專利名稱：用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置及其電路系統的制作方法
技術領域：
本實用新型公開的一個實施例涉及一種用于檢測汽車后橋主動錐齒輪總成啟動摩擦力矩的手持測量裝置及其電路系統。
背景技術：
主減速器主動錐齒輪包括鎖緊螺母，凸緣總成，油封，上軸承，軸承座，下軸承，主動錐齒輪，調整墊片。主減速器的減速傳動機為一對準雙曲面圓錐齒輪，為保證主動錐齒輪有足夠的支承剛度，主動錐齒輪與軸制成一體。在互相貼近而小端相向的兩個圓錐滾子軸承上，形成騎馬式支承，騎馬式支承使支承剛度大為增加，使齒輪在載荷作用下的變形大為減小。汽車后橋主動錐齒輪總成(主錐總成)是汽車傳動系統的關鍵部件，其裝配質量的好壞直接影響到動力在主減速器中的傳遞。在主錐總成的裝配過程中，為了減小在錐齒輪傳動過程中產生的軸向力所引起的輪軸的軸向位移，提高軸的支承剛度，保證錐齒輪副的正常嚙合，圓錐滾子軸承應有一定的裝配預緊度，即在消除軸承間隙的基礎上，再給予一定的壓緊力。圓錐滾子軸承預緊力的大小是綜合反映工藝效果的關鍵指標。預緊力過大，汽車運行時發熱嚴重甚至燒壞軸承，預緊不足，降低了軸系的回轉精度，影響錐齒輪副的使用壽命，噪聲也增大。因此對圓錐滾子軸承預緊力的精確測量就顯得十分重要。由于主齒軸承啟動摩擦力矩與主齒軸承預緊力成線性關系，可以通過測量主齒軸承啟動摩擦力矩獲取主齒軸承預緊力。目前常用的圓錐滾子軸承預緊力的測量方法主要有以下幾種(I)經驗檢測法經驗檢測主要依靠熟練技術工人長時間積累的對力矩的感知能力來判斷軸承預緊力矩大小是否達到要求力矩范圍。通常是在主錐總成裝好之后由有豐富經驗的技術工人先將主錐總成固定好，使夾具和主動錐齒輪無切向移動，有經驗工人用雙手轉動軸承座，使其旋轉，從而根據雙手所受的阻力矩大小來判斷產品是否符合要求，這里雙手所受到的阻力矩就是主錐軸承的預緊力矩。(2)彈簧秤檢測法彈簧秤一般用來測量拉力，其一端與被測物體相連接另一端用手或者施力設備向相反的方向施加力，當讀數處于穩定狀態時即為最終測量結果。用彈簧秤測量軸承預緊力矩時，先將主錐齒輪軸固定好，并保證軸承座能旋轉，然后將彈簧秤的一端鉤在軸承座的螺紋孔中，或者用細繩的一端綁在螺紋孔處，另一端拴在彈簧秤的掛鉤上，用手握住彈簧秤另一端，并一直沿軸承座螺紋孔中心所在的圓的切線方向施加拉力，使軸承座跟隨旋轉，記下此時彈簧秤的值F，測出來的值為力的大小，再乘以軸承座螺紋孔中心到主錐齒輪軸軸線的距離值r即為主錐軸承預緊力矩值。(3)力矩扳手法力矩扳手法是利用力矩與變形成正比的原理，將扳手的手柄做成彈性結構，用百分表監測變形，人工轉動扳手使突緣轉動時測出主齒軸承的預緊力。(4)連續檢測法連續檢測法主要依賴于傳感器檢測技術，隨著現代傳感器技術的高速發展，測量力便顯得越來越簡單方便。傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。敏感元件，它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量關系的元件。轉換元件，敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換成電路參數。轉換電路，將上述電路參數接入轉換電路，便可轉換成電量輸出。測量預緊力用到的轉矩傳感器是將四只專用的測扭應變片用應變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成全橋形式(全橋接法可以獲得高的靈敏度)，工作中四個橋臂隨被測物理量而變化，向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號，將該應變信號放大后，此信號經過處理便可顯示出轉矩值。幾種預緊力檢測方法的比較使用經驗法檢測過多的依據了人對力矩的感知度，因為是人為判斷，具有一定的 隨意性，其間的錯誤判斷難以察覺，且不同經驗的工人所得到的結論很可能不一致，就算同一位工人在不同情況下做出的判斷也可能不一致，此時很難評價哪種判斷更為準確，因此對于汽車零件的檢測來說，不能較好的保證其質量要求。彈簧秤檢測法操作起來比較簡便，也可大致得出主錐軸承預緊力矩大小，但其準確性仍值得懷疑。