【正文】 分類還包括球籠式萬向聯(lián)軸器 圓錐碗簧聯(lián)軸器 SWP、 SWC 型十字軸式萬向聯(lián)軸器十字包 94） 矯正機用十字軸式萬向聯(lián)軸器（ JB/） 彈簧管聯(lián)軸器 WS、 WSD型十字軸式萬向聯(lián)軸器（ JB/T590191） WSH 型 滑動軸承 十字軸式萬向聯(lián)軸器 ML型薄膜聯(lián)軸器（ SJ212782） SWZ 型整體軸承座十字軸式萬向聯(lián)軸器 93 聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。為保證受扭圓軸能正常工作，要求軸內(nèi)最大剪應(yīng)力必須小于材料的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 F。傳感器信號檢測采用數(shù)字化處理技術(shù)，精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾強，此特點適合傳感器在環(huán)境比較惡劣的情況下進行數(shù)據(jù)的測量。其主要參數(shù)有：應(yīng)變片電阻值、幾何尺寸、靈敏度系數(shù)、絕緣電阻、允許電流、機械滯后等。 （ 7） 電源電路為應(yīng)變電橋、運算放大器、 A/D轉(zhuǎn)換器、單片機提供穩(wěn)定的直流電源電測量電橋 測量放大電路 低通濾波電路 A/D轉(zhuǎn)換 51單片機 液晶顯示 變壓器 交流電源 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)論文 13 壓。 根據(jù)式（ 23），（ 24），（ 25），可以得出： (實心 ) （ 26） (空心 ) （ 27） 式中， E— 軸材料彈性模量； M軸材料泊松比； D軸外徑（ mm）； d軸內(nèi)徑（ mm）； 圓周率； K應(yīng)變片的靈敏系數(shù)； 輸出電壓； 輸入電壓。 圖 23扭軸橫截面上的剪應(yīng)力分布 轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)時切應(yīng)力處在縱向軸的徑向平面上，在軸表面用兩個橫截面，兩個徑向縱截面及兩個軸向縱截面截取出一個單元平行六面體來研究，因邊長均為微量，故此六面體非常接近于正六面體。 由物理學(xué)可知，金屬絲酌電阻值 R 與其長度 L 和電阻率ρ成正比，與其截面積 A成正比。 這種接法可以消除軸向力和彎曲力的干擾。 （ 3）針對現(xiàn)有的動態(tài)扭矩傳感器在電源輸入方式上的缺陷，通過研究和論證提出新的信號傳遞方式。由于其結(jié)構(gòu)簡單，維修也比較方便。當(dāng)扭力軸受扭時，應(yīng)變片的電阻率發(fā)生變化，電阻的變化通過電橋輸出與外加扭矩成正比的電壓信號，然后經(jīng)適當(dāng)?shù)姆绞綄⒃撾妷旱男盘栆?，通過處理后便可計算出外加扭矩。在被測的扭力軸上相距一定距離的兩端處各安裝一個齒形轉(zhuǎn)輪 (相差盤 )，靠近轉(zhuǎn)輪沿徑向各放置一個感應(yīng)式脈沖發(fā)生器 (在永久磁鐵上繞一 個固定線圈而制成，又稱電磁檢測器；當(dāng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時，便在兩個脈沖發(fā)生器中產(chǎn)生正弦信號，而這兩個正弦信號的相位差與外加轉(zhuǎn)矩成正比；因此，通過 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)論文 5 檢測這個相位差，即可測量出扭力軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩。 美國 NASA 劉易斯研究所中心曾對此項技術(shù)進行過研究。 這種傳感器的扭力軸由鐵磁材料做成的。 扭矩測量儀的智能化、微機化是當(dāng)今測量儀變革的主流，單片微機和軟件的開發(fā)應(yīng)用已使信號的檢測、采集、比較、相關(guān)、數(shù)字濾波、域間變換、邏輯和函數(shù)運算、程序給定和反饋控制等功能由儀器本身來實現(xiàn)成為可能?，F(xiàn)在逐漸推廣的卡環(huán)式應(yīng)變型扭矩傳感器，即為不介入式扭矩傳感器，只要將傳感器卡在軸上或安裝在軸邊，無須斷開軸系，這樣給實際工況測量扭矩帶來很大的方便。目前，扭矩測量儀大致可分為以下幾種：應(yīng)變扭矩測量儀，相位差扭矩測量儀，振弦式、電容式、磁彈性式測量儀。 