一种无扭矩传感器的扭矩检测方法

　　疲劳试验是作为保证产品质量的重要测试项目之一,特别是对影响人身安全的产品,更是必检项目。然而,某些疲劳检测项目对传感器也会带来疲劳损伤,例如做扭转疲劳检测。当然,在疲劳试验过程中可以不接扭矩传感器,而在疲劳试验前和疲劳试验后对达到预定循环次数的样品进行扭矩测试,检验是否达到预定的性能,以确定产品是否合格。但新产品研发,以及做疲劳破坏机制分析时,为了解疲劳破坏的过程,又必须对扭矩等物理量进行全程实时监测以分析其性能变化的特点,找出变化规律,因此必须安装扭矩传感器或采取其他手段监测扭矩的变化。例如作者介绍的汽车座椅靠背弹簧疲劳试验,要求反复扭转15 000次其扭矩不能降低到额定扭矩的90%,由于采用不同的材料或不同的热处理方法,疲劳失效次数不同,有些样品远未达到预期的扭转次数就破坏了,因此必须对扭矩实时监测,以便分析失效原因。传统扭矩检测不外乎是下面两种方法:一是在被侧对象与驱动设备之间加接扭矩传感器;二是在被侧对象的相关部位贴应变片进行检测。前者可适用于连续旋转,但对安装对中要求较高,对一些较小的工件,扭矩传感器的安装会对检测带来较大的误差,增加装夹的难度。另外,传感器自身的负载效应也可能影响检测效果;后者对被测对象的表面有较高的要求,而且不太适合对连续旋转对象的测量。对于检测精度要求不太高的场合,可以采用一种无扭矩传感器的检测方法。该方法尤其适用于需要实时监测扭矩变化的疲劳试验。

　　无扭矩传感器的扭矩检测方法是采用具有扭矩输出功能的驱动装置,如日本安川公司的616G7系列变频器或Σ-Ⅱ系列伺服控制器等作为驱动设备,由于变频器的矢量控制是基于电机电压、电流、转角、转速等关系的严格的数学模型为基础,故可利用电机的输出扭矩与电机的输出电流成正比的原理,通过驱动设备内置的电流传感器直接检测电机的输出电流,经驱动装置内部的CPU的运算,转换成电机的输出扭矩,并以数字或模拟方式输出。某些品牌的驱动器还设计了相应的虚拟仪器软件(如安川公司的DriveW izard100软件),可在计算机上实时检测并直接以数据或波形曲线形式显示当前的电压、电流、转矩、输入功率、输出功率、等相关参数,能连续纪录数十小时的波形及数据,可对全过程或局部过程进行分析。由于产品的疲劳破坏过程分析,需要对试验过程中的各项参数进行检测、纪录、分析,故采用驱动设备的虚拟仪器软件最为合适。一方面简化了检测线路连接,另一方面还减少了二次转换误差。

　　下面结合某型号的汽车座椅靠背弹簧扭转刚度和疲劳强度测试加以说明。