使用彈簧秤測量軸承預緊力矩時難以保證彈簧秤的拉力方向與軸承座螺紋孔中心所在圓的切線方向一致，也難以讀取當彈簧秤拉動軸承座旋轉時彈簧秤的穩定拉力值，另外，所測拉力值還受彈簧秤本身精度的限制。力矩扳手法的缺點在于手握在手柄上的位置不同時，測出的力矩值將受到影響(在后文中進行論證)，還有要在軸承轉動的那一瞬間進行讀數，很難保證讀數的準確性。連續測量法，測量時能夠保證轉速恒定和連續傳動。這種測量方法的缺點是成本高、勞動強度大、操作復雜，另外此方法只能用于測量恒定摩擦力矩，不能測量啟動摩擦力矩。由以上幾種檢測方法可以看出，國內汽車行業在主齒軸承啟動力矩檢測方面的手段依然很落后，達不到對力矩檢測的高精度要求。這樣就很難保證裝配完成后的后橋的質量，從而影響到汽車產品的整體質量。
實用新型內容本實用新型克服了現有技術的不足，提供一種具有較好測量精度的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置。考慮到現有技術的上述問題，根據本實用新型公開的一個方面，本實用新型采用以下技術方案一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，包括固定裝置，所述固定裝置在使用的情況下，固定在被檢測部件上，被檢測部件產生的啟動摩擦力矩傳遞給所述固定裝置；連接臂，所述連接臂與所述固定裝置轉動連接；力傳感器，所述力傳感器設置在所述連接臂上，所述力傳感器通過設置的連接部檢測所述固定裝置接收到的啟動摩擦力矩；[0025]手柄，所述手柄與所述連接臂連接，通過所述手柄施加一個約束所述力傳感器的力矩。為了更好地實現本實用新型，進一步的技術方案是作為優選，所述固定裝置包括連接盤、撥盤和撥銷，所述撥盤連接在所述連接盤周圍，所述撥銷設置在所述撥盤上，所述撥銷至少為兩顆。作為優選，所述連接盤與所述連接臂轉動連接。作為優選，所述連接盤為圓形。作為優選，所述撥銷為兩顆，所述兩顆撥銷以連接盤的中心呈中心對稱結構。作為優選，所述連接部為墊塊。作為優選，所述墊塊固定在所述撥盤上。作為優選，還包括顯示裝置，所述顯示裝置分為兩組，一組顯示力傳感器檢測到的最大轉動力矩，另一組顯示力傳感器檢測到的平均轉動力矩。本實用新型還可以是一種如上述用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的電路系統，包括力傳感單元，所述力傳感單元通過放大處理模塊與單片機系統連接；放大與處理模塊，所述放大處理模塊用于完成力傳感單兀的輸出信號的放大；單片機系統，所述單片機系統完成信號的采集與處理，控制信號的發出，以及力矩測量值的顯示控制。作為優選，還包括顯示單元，所述顯示單元分為兩組，一組顯示力傳感器檢測到的最大轉動力矩，另一組顯示力傳感器檢測到的平均轉動力矩。與現有技術相比，本實用新型的有益效果之一是通過本實用新型的技術方案，在使用中具有較好測量精度，(I)結構支撐功能與變形檢測功能相分離，確保了測量精度；(2)采用定力臂結構，克服手握位置不同而帶來的誤差。
為了更清楚的說明本申請文件實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實施例的參考，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的情況下，還可以根據這些附圖得到其它的附圖。圖I所示為彈性材料安裝在橫桿上的示意圖；圖2為橫桿上的彎矩分布圖的示意圖；圖3為橫桿受力情況簡化模型的示意圖；圖4為彈性材料安裝在回轉中心的示意圖；圖5為受力示意簡圖；圖6力F的分解示意圖；圖7示出了根據本實用新型一個實施例的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的結構示意圖；圖8示出了根據本實用新型另一個實施例的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的結構示意圖；圖9示出了根據本實用新型一個實施例的電氣系統框圖；圖10示出了根據本實用新型一個實施例的力傳感單元的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。參考現有技術，發明人在得出本實用新型的內容之前，還進行了包括如下的考慮或者實驗彈性材料位置的選擇
