扭矩的作用。

　　2　加载器的结构示意图

　　动态扭矩加载器结构如图2和图3所示,它主要由3部分组成。

　　(1)电枢部分。电枢轴与电枢轭固联,通直流电的电枢绕组嵌在电枢轭的外圆周槽中。电枢轴由一对轴承支撑在左、右旋转盘上,组成可旋转的电枢部分。

　　(2)励磁部分。两对主磁极与磁轭固联,磁轭又与左右旋转盘固联,左右旋转盘由另一对轴承支撑在底座。励磁轴与右旋转盘固联,以便由外部动力拖动励磁部分相对电枢部分转动,以改变对被加载轴所加扭矩的交变频率。

　　(3)标定部分。根据作用力与反作用力相等的原理,作用在电枢绕组上的电磁力f的反作用力应作用在主磁极上。它使可旋转的励磁部分受到与电枢部分大小相等、方向相反的电磁扭矩。为测该扭矩的瞬时值,采用如图3所示的标定结构。用可拆联接将拨叉固定在磁轭上,同时拨叉再插在两个相同刚度的受压弹簧之间。当励磁部分受交变电磁扭矩作用发生绕O轴摆动时,拨叉推动弹簧使其发生位移,由多通道光电编码器实时采集励磁部分的瞬时角位移、角速度和角加速度。