專利名稱：等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，具體為一種等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
目前傳動(dòng)設(shè)備測(cè)量等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法主要有以下幾種(I)、電阻應(yīng)變式扭矩測(cè)試方法，它是將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，并將應(yīng)變片連接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路從而構(gòu)成應(yīng)變式扭矩測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試方法的缺點(diǎn)是接觸式測(cè)試，需要無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，此方法存在溫度穩(wěn)定性差、靈敏度離散程度大、在較大應(yīng)變作用下非線性誤差較大、可靠性差以及測(cè)量精度低等問題，且應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易從被測(cè)轉(zhuǎn)軸上甩出，給實(shí)際使用帶來一定困難。(2)、磁彈形測(cè)試系統(tǒng)，它是將與專用磁電式檢測(cè)器連接的環(huán)型空間陣列套于被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，利用扭應(yīng)力產(chǎn)生磁效應(yīng)的原理進(jìn)行測(cè)量，主要用來測(cè)量一些粗短軸的扭矩，測(cè)量類型受限，測(cè)量結(jié)果因受電磁場(chǎng)干擾而誤差較大，且測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴。 、激光式扭矩傳感器，它是利用激光多普勒效應(yīng)在單截面測(cè)量被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，采用雙截面測(cè)量轉(zhuǎn)速差并積分得到轉(zhuǎn)軸在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)扭矩非接觸測(cè)量；但裝置制作成本和使用成本都很高，進(jìn)行測(cè)量時(shí)設(shè)備調(diào)試?yán)щy，定向性較差且受環(huán)境溫度影響較大，數(shù)學(xué)計(jì)算模型相當(dāng)復(fù)雜、計(jì)算繁瑣，難以推廣使用。上述幾種扭矩測(cè)試方法都存在各自的不足，且測(cè)量類型受到限制，尤其是對(duì)于高速連軋機(jī)等大型設(shè)備的傳動(dòng)軸，運(yùn)用上述方法難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)扭矩的精確測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法計(jì)算模型復(fù)雜、測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)試范圍受限且成本高的問題，提供了一種等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，包括如下步驟(I)、在直徑為d的被測(cè)轉(zhuǎn)軸的一側(cè)安裝與被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間留有間隙且光源發(fā)出的光線位于被測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面(振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面指轉(zhuǎn)軸上不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)形變處的截面，為本領(lǐng)域人員公知的技術(shù))上的第一反射式光電傳感器(所述反射式光電傳感器包括自帶的一個(gè)光源和一個(gè)光接收裝置；工作時(shí)光源發(fā)出的光經(jīng)過待測(cè)物體的反射被光敏元件接收，被檢測(cè)的轉(zhuǎn)軸表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光，再經(jīng)過相關(guān)電路的處理得到所需要的信息；反射式光電傳感器與被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間的距離根據(jù)反射式光電傳感器的有效測(cè)量距離確定)、以及與被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間的間隙與第一反射式光電傳感器和被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間的間隙相等且光源發(fā)出的光線位于距被測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面L處的檢測(cè)截面(檢測(cè)截面為任意截面，通常選擇被測(cè)轉(zhuǎn)軸的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角位移最大處截面，以提高精確度，為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù))上的第二反射式光電傳感器；第一反射式光電傳感器和第二反射式光電傳感器均與動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)的信號(hào)輸入端相連；在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上制作與軸線平行的檢測(cè)刻度線；(2)、當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩；當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸受到來自于動(dòng)力源或負(fù)載的動(dòng)態(tài)激勵(lì)，會(huì)產(chǎn)生η階正弦變化的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭矩；在靜、動(dòng)態(tài)扭矩的作用下，被測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面和檢測(cè)截面之間會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)相對(duì)轉(zhuǎn)角Θ，從而使動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)檢測(cè)到第一反射式光電傳感器和第二反射式光電傳感器從同一條檢測(cè)刻度線上反射得到的光電脈沖信號(hào)之間產(chǎn)生時(shí)差τ，對(duì)不同時(shí)刻連續(xù)檢測(cè)得到動(dòng)態(tài)時(shí)差序列信號(hào)τ (t)，根據(jù)線性彈性力學(xué)理論(線性彈性力學(xué)理論為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù))τ (t)是由靜態(tài)分量^和正弦變化的第l_i階動(dòng)態(tài)分量τ (t)
(i=l,2,3,…，η)組成，即
權(quán)利要求
1.等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，其特征在于包括如下步驟 (1)、在直徑為d的被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)的一側(cè)安裝與被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)之間留有間隙且光源發(fā)出的光線位于被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面上的第一反射式光電傳感器(3)、以及與被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)之間的間隙與第一反射式光電傳感器(3)和被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)之間的間隙相等且光源發(fā)出的光線位于距被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面L處的檢測(cè)截面上的第二反射式光電傳感器(I);第一反射式光電傳感器(3)和第二反射式光電傳感器(I)均與動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)(2)的信號(hào)輸入端相連；在被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)上制作與軸線平行的檢測(cè)刻度線(4)； (2)、當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩；當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)受到來自于動(dòng)力源或負(fù)載的動(dòng)態(tài)激勵(lì)，會(huì)產(chǎn)生η階正弦變化的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭矩；在靜、動(dòng)態(tài)扭矩的作用下，被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面和檢測(cè)截面之間會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)相對(duì)轉(zhuǎn)角Θ，從而使動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)(2)檢測(cè)到第一反射式光電傳感器(3)和第二反射式光電傳感器(I)從同一條檢測(cè)刻度線(4)上反射得到的光電脈沖信號(hào)之間產(chǎn)生的時(shí)差τ，對(duì)不同時(shí)刻連續(xù)檢測(cè)得到動(dòng)態(tài)時(shí)差序列信號(hào)τ (t)，根據(jù)線性彈性力學(xué)理論τ (t)是由靜態(tài)分量τ。和正弦變化的第階動(dòng)態(tài)分量！^(t) (i=l,2,3, ···,]!)組成，即
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，其特征在于所述第一反射式光電傳感器(3)和第二反射式光電傳感器(I)米用E3Z-R61型反射式光電傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試領(lǐng)域，具體為一種等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩非接觸測(cè)試方法，解決了現(xiàn)有等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法計(jì)算模型復(fù)雜、測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高的問題。等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法包括如下步驟被測(cè)轉(zhuǎn)軸在動(dòng)態(tài)扭矩的作用下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到第一反射式光電傳感器和第二反射式光電傳感器從同一條檢測(cè)刻度線上反射得到的兩個(gè)光電脈沖信號(hào)的時(shí)差為τ，連續(xù)檢測(cè)后將不同時(shí)刻得到的時(shí)差值構(gòu)成時(shí)間序列τ(t)；將代入公式和從而計(jì)算出動(dòng)態(tài)扭矩M(t)。本發(fā)明所述的測(cè)試方法精度較高，廣泛適用于傳動(dòng)設(shè)備上等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試。
文檔編號(hào)G01L3/00GK102901596SQ20121038860
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者馬維金, 李鳳蘭, 王俊元, 杜文華, 高瓊, 黃彬城 申請(qǐng)人:中北大學(xué)