對于彈性材料位置的選擇，有兩個要求，一是要產生足夠的應變供應變片測量，二是要有足夠的精度。經過分析，彈性材料可以選擇安裝在與手柄相連的橫桿上，也可以安裝在回轉中心處，下面分別進行分析介紹。I、彈性材料安裝在橫桿上如圖I所示為彈性材料安裝在與手柄相連的橫桿上的情形。在橫桿上不同位置處彎矩按線性變化，在回轉中心處為最大值，在橫桿末端為最小值，彎矩分布情況如圖2所
/Jn ο因此，由彎矩分布圖可以得出，只需要改變彈性材料在橫桿上的相對位置，就可以改變其上面所受的彎矩，直到使應變片上產生測量所要求的應變量。當彈性材料安裝在橫桿上時，力矩測量儀的結構可以簡化成下面的模型，如圖3所示。圖中，MO為要測出的預緊力矩；F為人手施加的驅動力；AL為彈性材料上的檢測點離回轉中心的距離山為力的作用點離回轉中心的距離。因此，彈性材料上的檢測點受的彎矩為M1 = M0-FX AL (I)彈性材料上的檢測點受的彎曲應力為
「 πM, Mn-FxAL,1、σ =」=—2--(2)
WW式(2)中，W為彈性材料的抗彎截面系數。由式(2)可以看出，通過測量應變片上的應變，得出應力，便可以進一步得到作用力F，所以預緊力矩M0 = FXL (3)這便是彈性材料安裝在橫桿上時的測量原理。但是經過分析，這個模型存在明顯的人為誤差。當手作用在手柄上時，其力的作用點不是固定不變的，即實際中的力作用點離回轉中心的距離L是變化的。由式(3)可得，預緊力矩Mtl是固定值，因此作用力F是變化的。再由式(I)彈性材料上所受的彎矩發生變化，最終導致應變片上測得的應力為變化后的應力。但是在測量中，力的作用點離回轉中心的距離L是默認不變的，因此，經過計算后所得出的預緊力矩會存在較大的誤差。2、彈性材料安裝在回轉中心[0072]如圖4所示為彈性材料安裝在回轉中心處的示意圖。在這種結構設計下，彈性柱體始終只受到扭矩的作用。而且不論手在手柄上的位置如何變化，彈性柱體所受的扭矩都不受影響。在理想狀態下，彈性柱體只受到摩擦力矩的作用，但在實際測量中，由于人為因素，會引入一個軸向分力。下面分析軸向分力對測量的影響。根據受力，將力矩測量儀簡化成如圖5所示模型。在測量中，通過手來施加力F，因此，并不能保證F始終與回轉中心的軸線相垂直。實際中，會產生一個沿軸線方向的軸向分力，如圖6所示。由材料力學知識可知，對于中間的彈性柱體，若中間鉆孔，可降低其抗扭截面系數，增加其應變量，從而提高測量的靈敏度，但是鉆孔同時也會降低柱體的強度，沿軸線方向的軸向分力會對測量產生較大影響。為了避免以上兩種設計方案的不足，克服測量過程中人為引入的誤差，在本設計中采用定力臂機構，并將結構支撐功能與變形檢測功能分離。圖7示出了根據本實用新型一個實施例的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的結構示意圖。圖8示出了根據本實用新型另一個實施例的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的結構示意圖。參考圖7和圖8所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的一個實施例，包括固定裝置，所述固定裝置在使用的情況下，固定在被檢測部件上，被檢測部件產生的啟動摩擦力矩傳遞給所述固定裝置；連接臂7，所述連接臂7與所述固定裝置轉動連接；力傳感器8，所述力傳感器8設置在所述連接臂7上，所述力傳感器8通過設置的連接部檢測所述固定裝置接收到的啟動摩擦力矩；手柄6，所述手柄6與所述連接臂7連接，通過所述手柄6施加一個約束所述力傳感器8的力矩。本實施例中，根據作用力與反作用力平衡的工作原理，操作人員施加在手柄6上的力矩等于約束力傳感器8所需力矩，也等于主齒軸承的啟動摩擦力矩。通過有效地測量約束力傳感器8所需的力矩，就能很好地測量出主齒軸承的啟動摩擦力矩。本實用新型公開的一個實施例主要用于檢測汽車后橋主動錐齒輪總成啟動摩擦力矩，當然根據本實用新型公開的其它實施例也可以用于其它部件或者裝置的啟動摩擦力矩。參考圖7所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的另一個實施例，所述固定裝置包括連接盤4、撥盤2和撥銷1，所述撥盤2連接在所述連接盤4周圍，所述撥銷I設置在所述撥盤2上，所述撥銷I至少為兩顆。