由于微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測試?yán)碚摗y試方法、測試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。同時，裝置測試系統(tǒng)可作旋轉(zhuǎn)動力機械日常運行的監(jiān)視 裝置，起到故障診斷或可用作自動控制系統(tǒng)的檢測裝置。隨著汽車電子化程度的提高，特別是 CPU技術(shù)在汽車上的大量應(yīng)用，使傳感器技術(shù)成為發(fā)展汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。工程和實際中 ,許多情況下必須控制和知道扭矩的大小。檢測裝置達到了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)要求，相對于其他檢測方式精度高而且操作方便。因此，研制出一種高準(zhǔn)確度動態(tài)扭矩測量儀對自動控制及汽車制造業(yè)等領(lǐng)域具有非常重要的現(xiàn)實意義。改革開放以來，我們走技術(shù)引進、自主創(chuàng)新之路，極大的推動了扭矩測量技術(shù)的發(fā)展。本課題主要設(shè)計一種方便易用的靜態(tài)扭矩的檢測裝置。目前傳感器主要發(fā)展動如下。近期推出的傳感器一般均為無接觸式傳輸。 虛擬儀器利用個人計算機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變傳統(tǒng)儀器的使用方式，提 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)論文 4 高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器價格，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。這種傳感器屬于接觸測量，響應(yīng)速度快，靈敏度高，穩(wěn)定性好，抗過載能力及抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單。這種扭矩傳感器抗干擾能力和可靠性較差，不能測量起動和低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，靜標(biāo)困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前很少使用。 沿扭力軸的軸向177。 (b)電感（變壓器 )耦合傳輸在電源輸入上，利用電感耦合機理，將外部激勵電源與旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋路連接起來；同樣，在信號傳輸上也利用電感耦合原理將旋轉(zhuǎn)體上的電橋電路產(chǎn)生的測量信號輸出到外部處理電路；由此實現(xiàn)了電源和扭矩信號的非接觸傳遞，做到了扭矩信號的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)。 課題研究的內(nèi)容和方法 課題研究內(nèi)容 傳感器采用 電阻應(yīng)變片，此傳感器抗振動、耗能低、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長等優(yōu)點，適合轉(zhuǎn)速低且要求轉(zhuǎn)速測量精度高和進行角度測量的場合使用。 (2)扭矩儀誤差指標(biāo)：線性度 %，遲滯誤差 %，重復(fù)性誤差 %， 測量誤差 % 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)論文 7 課題研究方法 扭矩會使傳動軸 產(chǎn)生一定的應(yīng)變，而且這種應(yīng)變與扭矩的大小存在著比例關(guān)系，因此可以通過電阻應(yīng)變片來檢測相應(yīng)扭矩的大小 當(dāng)傳動軸受到扭矩作用時會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，最大剪應(yīng)變產(chǎn)生在與軸線成 角的方向上，在此方向上粘貼電阻應(yīng)變片能夠檢測到傳動軸所受扭矩的大小。 