[发明专利]一种小型轻质化间接式动态力矩测量装置

说明书

一种小型轻质化间接式动态力矩测量装置，包括两个止推轴承、拉压力传感器、圆柱滚子轴承、两个深沟球轴承、蜗杆、蜗轮和主轴；所述主轴是一个金属实心圆柱阶梯轴，与转动负载连接，且主轴通过螺纹与所述蜗轮连接，两个深沟球轴承安装在所述主轴上；蜗杆与蜗轮配合，蜗杆通过斜齿啮合带动蜗轮转动，所述蜗杆斜齿两端安装圆柱滚子轴承，用于对蜗杆进行径向支撑；所述拉压力传感器与所述蜗杆位于同一轴上，所述两个止推轴承放置在所述拉压力传感器两端，用于将蜗轮所承受转矩转化为蜗杆的轴向力传递到拉压力传感器上；拉压力传感器和止推轴承之间设置有垫片。本发明利用反作用力将蜗轮端的负载转矩转化为蜗杆端的可测拉压力，测量精度能够达到±1％。

技术领域

本发明涉及一种力矩测量装置，特别是涉及一种小型轻质化间接式动态力矩测量装置，属于阀门类伺服机构配套的力矩测量装置技术领域。

背景技术

伺服机构是控制执行机构子系统的统称，是自动控制系统中的重要元件，其典型应用是对阀门、发动机等负载实施推力矢量控制，最终实现对姿态的精确闭环控制。力矩、效率、转速等是伺服机构重要的机械特性参数。在对运动系统的闭环控制过程中，负载力矩的高精度测量是必要环节，它和动力机械的工作能力、能源消耗、效率等紧密联系。

传统负载力矩测量装置多采用直接式测量技术方案，有体积质量大、抗电磁干扰差等缺点。随着现代科技的发展，伺服机构呈现小型轻质化、测控精确化、响应速度快的趋势，本发明提出一种小型轻质化间接式动态力矩测量装置，即设计转矩控制组件配合拉压力传感器，结合力矩保护算法，实现力矩的高精度动态测量和快速控制，并可适应紧凑空间、严苛重量和宽量程等要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种阀门类伺服机构配套的小型轻质化间接式动态力矩测量装置，其内嵌于伺服作动器传动结构中，基于创新的高精度宽量程动态测量技术，在高精度测量阀门负载力矩(转矩)的基础上，也满足轻质化、小型化、高可靠性等要求。

本发明的技术解决方案是：

一种小型轻质化间接式动态力矩测量装置，包括两个止推轴承、拉压力传感器、圆柱滚子轴承、两个深沟球轴承、蜗杆、蜗轮和主轴；

所述主轴是一个金属实心圆柱阶梯轴，与转动负载连接，且主轴通过螺纹与所述蜗轮连接，两个深沟球轴承安装在所述主轴上；

蜗杆与蜗轮配合，蜗杆通过齿轮带动蜗轮转动，所述蜗杆斜齿两端安装圆柱滚子轴承，用于克服蜗轮转动转化到蜗杆直线运动关联引起的径向力；

所述拉压力传感器与所述蜗杆位于同一轴上，所述两个止推轴承放置在所述拉压力传感器两端，用于将蜗轮所承受转矩转化为蜗杆的轴向力传递到拉压力传感器上；拉压力传感器和止推轴承之间设置有垫片。

进一步的，工作时，电机驱动蜗杆转动，带动蜗轮和主轴的转动，进而带动负载转动。

进一步的，负载转矩通过负载传递至主轴，该转矩通过与主轴螺纹固连的蜗轮传递至蜗杆，即利用负载力矩的反作用力，将蜗轮端的负载转矩转化为蜗杆端的轴向力，通过拉压力传感器进行测量。

进一步的，所述拉压力传感器与所述蜗杆位于同一轴上。

进一步的，蜗轮和蜗杆结构实现由负载力矩到轴向力的转化。

进一步的，主轴安装的所述两个深沟球轴承用于支撑蜗轮，即用于实现对负载转矩的支撑。

进一步的，所述主轴采用花键形式实现与转动负载的连接。

进一步的，所述主轴采用钛合金TC4材料，抗拉强度σb＝550MPa，密度＝4.6Kg/mm³。

进一步的，所述蜗轮采用铸造铜合金ZCuAl9Fe4Ni4Mn2。

本发明与现有技术相比的有益效果是：