本實施例中，力傳感器8的一端通過圓頭螺釘9與連接臂7相接觸，傳感器8的另一端通過連接部固定于撥盤2上。測量時，主齒外殼固定于隨行夾具上而被限制轉動，在手柄6上施加力矩，撥盤2轉動主齒上的凸緣時，主齒軸承的啟動摩擦將反作用于力傳感器8上。通過更換撥盤2可適用于不同型號的產品。參考圖7所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的另一個實施例，所述連接盤4與所述連接臂7轉動連接。更為優選的方案是連接盤4與所述連接臂7轉動連接處位于連接盤4的中心部。參考圖I所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的另一個實施例，所述連接盤4為圓形。參考圖7所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的另一個實施例，所述撥銷I為兩顆，所述兩顆撥銷I以連接盤4的中心呈中心對稱結構。參考圖7所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的另一個實施例，所述連接部為墊塊5。本實施例中，力傳感器8的一端通過圓頭螺釘9與連接臂7相接觸，傳感器8的另一端通過墊塊5固定于撥盤2上，通過墊塊5來達到檢測啟動摩擦力矩的目的。參考圖7所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的另一個實施例，所述墊塊5固定在所述撥盤2上。
參考圖8所示一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的另一個實施例，還包括顯示裝置，所述顯示裝置分為兩組，一組顯示力傳感器檢測到的最大轉動力矩，另一組顯示力傳感器檢測到的平均轉動力矩。根據本實用新型所述用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的電路系統的一個實施例，包括力傳感單元，所述力傳感單元通過放大處理模塊與單片機系統連接；放大與處理模塊，所述放大處理模塊用于完成力傳感單兀的輸出信號的放大；單片機系統，所述單片機系統完成信號的采集與處理，控制信號的發出，以及力矩測量值的顯示控制。根據本實用新型所述用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的電路系統的另一個實施例，還包括顯示單元，所述顯示單元分為兩組，一組顯示力傳感器檢測到的最大轉動力矩，另一組顯示力傳感器檢測到的平均轉動力矩。結合以上實施例公開的技術方案的一個方面，具體而言如附圖9所示，力傳感單元通過放大處理模塊與單片機系統相連接，控制開關和LED顯示單元與單片機系統連接。放大與處理模塊用于完成力傳感單元的輸出的信號放大，即將一個mV級的電壓信號經兩級差分運算放大器放大到后級A/D能夠準確采集的V級的放大信號。單片機系統完成信號的采集與處理，控制信號的發出，以及力矩測量值的顯示控制。當操作者合上控制開關時，單片機系統即獲得信號，將根據預先設置的模式進行力矩的測量。LED顯示單元采用8只LED數碼管作為顯示屏，分為兩組，每組4只，分別顯示最大轉動力矩和平均轉動力矩，顯不精度為O. OlN □ m。如附圖10所示,力傳感單元由力感元件、轉換元件、測量電路和輔助電源構成。如附圖7、附圖8所示，力傳感器8的一端通過圓頭螺釘9與連接臂7相接觸，傳感器8的另一端通過墊塊5固定于撥盤2上。測量時，主齒外殼固定于隨行夾具上而被限制轉動，在手柄6上施加力矩，撥盤2轉動主齒上的凸緣時，主齒軸承的啟動摩擦將反作用于力傳感器8上。操作步驟如下I.待測主齒隨夾具到達測量工位后，操作者測量儀通過撥盤2轉動主齒上的突緣。2.操作者按下手柄上的按鈕開關，通過在手柄6上施加力矩轉動突緣，兩排LED分別以閃爍方式顯示最大力矩值和平均力矩值。3.測量過程結束，操作者將測量儀上提，是撥盤2與主齒突緣脫開，工件流向下一工位。綜合以上實施例，(I)結構支撐功能與變形檢測功能相分離，確保了測量精度；
(2)采用定力臂結構，克服手握位置不同而帶來的誤差。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分相互參見即可。在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結合該實施例描述的具體特征、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合