這類傳感器的種類很多，在幾何量和機械量測量領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，常用來測量力、壓力、位移、應(yīng)變、扭矩、加速度等非電量 變式傳感器具有以下特點： （ 1）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠； （ 2）易于實現(xiàn)測試過程中的自動化和多點同步測量、遠距離測量和遙測； （ 3）靈敏度高，測量速度快，適合靜態(tài)動態(tài)測量； （ 4）可以測量多種物理量，應(yīng)用廣泛。應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)如下： 圖 22 電阻應(yīng)變計結(jié)構(gòu) 1覆蓋層； 2基底； 3引出線； 4粘合劑； 5敏感柵 多數(shù)應(yīng)變式傳感器都是將應(yīng)變計粘貼于彈性元件表面彈性元件表面的變形通過基底和粘結(jié)列傳遞給應(yīng)變計的敏感。 圖 24電阻應(yīng)變片全橋電路 當(dāng)彈性軸受到如圖所示的剪切力作用時， R R3 應(yīng)變片受拉應(yīng)力； R R4 受壓 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)論文 11 應(yīng)力。 （ 4） A/D轉(zhuǎn)換：將模擬信號轉(zhuǎn)化為 數(shù)字信號。綜上所述，本文所設(shè)計的方案是完全可行的。此傳感器轉(zhuǎn)速采用旋轉(zhuǎn)編碼器的方式，它具有高頻響、分辨率能力高、抗振動、耗能低、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長等優(yōu)點，適合轉(zhuǎn)速低且要求轉(zhuǎn)速測量精度高和進行角度測量的場合使用，滿足課題設(shè)計要求，該傳感器的特點和技術(shù)參數(shù)如表31。 彈性軸材料的選擇和確定 應(yīng)變式扭矩傳感器主要是用于動力設(shè)備傳動扭矩的在線測量。 聯(lián)軸器的選 用 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的 彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。一般動 力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。②可移式聯(lián)軸器。 已知軸所受的最大扭矩值為 200Nm，則 （ 1） 當(dāng)被測材料為 45鋼時，可查得 45鋼的極限應(yīng)力為 294 N/，帶入式（ 31），得： D= （ 2）當(dāng)被測材料為 40Cr鋼時，可查得 785 N/， 帶入式（ 31），得： D= （ 3） 當(dāng)被測材料為 38CrMoAlA合金鋼時，可查得 38CrMoAlA合金鋼的極限應(yīng)力為539N/，帶入式（ 31），得， D= （ 4），當(dāng)被測材料為電工鋼時，可查得電工鋼的極限應(yīng)力為 785 N/，帶入式（ 31），得， D= 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)論文 17 以上得到的分別以 4種材料作為轉(zhuǎn)軸時，在滿足強度條件下得到的轉(zhuǎn)軸直徑，考慮到材料的成本，以及傳感器的靈敏度，加工的難易程度等方面的要素，選用 45＃鋼作為軸的材料。彈性元件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則是：結(jié)構(gòu)簡單；剛性好；有效工作區(qū)具有最大應(yīng)變值和良好的線性；抗干擾能力強；工藝性能好等。 本課題采用力敏全橋應(yīng)變片。在動態(tài)扭矩測量中 ,其主要問題是旋轉(zhuǎn)工況下，電源如何可靠地輸入到應(yīng)變橋路及信號如何可靠地輸出到顯示儀表，本設(shè)計采用滑環(huán)以及滑臂之間的電刷達到電源的輸入及輸出。 (2)信號放大 由于應(yīng)變電橋輸出的電壓只有 mV 級，所以必須對其放大，放大電路由高性能運算放大器搭成差動放大電路，其放大倍數(shù)在 80～ 120之間可調(diào)?？蓪?yīng)變片沿 轉(zhuǎn)軸軸線 45和 45方向粘貼在轉(zhuǎn)軸表面，就會受到相應(yīng)的最大拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用，將應(yīng)變片組成全橋電路。基底是將傳感器彈性體表面的應(yīng)變傳遞到電阻敏感柵上的中間介質(zhì)，并起到敏感棚和彈性體之間的絕緣作用，面膠起著保護敏感柵的作用，粘結(jié)劑是將敏感柵和基底粘接在一起，引出線是作為聯(lián)接測量導(dǎo)線之用。