基于撓性支承的扭矩校準測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，標準扭矩梁的兩側通過彈性片對稱安裝左、右砝碼盤，用于砝碼的加掛，所述撓性支承的旋轉中心“O”與標準扭矩梁的中心軸線“Y”重合；標準扭矩梁的下端面下面設有安裝在基座上的激光位移傳感器，標準扭矩梁的下端面兩側對稱安裝左、右電磁力矩器，當有扭矩載荷時，激光位移傳感器將測量出的由扭矩載荷引起的激光傳感器探頭與標準力臂下端面的位移變化量的電信號經測量電路處理后傳送給左電磁力矩器或右電磁力矩器，用于控制左電磁力矩器或右電磁力矩器產生電磁力拉平標準扭矩梁。本發明同時通過電磁力平衡系統、高精度激光位移傳感器、信號快速跟蹤、測量系統等綜合措施，最大限度提高測試精度。
【專利說明】基于撓性支承的扭矩校準測量裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種扭矩校準測量裝置，特別涉及一種基于撓性支承的扭矩校準測量 裝直。
【背景技術】
[0002] 扭矩作為力學的一個主要參數，對其準確測量、校準和控制在航天、航空、船舶、兵 器等行業有著廣泛的應用。扭矩測量、校準的重要性已為各發達國家所重視。以德國為代 表的先進國家，大力發展先進的高精度扭矩計量標準裝置，以滿足日益增長的軍用及民用 工業部門的需求。扭矩標準裝置是用來復現標準扭矩值并用來進行量值傳遞的裝置，廣泛 用于各種扭矩儀、扭矩傳感器的檢定和校準中。目前的扭矩標準裝置多為靜重式，即采用力 臂加砝碼的方式對設備進行標定或校準。支承作為靜重式扭矩標準裝置的關鍵部件，起著 支撐力臂和傳遞扭矩的作用，是整臺裝置靈敏度的直接體現。
[0003] 目前靜重式扭矩標準裝置主要的支承形式有刀口支承、氣體軸承和磁懸浮軸承。
[0004] 國內以刀口支承作為扭矩標準裝置的支撐以中船重工第七〇四研究所國防大扭 矩一級計量站最具代表性，如李濤、胡德福等人發表的論文"扭矩標準裝置優化設計研究" 采用刀口支承研制的2kNm扭矩標準機，并據此建立了不同量程范圍的扭矩標準裝置。但刀 口無法保證測量裝置可動部分擺動中心的空間位置確定不變，且刀刃刀承間總是存在一定 數量級的摩擦力矩，會對裝置的靈敏度產生一定的影響。
[0005] 近年來氣體軸承開始逐步在各國的高端扭矩標準裝置上得到應用，其關鍵特點就 是軸承的定子和轉子之間的摩擦介質采用了純凈的氣體，利用氣膜支撐負荷或減少摩擦， 從而大幅的降低摩擦力。如李濤等人發表的論文"高精度支承技術在國家扭矩基準機上的 運用"采用氣體潤滑軸承作為lOONm靜重式扭矩標準機的支撐，如秦海峰等人發表的論文 "靜壓軸承在扭矩標準裝置中的應用"采用靜壓氣體軸承作為200Nm扭矩標準裝置的旋轉支 承，如天津大學碩士論文"靜重式扭矩標準裝置的研制"采用氣浮軸承研制了 200Nm扭矩標 準機。采用氣體軸承作為扭矩標準裝置的支承從一定程度上減少了摩擦力矩的影響，但是 氣體軸承具有一定的缺陷。由于氣體的可壓縮性，使氣體軸承設計或制造不當時易失穩，穩 定性較差；由于氣膜厚度一般為幾微米到幾十微米左右，對關鍵零部件的尺寸公差及表面 粗糙度要求都極高，從而導致了制造成本的大量增加，因此氣體軸承都在高端領域應用；最 重要的是，由于氣體本身的特性，氣源壓力不可能太高，因此氣體軸承的承載能力和靜態剛 度較低，尤其不適于大量程扭矩標準裝置作為旋轉支承部件。
[0006] 磁懸浮是利用磁場力來平衡負載，實現非接觸支承的技術。如徐君等人發表的論 文"磁懸浮效應微扭矩傳感器校準儀設計"，基本工作原理是控制系統利用位置傳感器檢測 轉子的位置進而實時調節電磁鐵和轉子間的吸引力使轉子處于期望的位置。磁懸浮軸承由 于轉子和定子之間沒有機械接觸，因此不存在磨損。但是磁力軸承的非接觸特點只是消除 了機械的磨損，但"摩擦"依舊存在，除去空氣摩擦外，磁力軸承的摩擦主要包括渦流焦耳損 耗、交變磁滯和旋轉磁滯等。另外，由于磁懸浮軸承系統轉子表面的反復磁化，渦流、交變磁 滯和旋轉磁滯等影響同時作用，加上復雜的結構形式等因素，使得磁力軸承摩擦的研究和 實驗較為復雜。
[0007] 扭矩標準裝置無論采用刀口支承、氣體軸承或是磁懸浮軸承作為旋轉支承支撐力 臂，總是存在一定數量級的摩擦力矩、且支承與力臂具有相對運動，不適合于大量程扭矩標 準裝置對高靈敏度和高承載力的需求。
【發明內容】
[0008] 本發明是針對大型艦船動力系統對大扭矩校準測量高靈敏度、高承載力的需求， 提出一種基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，通過撓性支承作為裝置的旋轉支撐部件傳遞 扭轉變形，通過對電磁力矩器輸出電信號測量的方法進而間接測量扭矩。
