扭矩傳感器是一種用于檢測軸系統扭矩的精密測量?jì)x器，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)扭矩傳感器可以連續測量正反轉矩，也可以用于靜態(tài)測量。例如，在校準動(dòng)態(tài)扭矩傳感器時(shí)，采用靜態(tài)測量。校準試驗機采用懸臂結構，通過(guò)增加重量校準扭矩傳感器的精度，出具驗證書(shū)；靜態(tài)扭矩傳感器不能用于動(dòng)態(tài)測量。此外，動(dòng)態(tài)扭矩傳感器可以選擇速度測量功能來(lái)計算功率。
目前，優(yōu)質(zhì)扭矩傳感器是進(jìn)口的，國內扭矩傳感器也有優(yōu)質(zhì)品牌。然而，無(wú)論是進(jìn)口還是國內，安裝和使用不當都可能導致測量結果精度低，甚至扭矩傳感器損壞。因此，本文討論了扭矩傳感器的工作原理和安裝方法，特別是選擇不同安裝方法的扭矩傳感器聯(lián)軸器，以指導工程設計人員使用扭矩傳感器。
扭矩傳感器的常見(jiàn)工作原理。
動(dòng)態(tài)扭矩傳感器按信號傳輸方式可分為接觸測量和非接觸測量，兩者都應克服旋轉絞線(xiàn)的問(wèn)題。在動(dòng)態(tài)測量過(guò)程中，測量元件需要將信號線(xiàn)從旋轉軸引出到固定殼體的控制電路進(jìn)行信號處理。若由集流環(huán)和碳刷(類(lèi)似于電機電刷)引出，則為接觸式；若采用電、磁、光傳感原理，則直接傳輸信號號而不是集流環(huán)和碳刷，即非接觸測量，下面會(huì )詳細說(shuō)明。根據材料力學(xué)，當一個(gè)軸施加扭矩時(shí)，會(huì )導致扭矩變形，包括兩個(gè)物理量，一個(gè)是扭轉角，另一個(gè)是最大剪切應力或應變；只要測量其中一個(gè)，軸系的扭矩就可以根據相關(guān)的計算公式獲得，所以根據這個(gè)測量原理，可以分為扭轉角測量和應變測量。
1.1應變測量原理。
最傳統的應變測量方法是粘貼電阻應變片。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，除了電阻應變片，還有許多新方法，如聲表波測應變、壓電測應變和致伸縮效應測應變，但其測量本質(zhì)是獲得應變值。
傳統的電阻應變片扭矩傳感器將應變片組成橋，粘貼在彈性軸上45°和135°。當彈性軸扭矩時(shí)，扭轉變形會(huì )導致橋梁電阻的變化，應變橋梁電阻的變化會(huì )轉化為電壓信號的變化。從旋轉軸傳輸到固定殼體的信號主要包括碳刷接觸、電磁感應和無(wú)線(xiàn)傳輸。
1.2角度測量原理。
磁感測量原理。
安裝扭矩傳感器時(shí)的注意事項。
不同安裝結構的扭矩傳感器選擇不同的聯(lián)軸器，對其精度和使用壽命有很大影響。
由于加工基準不同，兩個(gè)軸端在裝配過(guò)程中不可避免地會(huì )出現軸偏差，包括徑向偏差、軸向偏差和角度偏差。
扭矩傳感器的結構形式。
動(dòng)態(tài)扭矩傳感器主要采用普通鍵連接、法蘭連接、光軸夾緊軸套等安裝方式。調整同軸度，然后再安裝扭矩傳感器。雖然彈性聯(lián)軸器可以補償安裝誤差，但一旦軸系統處于工作狀態(tài)，負載變形或高速運行引起的振動(dòng)變形會(huì )加劇不同的軸度。因此，為了使聯(lián)軸器在可補償誤差范圍內工作，延長(cháng)聯(lián)軸器的使用壽命，必須將同軸度調整到更好的范圍，一般小于0.05毫米。不同結構的扭矩傳感器選擇不同的聯(lián)軸器。
常見(jiàn)的聯(lián)軸器包括剛性聯(lián)軸器和柔性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器不具備補償同軸度誤差的能力，而柔性聯(lián)軸器具有補償同軸度誤差的能力，包括軸向誤差、徑向誤差和角度誤差。剛性聯(lián)軸器連接兩個(gè)軸后，如果同軸度不好，會(huì )使軸強制彎曲變形，對軸承等支撐部位施加額外載荷，增加軸系的撓度，高速增加系統振動(dòng)。柔性聯(lián)軸器分為半耦合(單彈體)和全耦合(雙彈體)。半耦合只補償軸向和角度偏差。全耦合可以補償軸向誤差、徑向誤差和角度向差。常見(jiàn)的半耦合聯(lián)軸器是單膜聯(lián)軸器，其余為全耦合。
聯(lián)軸器分為軸式無(wú)底座扭矩傳感器、軸式無(wú)底座扭矩傳感器和法蘭扭矩傳感器。
軸式無(wú)底座扭矩傳感器。
無(wú)底座扭矩傳感器有兩種安裝方式。一種是使用兩個(gè)單耦合聯(lián)軸器，如單膜聯(lián)軸器。二是扭矩傳感器一端采用剛性連接，另一端采用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、梅花聯(lián)軸器、雙膜聯(lián)軸器等雙耦合聯(lián)軸器。
軸帶底座扭矩傳感器。
安裝時(shí)，底座用螺釘固定在底座上，扭矩傳感器兩端的軸承支撐；兩個(gè)軸端都有固定約束，包括角偏、徑偏和軸偏，因此每個(gè)軸端都需要一個(gè)全耦合(雙彈體)聯(lián)軸器，如雙膜聯(lián)軸器。
法蘭扭矩傳感器。
該扭矩傳感器由法蘭和外殼組成，兩者分離。法蘭與軸系統連接，外殼固定在底座上傳輸數據。其聯(lián)軸器的選擇可選無(wú)座扭矩傳感器，即一端剛性連接時(shí)，另一端采用雙膜聯(lián)軸器等全耦合(雙彈體)連軸器；或者兩端采用半耦合(單彈體)。
綜上所述，當扭矩傳感器的軸端完全受到約束時(shí)，選擇全耦合(雙彈體)連軸器；軸端可以自由選擇兩個(gè)半耦合(單彈體)聯(lián)軸器，或者一端剛性連接，另一端選擇全耦合(雙彈體)連軸器。
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