CN210141949U - 一种扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种扭矩传感器，包括：弹性轴的中部轴径上装有电阻应变片组，中部轴径的两侧轴径上分别成对安装有角接触球轴承或圆锥滚子轴承组，两侧轴径的直径尺寸大于中部轴径的直径尺寸；弹性轴转动配合的连接于壳体内；通过在弹性轴的两侧轴径上成对安装角接触球轴承或圆锥滚子轴承组，将传感器输入输出端的重力或附加力矩全部传递到支撑座上，从而使传感器能够应用于小扭矩测量而附加重力较大的测量工况，有效提高传感器测量精度，同时弹性轴两侧轴径尺寸大于中部轴径尺寸，满足外部附加重力或力矩的强度刚度要求，替代普通传感器必须的轴承座、弹性联轴器结构，简化传动***结构，提高传感器承受横向负载和轴向负载的能力。

Description

一种扭矩传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，更具体地，涉及一种扭矩传感器。

背景技术

旋转扭矩传感器是一种测量传动过程各种扭矩的精密测量仪器，应用范围十分广泛，可用于电动机、发动机等旋转动力设备输出扭矩或测功机、制动力矩等加载扭矩的检测。扭矩的测量通常采用应变测量技术，在弹性轴上贴上电阻应变片组成应变桥，弹性轴受扭矩作用时，轴表面相应产生变形，由测得的应变片电阻变化进行放大并经过转换即可获得与扭转应变成正比的扭矩信号，从而实现传动扭矩的测量。

现有的动态扭矩传感器根据结构不同可以分为法兰盘式和轴式扭矩传感器，法兰盘式扭矩传感器只能承受单纯的扭矩，垂直于轴线方向的重力或附加力矩会影响扭矩测量的精度，因此在结构布置上传感器两端需要配置弹性联轴器和用于承受附加力矩的轴承支座部件。轴式扭矩传感器的两端各有一个深沟球轴承作为传感器轴的支撑，当传感器承受垂直于轴线的附加力矩时，力矩会通过轴承支点传递到弹性变形部分，将会影响到扭矩测量的精度，因此小量程的扭矩传感器同样不能承受较大的附加重力或力矩。

现有通用扭矩传感器中，盘式扭矩传感器因为不能承受垂直轴线方向的重力或附加力矩，需要附加轴承支座部件和弹性联轴器，这样导致结构布置复杂，轴向尺寸显著增加，传感器与轴承支座部件间的安装对中精度要求高，安装过程复杂。轴式扭矩传感器两端虽设置有一对深沟球轴承，但是不能有效隔离附加力矩向弹性变形结构部分的传递，因此所能承受垂直于轴线方向的力矩同样较小，在被测对象重量较大或存在较大附加力矩时，也需要设置弹性联轴器和两端的轴承支座，从而带来结构尺寸增加、安装要求高等诸多问题。轴式传感器结构采用深沟球轴承支承，因为深沟球轴承的结构特性，使传感器的轴向负荷承载能力较小，且径向游隙和轴向游隙不能消除。

因此，有必要提供一种结构紧凑、能够承受较大轴向和径向力矩载荷的扭矩传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种扭矩传感器，能够承受较大轴向和径向力矩载荷，使弹性轴的扭矩应变部分仅承受单纯的扭矩载荷，有效提高传感器测量精度。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种扭矩传感器，包括：

弹性轴，所述弹性轴的中部轴径上装有电阻应变片组，所述中部轴径的两侧轴径上分别成对安装有滚动轴承组，所述两侧轴径的直径尺寸大于所述中部轴径的直径尺寸；

壳体，所述弹性轴通过所述滚动轴承组可转动的连接于所述壳体内，所述壳体的底部设有支撑座。

优选地，所述滚动轴承组包括角接触球轴承或圆锥滚子轴承。

优选地，所述电阻应变片组形成电桥，所述电阻应变片组一侧的所述中部轴径上设有信号放大器，所述电桥与所述信号放大器电连接，所述电桥用于测量所述弹性轴的变形数据信号，所述信号放大器用于对所述变形数据信号进行转换和放大。

