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相比之下,具有相同截面積的管狀(空心)測(cè)量彈性體能夠提供較大的彎矩,特別是一些扭力測(cè)量范圍很大的傳感器,通常是使用一個(gè)實(shí)心的正方形截面軸,這種方式簡(jiǎn)單而且貼片方式非常容易。

其它測(cè)量彈性體的形式有:輪輻式、徑向剪切式等,所施加的扭力會(huì)在測(cè)量彈性體上生成剪切方向的應(yīng)力,特別是對(duì)一些較小的扭力而言,十字型的測(cè)量彈性體能夠提供更好的應(yīng)變和更大的抗彎剛度。

如今,以上的這些彈性體的測(cè)量形式已經(jīng)無(wú)法滿足扭力傳感器在功率測(cè)試臺(tái)上的要求。這就是為什么在上個(gè)世紀(jì)90年代,HBM作為首家扭力傳感器的制造商,引入了扭力傳感器的剪切原理的原因。見(jiàn)圖1右側(cè)第二行,這種特有的原理被稱為半梁,此種剪切形式則可以用于專業(yè)計(jì)量使用。四個(gè)放射狀的I型(輪輻剪切)的梁被設(shè)計(jì)在T10F扭力法蘭中。這不僅在測(cè)量技術(shù)方面有較大的優(yōu)點(diǎn),并在垂直于測(cè)量方向的橫向剛性也給出了很好的比例關(guān)系。圖1給出了如今最常見(jiàn)的測(cè)量彈性的形狀。

利用剪切原理,謹(jǐn)慎的選擇應(yīng)變片的位置和彈性體的幾何形狀,在可調(diào)整范圍內(nèi)充分利用扭力法蘭的特性。圖2為HBM公司的T10F系列扭力傳感器測(cè)量彈性體。

·DIN 3121 標(biāo)準(zhǔn)(機(jī)動(dòng)套筒扳手轉(zhuǎn)動(dòng)四方頭)

·夾緊聯(lián)接

法蘭螺栓聯(lián)接

HBM 提供不同型號(hào)扭力傳感器的聯(lián)軸器,結(jié)合實(shí)際的測(cè)試,HBM也提供更多的快速聯(lián)接方式。為了讓客戶方便的進(jìn)行扭力傳感器聯(lián)接,HBM還有許多不同的摩擦鎖緊和防松鎖緊設(shè)計(jì),以減少縱向力、徑向力、彎矩對(duì)扭力傳感器的影響。

安裝扭力傳感器和聯(lián)軸器后必將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)平衡的改變,這在高速運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。盡可能的在準(zhǔn)備運(yùn)行之前的情況下調(diào)首先調(diào)整動(dòng)平衡。

四方頭套筒聯(lián)接

HBM扭力傳感器的聯(lián)接接頭是遵照DIN 3121標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所包含的規(guī)格主要涉及到機(jī)動(dòng)套筒扳手轉(zhuǎn)動(dòng)四方頭的規(guī)格,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尺寸遵照ISO 1174-2的標(biāo)準(zhǔn)。目前可用的聯(lián)接有F外方頭,G內(nèi)方頭, H內(nèi)方頭,并且同時(shí)帶有銷釘孔。這些方頭都是鎖定聯(lián)接,因此它們不適合扭力方向發(fā)生改變的扭力測(cè)量。(詳細(xì)見(jiàn)HBM扭力傳感器T4 技術(shù)資料)

夾緊聯(lián)接

夾緊聯(lián)接是建立在摩擦型鎖緊的基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用要求的不同,HBM 建議此類聯(lián)接用于徑向緊力單一的場(chǎng)合,這里對(duì)傳感器軸端的要求也是比較嚴(yán)格的。

法蘭螺栓鎖緊

法蘭聯(lián)接是在HBM扭力傳感器上通過(guò)摩擦鎖緊而施加扭力,這不僅確保了法蘭傳導(dǎo)超大扭力時(shí)不會(huì)有任何問(wèn)題,而且特別重要的是——————-動(dòng)態(tài)扭力被正確的施加在了扭力傳感器上。緊固螺栓被按一定的間隔均勻的分布在法蘭上,以確保壓力的均勻,所有的扭力能夠作為一個(gè)整體進(jìn)行傳輸。

緊固螺栓的數(shù)量取決于扭力傳感器的額定扭力,由于需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,法蘭扭力軸上的螺栓孔遠(yuǎn)比實(shí)際需要的要多。這種情況下,一些孔位就被空閑出來(lái),但必須間隔相同的孔位插入緊固螺栓。

帶軸承的扭力傳感器

對(duì)于帶軸承的扭力傳感器定子,由軸承將彈性體在軸向和徑向進(jìn)行固定,這種形式被使用在:

運(yùn)行速度能夠在滾珠軸承的承受范圍之內(nèi)

很多軸式扭力傳感器的設(shè)計(jì)必須帶有軸承

后一種情況基本適用于帶滑環(huán)的軸式扭力傳感器。T20WN型號(hào)的軸式傳感器則大大減少了非接觸式傳輸測(cè)量信號(hào)和供電電源時(shí)所需要的成本。由于傳輸?shù)拈g隙非常小,這使的電源傳輸不會(huì)改變。

當(dāng)正確的安裝扭力,把要測(cè)的扭力應(yīng)用到指定的位置(測(cè)量點(diǎn)),軸承的滾動(dòng)摩擦對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響是非常小的。在T20WN/2N.m的扭力傳感器中,軸承摩擦產(chǎn)生的扭力大約為0.00005N.m。

帶軸承的軸式扭力傳感器的定子只要很輕的力就可以防止它轉(zhuǎn)動(dòng),內(nèi)置的軸承通常只支撐定子的重量,因此軸承不會(huì)受到很大的磨損。然而,根據(jù)相關(guān)設(shè)備的聯(lián)接類型,軸承的負(fù)載能力也是會(huì)被標(biāo)出的,其中一邊會(huì)讓其作為支撐軸承使用。特質(zhì)的低摩擦系數(shù)的軸承可以保證其在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)免維護(hù)運(yùn)行(T20WN的運(yùn)行時(shí)間至少為20,000小時(shí)以上)。

非接觸式和無(wú)軸承的扭力傳感器

在高速運(yùn)行的扭力傳感器,定子和旋轉(zhuǎn)測(cè)量彈性體是沒(méi)有任何機(jī)械接觸的。測(cè)量彈性體被恰當(dāng)?shù)陌惭b在軸系中,定子則被安裝在臺(tái)架上。由于結(jié)構(gòu)中沒(méi)有了磨損件,所以除了光學(xué)的測(cè)速系統(tǒng)意外,扭力傳感器是免維護(hù)和無(wú)磨損的。

在運(yùn)輸過(guò)程中,一些緊固件環(huán)繞在T32FN的定子上,以保證傳感器的運(yùn)輸安全并在安裝過(guò)程中起到輔助作用。T34FN也有一些對(duì)中元件在裝備中起到一定的輔助作用。同樣,輔助裝配也被在T10FS的法蘭式扭力傳感器上得到應(yīng)用。輔助裝配不會(huì)導(dǎo)致定子和轉(zhuǎn)子在安裝后變形或拉伸。