[发明专利]一种正弦扭矩校准装置及方法

说明书

本发明公开了一种正弦扭矩校准装置及方法，所述正弦扭矩校准装置包括电磁动态激励源、激励源安装座、激励源安装地基、第一联轴器、被校扭矩传感器、第二联轴器、第二光栅、气浮轴系外套、标准转动惯量块、第一光栅、气浮轴系安装座、气浮轴系安装地基，第二光栅用于测量第二联轴器和被校扭矩传感器的角加速度，第一光栅用于测量标准转动惯量块的顶部角加速度，标准转动惯量块为不锈钢圆柱体，气浮轴系外套为圆筒形结构，标准转动惯量块从气浮轴系外套内穿过，在气浮轴系外套内悬浮，标准转动惯量块与气浮轴系外套构成气浮轴系。本发明能够提高系统的固有频率，可以产生宽频正弦扭矩，并且使正弦扭矩的溯源途径更加简单，量值更加准确。

技术领域

本发明涉及一种正弦扭矩校准装置及方法，属于计量测试领域。

背景技术

航空、航天、船舶、海洋工程、材料科学、机器人等领域大量使用动态扭矩测试系统，需要进行动态校准，正弦扭矩校准装置是重要的校准手段。正弦扭矩校准的基本原理是正弦扭矩值等于转动惯量与角加速度之积。由于产生转动惯量的机械结构不可能是理想的刚体，需要考虑其内部的角加速度分布对正弦扭矩值的影响。专利文献CN112539874A公开了一种动态扭矩校准装置及校准方法，CN112683443A公开了一种气浮型动态扭矩校准装置及校准方法。现有的正弦扭矩校准装置存在两个问题：一是系统环节多、机械结构复杂，导致装置的固有频率较低，可校准频率范围较窄，一般在100Hz以内；二是校准装置的转动惯量负荷包括气浮轴系运动部分和标准转动惯量块，由于它们的机械结构形状不规则，导致角加速度分布较复杂，难于通过理论公式直接计算，校准的准确度低，一般为1%。

发明内容

本发明的目的是提供一种正弦扭矩校准装置及方法，能够解决现有的正弦扭矩校准装置校准频率范围窄、准确度低的问题。

本发明的一个方面提供一种正弦扭矩校准装置，包括电磁动态激励源、激励源安装座、激励源安装地基、第一联轴器、被校扭矩传感器、第二联轴器、第二光栅、气浮轴系外套、标准转动惯量块、第一光栅、气浮轴系安装座、气浮轴系安装地基；

所述电磁动态激励源固定在所述激励源安装座上，所述激励源安装座固定在所述激励源安装地基上，所述电磁动态激励源经由所述第一联轴器与所述被校扭矩传感器连接，所述被校扭矩传感器经由所述第二联轴器与所述标准转动惯量块的一端连接，所述第二光栅设置于所述第二联轴器的中间部分并且位于所述第二联轴器与所述被校扭矩传感器之间，用于测量所述第二联轴器和所述被校扭矩传感器的角加速度，所述第一光栅设置于所述标准转动惯量块的另一端，用于测量所述标准转动惯量块的顶部角加速度；

所述标准转动惯量块为不锈钢圆柱体，所述气浮轴系外套为圆筒形结构，所述标准转动惯量块从所述气浮轴系外套内穿过，在所述气浮轴系外套内悬浮，所述标准转动惯量块与所述气浮轴系外套构成气浮轴系，所述标准转动惯量块是所述气浮轴系的运动部分，所述气浮轴系外套固定在所述气浮轴系安装座上，所述气浮轴系安装座固定在所述气浮轴系安装地基上。

优选地，所述气浮轴系外套的内部开设有多个朝向内侧的通气孔，所述通气孔内接通有规定压力的气体，使得所述标准转动惯量块在所述气浮轴系外套内悬浮，与所述气浮轴系外套不接触。

本发明的另一个方面提供一种正弦扭矩校准方法，利用上述的正弦扭矩校准装置进行正弦扭矩校准，包括：

步骤S1：所述电磁动态激励源驱动由所述第二联轴器、所述第二光栅、所述第一光栅、所述标准转动惯量块构成的转动惯量载荷产生正弦扭矩，测量所述被校扭矩传感器输出的电信号；

步骤S2：利用所述第二光栅测量所述第二联轴器和所述被校扭矩传感器的角加速度，利用所述第一光栅测量所述标准转动惯量块的顶部角加速度，如下计算施加在所述被校扭矩传感器上的动态扭矩量值：

其中，t表示时刻；

表示t时刻施加于被校扭矩传感器的正弦扭矩量值；

表示第二联轴器与第二光栅的转动惯量；

表示标准转动惯量块与第一光栅的转动惯量；