优选地，还包括读数头，所述读数头通过读数头支架设置于所述信号放大器的上部，并与所述信号放大器无线通信连接，所述读数头用于接收到的所述变形数据信号，并输出扭矩参数信号。

优选地，所述壳体的两侧设有用于轴向定位所述滚动轴承组的锁紧螺母。

优选地，所述成对安装的滚动轴承组之间设有轴承隔离套。

优选地，所述弹性轴的两端分别设有输入轴径和输出轴径，所述输入轴径和所述输出轴径上均设有键槽。

优选地，所述锁紧螺母的外侧设有与所述壳体连接的轴承端盖。

优选地，所述壳体内设有电源变压器，所述电源变压器用于对所述读数头电路供电。

优选地，所述两侧轴径的长度尺寸大于所述中部轴径的长度尺寸。

本实用新型的有益效果在于：

1、通过在弹性轴的两侧轴径上安装滚动轴承组，将传感器输入输出端的重力或附加力矩传递到支撑座上，从而使传感器能够应用于小扭矩测量而附加重力较大的测量工况，有效提高传感器测量精度，同时弹性轴两侧轴径尺寸大于中部轴径尺寸，满足外部附加重力或力矩的强度刚度要求，替代普通传感器必须的轴承座、弹性联轴器结构，简化传动***结构，提高传感器承受横向负载和轴向负载的能力。

2、通过锁紧螺母调整轴承的径向游隙和轴向游隙，从而消除附加轴向力和径向力对弹性变形部分的影响。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的扭矩传感器的壳体结构示意图。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的扭矩传感器的结构剖视图。

附图标记说明：

1、支撑座；2、螺钉；3、轴承内隔套；4、弹性轴；5、锁紧螺母；6、轴承端盖；7、滚动轴承组；8、轴承外隔套；9、上盖板；10、读数头支架；11、螺钉；12、读数头；13、信号放大器；14、电阻应变片组；15、壳体。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型实施例的一种扭矩传感器，包括：弹性轴，弹性轴的中部轴径上装有电阻应变片组，中部轴径的两侧轴径上分别成对安装有滚动轴承组，两侧轴径的直径尺寸大于中部轴径的直径尺寸；壳体，弹性轴通过滚动轴承组可转动的连接于壳体内，壳体的底部设有支撑座。

通过在传感器测量变形的中部轴径的两侧安装滚动轴承组，用于承受附加的重力或力矩载荷，使附加重力和力矩作用在支撑座上，传感器在扭矩作用下，中部轴径产生应变的部分仅承受单一的扭矩载荷，传感器扭矩测量精度不受附加力矩的影响。当传动***或被测对象存在较大重力或附加力矩情况时，可以显著简化测试***的结构，满足附加力矩大而测试扭矩较小的要求。

本实用新型的扭矩传感器的典型应用工况：在汽车整车性能测试时，需要测试汽车四个车轮制动拖滞力矩，此时汽车悬置，制动拖滞力矩较小，需要使用小量程的扭矩传感器以满足扭矩测量精度要求，与轮毂串接的小量程扭矩传感器应能够承受整车的重量。

作为一个示例，弹性轴的两侧轴径的长度尺寸大于中部轴径的长度尺寸，能够满足两侧轴承上安装成对及以上的滚动轴承组，用于承受附加重力或力矩。

作为一个示例，壳体的形状设计为圆柱状，使扭矩传感器一端受到的重力和力矩通过轴承和支撑座传递到另外一端，由传感器另外一端附加的其他支撑结构承受，从而使弹性轴的中部轴径不会受到附加力矩的作用。作为优选方案，电阻应变片组形成电桥，电阻应变片组一侧的中部轴径上设有信号放大器，电桥与信号放大器电连接，电桥用于测量弹性轴的变形数据信号，信号放大器用于对变形数据信号进行转换和放大。