[0009] 本發明的技術方案為：一種基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，具有一個用于扭 矩加載校準的標準扭矩梁，一個撓性支承，撓性支承的下端面與基座固定連接，上端面與標 準扭矩梁固定連接，標準扭矩梁的兩側通過彈性片對稱安裝左、右砝碼盤，用于砝碼的加 掛，所述撓性支承的旋轉中心"〇"與標準扭矩梁的中心軸線"Y"重合；當有扭矩加載時，標 準扭矩梁隨同撓性支承一起繞旋轉中心"0"轉動，所述標準扭矩梁的下端面下面設有安裝 在基座上的激光位移傳感器，標準扭矩梁的下端面兩側對稱安裝左、右電磁力矩器，當有扭 矩載荷時，激光位移傳感器將測量出的由扭矩載荷引起的激光傳感器探頭與標準力臂下端 面的位移變化量的電信號經測量電路處理后傳送給左電磁力矩器或右電磁力矩器，用于控 制左電磁力矩器或右電磁力矩器產生電磁力拉平標準扭矩梁。
[0010] 所述電磁力矩器的輸出信號經測量電路采樣、采集、顯示。
[0011] 所述撓性支承呈"X"型十字鉸鏈旋轉45度的結構。所述激光位移傳感器是量程 范圍為5_、分辨率為0. 03um的高精度激光位移傳感器。
[0012] 本發明的有益效果在于：本發明的基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，不同于傳 統的扭矩標準裝置采用刀口支承、氣體軸承或磁懸浮軸承作為裝置的旋轉支承部件，而是 采用撓性支承作為裝置的旋轉支承部件。與現有技術相比，撓性支承具有與標準力臂無相 對運動、無摩擦、高靈敏度的優點，因而適于超大扭矩標準裝置對高靈敏度和高承載力的綜 合性要求。激光位移傳感器作為位移測量部件，具有非接觸測量、易于二次開發的特點，并 且商用的激光位移傳感器在小量程范圍具有很高的位移測量分辨率和精度，適用于大扭矩 標準裝置測試系統高分辨率的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發明的測量原理示意圖； 圖2是本發明的基于撓性支承的扭矩校準測量裝置的示意圖； 圖3是本發明的測量電路功能模塊圖。
【具體實施方式】
[0014] 如圖1所示為本發明測量原理示意圖，如果重量不等的砝碼^和^被放在砝碼盤 上，標準扭矩梁和撓性支承將偏轉角度0。使撓性支承偏轉到這一角度的力矩可以表示為： M=藤 由于變形角e非常小，上式可寫為：
【權利要求】
1. 一種基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，具有一個用于扭矩加載校準的標準扭矩梁 (1)，一個撓性支承（8)，撓性支承（8)的下端面與基座固定連接，上端面與標準扭矩梁（1) 固定連接，標準扭矩梁（1)的兩側通過彈性片對稱安裝左、右砝碼盤（4、6)，用于砝碼的加 掛，所述撓性支承（8)的旋轉中心"0"與標準扭矩梁（1)的中心軸線"Y"重合；當有扭矩加 載時，標準扭矩梁（1)隨同撓性支承（8) -起繞旋轉中心"0"轉動，其特征在于：所述標準 扭矩梁（1)的下端面下面設有安裝在基座上的激光位移傳感器（3)，標準扭矩梁（1)的下 端面兩側對稱安裝左、右電磁力矩器（2、7)，當有扭矩載荷時，激光位移傳感器（3)將測量 出的由扭矩載荷引起的激光傳感器探頭與標準力臂下端面的位移變化量的電信號經測量 電路（5)處理后傳送給左電磁力矩器（2)或右電磁力矩器（7)，用于控制左電磁力矩器（2) 或右電磁力矩器（7)產生電磁力拉平標準扭矩梁（1)。
2. 根據權利要求1所述基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，其特征在于：所述電磁力 矩器的輸出信號經測量電路（5)采樣、采集、顯示。
3. 根據權利要求1所述基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，其特征在于：所述撓性支 承呈"X"型十字鉸鏈旋轉45度的結構。
4. 根據權利要求1所述基于撓性支承的扭矩校準測量裝置，其特征在于：所述激光位 移傳感器（3)是量程范圍為5_、分辨率為0. 03um的高精度激光位移傳感器。
【文檔編號】G01L3/00GK104330198SQ201410631878
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】齊紅麗, 李濤, 商維綠, 嚴康平, 王佩君, 滿衛芳 申請人:中國船舶重工集團公司第七0四研究所