這種接法可以消除軸向力和彎曲力的干擾。 本課題所研制的扭矩測量儀的預(yù)期目標(biāo)如下： (1)扭矩測量范圍 :0～ 200 N178。 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)論文 6 扭矩測量的發(fā)展前景 隨著各種被測系統(tǒng)復(fù)雜性和自動化程度的不斷提高，扭矩測量方法也在不斷地推陳出新，目前扭矩測量方法的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）向直接測量扭矩的方向發(fā)展； （ 2）向動態(tài)在線扭矩測量的方向發(fā)展； （ 3）向多功能扭矩測量的方向發(fā)展； （ 4）向扭矩優(yōu)化測量的方向發(fā)展； （ 5）向數(shù)字化 智能化 網(wǎng)絡(luò)化扭矩測量的方向發(fā)展； (6) 扭矩傳感器新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)為扭矩測量方法的適時更新提供了新途徑。 (a)集流環(huán)傳輸利用這種傳輸技術(shù)的應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器，在測量汽車半軸轉(zhuǎn)矩方面得到了應(yīng)用；測量時需用測量軸更換汽車半軸。此外，國外還有一種利用發(fā)動機曲軸的前、后端在工作時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角來測量發(fā)動機扭矩的方法，但這種方法只有在較大負(fù)荷時才可靠。轉(zhuǎn)矩越大，扭轉(zhuǎn)角就越大，照射到光敏元件上的光越多，因而輸出的電信號也就越大。在一定范圍內(nèi)，感應(yīng)電勢與軸上所 受扭矩成線性關(guān)系。 在扭矩傳感器信號傳輸及測量儀的總成上，工業(yè)化扭矩儀研制的呼聲愈來愈高，一改以往扭矩測量儀多半應(yīng)用于實驗室臺架測量的情景。隨著新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)和微細加工、微機械加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正在促進傳統(tǒng)傳感器的變革，新型磁彈性傳感器和光纖扭矩傳感器結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，代表扭矩傳感器的新動向。目前，由于微機的應(yīng)用，扭矩測量儀性能大大提高， 而傳感器的研究與測量儀相比稍有遜色。 扭矩檢測是一種常規(guī)的機械產(chǎn)品性能指標(biāo)檢測方法，也是科研試驗中經(jīng)常用到的一種檢測手段。扭矩已成為眾多機械量測量中的一個主要參數(shù)。目前，汽車上廣泛使 用的負(fù)荷檢測方法均屬于間接測量方法，測量準(zhǔn)確度比較低。在扭矩傳感器主體的設(shè)計過程中，首先介紹了應(yīng)變式扭矩傳感器的測量原理，介紹了一種高精度智能控制扭矩測試儀的設(shè)計 ,描述了該儀器的主要機械結(jié)構(gòu)、 電路結(jié)構(gòu)和工作原理 ,給出了軟件 程序流程。 本文對扭矩傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析，并明確了研究內(nèi)容和工作步驟。 目前轉(zhuǎn)速測量無論在實驗室中還是汽車上，都已達到了實用的程度，而負(fù)荷測量方法雖然在實驗室中得到了廣泛應(yīng)用，但由于檢測儀器本身的體積、成本、可靠性或準(zhǔn)確度等問題的存在，加之其它一些條件的限制，使其還沒有完全適用于車載實測。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，扭矩測量技術(shù)已充分引起人們的重視，成為測試技術(shù)的一個新分支。 課題研究來源 本課題旨在 采用高精度的應(yīng)變式傳感器、數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)設(shè)計小量程的靜態(tài)及動態(tài)扭矩檢測裝置，具有一定的先進性，及準(zhǔn)確性。 扭矩測量技術(shù)的發(fā)展取決于傳感器、信號傳輸和測量儀的研究。 對新型扭矩 傳感器的研究的同時并對經(jīng)典扭矩傳感器加以改進。既能適應(yīng)被測參數(shù)的變化來自選量程、自動補償、自動校正、人機對話、自尋故障，并