具体地，电阻应变片组由多片电阻应变片拼接组成，多个电阻应变片通过胶粘的方式固定于中部轴径的表面，从而形成电桥，通过电桥检测弹性轴受扭的电信号。

作为优选方案，还包括读数头，读数头通过读数头支架设置于信号放大器的上部，并与信号放大器无线通信连接，读数头用于接收到的变形数据信号，并输出扭矩参数信号。

具体地，本实用新型的扭矩传感器用于动态扭矩的测量，在被测扭矩作用下，弹性轴的中部轴径产生扭转变形，中部轴径上的电阻应变片组成的电桥，测量弹性轴变形数据并输出信号到信号放大器，信号放大器将信号进行转换和放大后，通过无线传输的方式将信号传送到读数头，读数头向外输出扭矩参数信号，实现对扭矩载荷的测量。

作为优选方案，壳体的两侧设有用于轴向定位滚动轴承组的锁紧螺母。通过锁紧螺母旋紧锁定在滚动轴承外侧的弹性轴的轴径上，可以消除滚动轴承的游隙，从而保证重力或力矩由轴承承载而不传递到弹性轴的中间部分，同时也能够将轴向载荷完全传递到轴承座上，提高传感器承受轴向载荷的能力。

作为优选方案，成对安装的滚动轴承组之间设有轴承隔离套，轴承隔离套包括与轴承内圈连接的轴承内隔套和与轴承外圈连接的轴承外隔套，保证相邻的滚动轴承之间紧密连接，没有游隙。

作为一个示例，弹性轴的两侧轴径设有轴向固定滚动轴承内圈的内圈定位肩，壳体内设有用于轴向固定滚动轴承外圈的外圈定位肩。

作为优选方案，滚动轴承组包括角接触球轴承和/或圆锥滚子轴承。

具体地，滚动轴承组为精密轴承，角接触球轴承或圆锥滚子轴承既能承载轴向载荷，又能承受径向载荷，并可以通过调整完全消除轴承游隙,避免附加重力或扭矩传递到中间弹性变形部分，同时也能够将轴向载荷完全传递到支撑座上，提高传感器承受轴向载荷的能力。成对安装的滚动轴承组可通过背对背或面对面的方式安装，优选轴承组以背对背方式安装。

背对背(两组轴承的宽端相对)安装时，轴承的接触角线沿回转轴线方向扩散，可增加其径向和轴向的支撑角度刚性，抗变形能力更好。面对面(两轴承的窄端面相对)安装时，轴承的接触角线朝回转轴线方向收敛，当两轴承的外圈压紧到一起时，外圈的原始间隙消除，可增加轴承的预加载荷。因此，背对背和面对面的安装方式都可以实现将传感器输入输出端的重力或附加力矩全部传递到支撑座上，从而使传感器能够应用于小扭矩测量而附加重力较大的测量工况。

作为优选方案，弹性轴的两端分别设有输入轴径和输出轴径，输入轴径和输出轴径上均设有键槽。弹性轴两端的键槽用于传递扭矩传感器的输入和输出扭矩。

作为优选方案，锁紧螺母的外侧设有与壳体连接的轴承端盖，用于将滚动轴承轴向固定于壳体内。

作为优选方案，壳体内设有电源变压器，电源变压器用于对读数头电路供电。

作为一个示例，通过读数头内线圈高频振荡，读数头对信号放大器感应供电，能够为信号放大器供电，读数头通过支架安装在壳体的内壁，通过读数头支架或读数头，可以微调读数头距离信号放大器的相对位置，实现无线供电。

作为一个示例，壳体的上部设有能打开的上盖板，便于调整读数头与信号放大器的相对位置。

实施例

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的扭矩传感器的壳体结构示意图，图2示出了根据本实用新型的一个实施例的扭矩传感器的结构剖视图。

如图1-2所示，本实施例提供一种扭矩传感器，包括：

弹性轴4，弹性轴4的中部轴径上装有电阻应变片组14，中部轴径的两侧轴径上分别成对安装有滚动轴承组7，两侧轴径的直径尺寸大于中部轴径的直径尺寸，两侧轴径的长度尺寸大于中部轴径的长度尺寸；壳体15，弹性轴4通过滚动轴承组7可转动的连接于壳体15内，壳体15的底部设有支撑座1。