任一實施例描述一個具體特征、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特征、結構或者特點也落在本實用新型的范圍內。盡管這里參照本實用新型的多個解釋性實施例對本實用新型進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權利要求1.一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，包括 固定裝置，所述固定裝置在使用的情況下，固定在被檢測部件上，被檢測部件產生的啟動摩擦力矩傳遞給所述固定裝置； 連接臂，所述連接臂與所述固定裝置轉動連接； 力傳感器，所述力傳感器設置在所述連接臂上，所述力傳感器通過設置的連接部檢測所述固定裝置接收到的啟動摩擦力矩； 手柄，所述手柄與所述連接臂連接，通過所述手柄施加一個約束所述力傳感器的力矩。
2.根據權利要求I所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，所述固定裝置包括連接盤、撥盤和撥銷，所述撥盤連接在所述連接盤周圍，所述撥銷設置在所述撥盤上，所述撥銷至少為兩顆。
3.根據權利要求2所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，所述連接盤與所述連接臂轉動連接。
4.根據權利要求2所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，所述連接盤為圓形。
5.根據權利要求2所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，所述撥銷為兩顆，所述兩顆撥銷以連接盤的中心呈中心對稱結構。
6.根據權利要求2所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，所述連接部為墊塊。
7.根據權利要求6所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，所述墊塊固定在所述撥盤上。
8.根據權利要求I所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，其特征在于，還包括顯示裝置，所述顯示裝置分為兩組，一組顯示力傳感器檢測到的最大轉動力矩，另一組顯示力傳感器檢測到的平均轉動力矩。
9.一種如權利要求I至7任意一項所述用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的電路系統，其特征在于，包括 力傳感單元，所述力傳感單元通過放大處理模塊與單片機系統連接； 放大與處理模塊，所述放大與處理模塊用于完成力傳感單元的輸出信號的放大； 單片機系統，所述單片機系統完成信號的采集與處理，控制信號的發出，以及力矩測量值的顯示控制。
10.根據權利要求9所述的用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置的電路系統，其特征在于，還包括顯示單元，所述顯示單元分為兩組，一組顯示力傳感器檢測到的最大轉動力矩，另一組顯示力傳感器檢測到的平均轉動力矩。
專利摘要本實用新型公開了一種用于檢測啟動摩擦力矩的手持測量裝置，包括固定裝置，所述固定裝置在使用的情況下，固定在被檢測部件上，被檢測部件產生的啟動摩擦力矩傳遞給所述固定裝置；連接臂，所述連接臂與所述固定裝置轉動連接；力傳感器，所述力傳感器設置在所述連接臂上，所述力傳感器通過設置的連接部檢測所述固定裝置接收到的啟動摩擦力矩；手柄，所述手柄與所述連接臂連接，通過所述手柄施加一個約束所述力傳感器的力矩。通過本實用新型的測量裝置的使用，具有較好測量精度。
文檔編號G01L5/00GK202614443SQ201220220279
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者丁杰雄, 鄧夢, 李海寧, 姜忠, 劉福民, 陳振宇, 姚善健, 朱蓓, 崔海龍 申請人:電子科技大學