[发明专利]旋转轴扭矩与转速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及动力装置传动轴旋转状态下的扭矩与转速测量方法，属于动力机械测量控制技术领域。

背景技术

转速和转矩能反映机械传动系统性能，是旋转轴最重要的测量参数。如何准确、快速、可靠和廉价地测量这两个量,同时又不会因为引入了测量反馈环节而影响旋转轴的工作状态,是扭矩测量的难点。

目前国内对旋转轴扭矩测量的方法主要有两种，应用广泛是相位法测扭矩。相位法测扭矩是在旋转轴的同轴方向上加装柔性扭杆,当在旋转轴上施加的扭矩越大，柔性扭杆在轴向两个不同位置间的相对角度变化就越大，通过传感器检测轴向两个不同位置的相对角度变化，就可以得到相应的旋转轴扭矩。根据测量传感器的不同可以分为电磁式、光电式、激光式和电容式等。此方法对旋转轴的强度与刚度要求高，因而成本较高，并且轴受扭时的扭转角较小，因而测量误差较大，另外此方法由于柔性扭杆为一次成型结构件，互换性较差。

第二种方法为应变法，在旋转轴上安装应变电桥，通过测量旋转轴表面的应力应变值，再将测量值代入相应的力学公式计算得到旋转轴上承受的扭矩大小。由于应变电桥安装在高速旋转轴上，应变电桥与外部调理电路间需通过无线传输或导电滑环进行能量与信号的交换。采用导电滑环法属于接触式测量法，导电滑环长期接触高速旋转轴极易造成扭矩测量装置和被测装置的损坏；而无线传输法输电设备复杂，抗干扰能力差，在恶劣环境中无法正常工作。

发明内容

本发明旨在解决当前扭矩测量中存在的诸多不足，发明一种旋转轴扭矩与转速测量方法，具有互换性好、通用性强、可靠性好和精度高的特点。

一种旋转轴扭矩与转速测量方法，其特征在：使用旋转轴扭矩测量装置，该装置包括左半轴、右半轴、保持架、扭簧；上述右半轴的左端具有中心盲孔，左半轴的右端伸入该中心盲孔中；上述左半轴的右端具有中心通孔；上述保持架的右端固定于右半轴的中心盲孔中，保持架的左端伸入到左半轴的中心通孔中并通过滑动轴承安装在中心通孔中；上述扭簧安装在保持架上，其右端与右半轴相连，其左端与左半轴相连；上述左半轴右端周向均匀分布N个第一检测块，右半轴左端周向均匀分布N个第二检测块；初始状态时第一检测块和第二检测块沿周向间隔均匀布置；N为2-5的整数；该旋转轴扭矩测量装置还包括位于右半轴的左端侧方的位置检测传感器；上述第一检测块、第二检测块到系统中心轴线的径向距离相等，上述第一检测块、第二检测块、位置检测传感器到右半轴右端面所在平面的距离相等。

利用所述的旋转轴扭矩测量装置的扭矩测量方法，其特征在于：把右半轴与传动轴串联，左半轴和右半轴通过扭簧连接传递扭矩，左半轴和右半轴可相对周向运动，扭簧体随传动轴一起转动，传递扭矩时扭簧被压缩，使两半轴相对角度发生变化，变化的角度与扭矩成正比；通过分析两半轴的相对角度变化，从而得到相应的扭矩。

所述的扭矩测量方法，其特征在于：当轴传递的扭矩变化时，第一检测块与第二检测块的相对位置发生变化，当转轴旋转时，第一检测块与第二检测块使位置检测传感器产生脉冲电压信号，转轴旋转一周产生2N个电压脉冲波形，对应2N个检测块在圆周上分布的位置，通过分析电压脉冲波形中相邻脉冲的相位变化，得到两半轴的相对角度变化，从而得到相应的扭矩。

所述的扭矩测量方法，其特征在于：当轴旋转时，在无扭矩加载情况下，均匀分布的N个第一检测块与N个第二检测块使位置检测传感器产生2N个时间间隔相同的电压脉冲波形，相邻脉冲的相对相位为零；当加载扭矩为T时，相邻脉冲的相对相位变化为a；事先标定不同的a与T的对应关系，就可从相位变化a得到T；为了解决N个第一检测块与N个第二检测块由于安装制造误差使检测块周向间隔在初始状态时不能完全均匀布置，从而带来相角检测误差的问题，在相角计算中，分别计算2N个电压脉冲波形中相邻2个脉冲之间的时间间隔t₁,t₂,Λ,t_2N，并将其从大到小排序为t₁',t₂',Λ,t_2N'，电压脉冲波形中相邻2个脉冲相位计算公式为：

所述的旋转轴扭矩测量装置的转速测量方法，其特征在于：当轴旋转时，N个第一检测块与N个第二检测块使位置检测传感器产生2N个电压脉冲波形，分别计算电压脉冲波形中相邻2N个脉冲的之间的时间间隔t₁,t₂,Λ,t_2N，转速n的计算公式为：