电阻应变片组14形成电桥，电阻应变片组14一侧的中部轴径上设有信号放大器13，电桥与信号放大器13电连接，电桥用于测量弹性轴4的变形数据信号，信号放大器13用于对变形数据信号进行转换和放大。还包括读数头12，读数头12通过读数头支架10设置于信号放大器13的上部，并与信号放大器13无线通信连接，读数头12用于接收到的变形数据信号，并输出扭矩参数信号。

壳体15的两侧设有用于轴向定位滚动轴承组7的锁紧螺母5，成对安装的滚动轴承组7之间设有轴承内隔套3和轴承外隔套8。滚动轴承组包括角接触球轴承或圆锥滚子轴承。弹性轴4的两端分别设有输入轴径和输出轴径，输入轴径和输出轴径上均设有键槽，锁紧螺母5的外侧设有通过螺钉2与壳体15连接的轴承端盖6。壳体15内设有电源变压器(未示出)，电源变压器用于对读数头12电路供电。壳体15的上部设有能够打开的上盖板9，可通过螺钉11调整读数头12与信号放大器13的相对位置，本实施例中如图2所示，两侧轴径上的滚动轴承组7选用背对背的安装方式。

本实施例的扭矩传感器在被测扭矩作用下，弹性轴4的中部轴径产生扭转变形，中部轴径上的电阻应变片组14形成的电桥，测量弹性轴变形数据并输出信号到信号放大器13，信号放大器13将信号进行转换和放大后，通过无线传输的方式将信号传送到读数头12，读数头12向外输出扭矩参数信号，实现对扭矩载荷的测量。

通过在传感器测量变形的中部轴径的两侧安装滚动轴承组7，使附加重力和力矩作用在支撑座1上，传感器在扭矩作用下，中部轴径产生应变的部分仅承受单一的扭矩载荷，传感器扭矩测量精度不受附加力矩的影响。当传动***或被测对象存在较大重力或附加力矩情况时，可以显著简化测试***的结构，满足附加力矩大而测试扭矩较小的要求。

以上已经描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种扭矩传感器，其特征在于，包括：

弹性轴，所述弹性轴的中部轴径上装有电阻应变片组，所述中部轴径的两侧轴径上分别成对安装有滚动轴承组，所述两侧轴径的直径尺寸大于所述中部轴径的直径尺寸；

壳体，所述弹性轴通过所述滚动轴承组可转动的连接于所述壳体内，所述壳体的底部设有支撑座。

2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述滚动轴承组包括角接触球轴承或圆锥滚子轴承。

3.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述电阻应变片组形成电桥，所述电阻应变片组一侧的所述中部轴径上设有信号放大器，所述电桥与所述信号放大器电连接，所述电桥用于测量所述弹性轴的变形数据信号，所述信号放大器用于对所述变形数据信号进行转换和放大。

4.根据权利要求3所述的扭矩传感器，其特征在于，还包括读数头，所述读数头通过读数头支架设置于所述信号放大器的上部，并与所述信号放大器无线通信连接，所述读数头用于接收到的所述变形数据信号，并输出扭矩参数信号。

5.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述壳体的两侧设有用于轴向定位所述滚动轴承组的锁紧螺母。

6.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述成对安装的滚动轴承组之间设有轴承隔离套。

7.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述弹性轴的两端分别设有输入轴径和输出轴径，所述输入轴径和所述输出轴径上均设有键槽。

8.根据权利要求5所述的扭矩传感器，其特征在于，所述锁紧螺母的外侧设有与所述壳体连接的轴承端盖。

9.根据权利要求4所述的扭矩传感器，其特征在于，所述壳体内设有电源变压器，所述电源变压器用于对所述读数头电路供电。

10.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其特征在于，所述两侧轴径的长度尺寸大于所述中部轴径的长度尺寸。

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