扭矩的测量课件.ppt

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1、3．3扭矩的测量扭矩是机械量中的一个重要参数。轴上的扭矩是指作用在轴上的力与其作用线到轴中心的距离的矢量积的总和。单位为。在运转中，轴之间功率的传递是在一定转速下通过轴上所受的扭矩来传递的（有些情况下轴是处于静止状态下受扭的）。一般是将传递的扭矩和转速同时测量，此两参数的乘积即为该轴传递的功率。在运转中，轴之间功率的传递是在一定转速下通过轴上所受的扭矩来传递的（有些情况下轴是处于静止状态下受扭的）。一般是将传递的扭矩和转速同时测量，此两参数的乘积即为该轴传递的功率。扭矩测量仪表按其工作原理可分为两大类。一类是根据牛顿第三定律作用力与反作用力相等的原理设计的；另一类是利用扭务轴受扭要

2、产生一定扭转角或应变的原理设计的，并可通过直接测量扭转角或应变的大小来确定扭矩的大小。一般前一类多用于测量静态和稳态（恒转速）时的扭矩，后一类适用于转速变化时扭矩的精确测量。反作用力矩测量法此方法是把被测量装置（它们可以是动力源也可以是负载）的壳体用轴承支架支起，在壳体上固定有力臂。通过测量已知长度的力臂端部上的力来获得被测装置的反力矩。通过测量扭力轴变形扭转角来测量扭矩的方扭力轴的设计原理如图3.15所示。当扭力轴的一端受扭后，相对于另一端就会产生一个扭转角由材料力学可知式中，L为扭力轴长度；D为扭力轴直径；T为外加扭矩；G为轴材料的剪切弹性模量，一般钢G=（8.16～8.29）

3、×1010Pa。由上式可见，只要轴的受力在材料的弹性极限以内，受扭后的扭转角与外加扭矩T是成正比的。所以，扭转角的大小可以直接反映扭矩的大小。若能采用某种传感器将此扭转角转换成其它物理量并加以测量和显示，就是一套完整的扭矩测量仪。式中，L为扭力轴长度；D为扭力轴直径；T为外加扭矩；G为轴材料的剪切弹性模量，一般钢G=（8.16～8.29）×1010Pa。由上式可见，只要轴的受力在材料的弹性极限以内，受扭后的扭转角与外加扭矩T是成正比的。所以，扭转角的大小可以直接反映扭矩的大小。若能采用某种传感器将此扭转角转换成其它物理量并加以测量和显示，就是一套完整的扭矩测量仪。3．3．1力臂型扭

4、矩测量装置此方法是把被测量装置（例如电机、液压泵、液压马达）的壳体用轴承支架支起，在壳体上固定有力臂。当被测量装置的传动轴输出扭矩由作用在力臂上的承反力F（或砝码重力）产生的力矩所平衡。在静平衡的情况下（此时力臂处于水平位置），力F和力臂L所形成的力矩就是被测力矩。因为力臂L长度是固定的，因此只要测量出力F就可以确定被测装置的输入或输出扭矩。力F可用测力计或测力传感器测量，也可用标准平衡砝码来确定。此测量法的测量误差主要来自轴承的摩擦务矩和力臂不平衡所产生的附加力矩。3．3．2应变式扭矩传感器扭矩传感器一般是串接在扭矩传递系统中，并作为扭矩传递系统中一个环节来测量它所传递的扭矩的。

5、它通常是以圆轴作为机械转换元件（弹性元件），将它所传递的扭矩转换成中间机械量，然后再利用机-电转换元件（敏感元件）将中间机械量转换成电量。传感器中的机械转换元件（圆轴）一般称为扭力轴，应变式扭矩传感器就是由粘贴有应变片的扭力轴和装在它上面的集流环等部件组成的。由材料力学知识可知，纯据矩的轴的横截面上的最大剪切应力与轴上扭矩的关系为式中，T为轴上扭矩；W为轴截面的抗扭截面系数。不能用应变片直接测量，但由材料力学知，在纯扭情况下，轴表面的主应力方向与轴线成45°角，且主应力在数值上等于剪切应力，即式中，、为轴表面相互垂直的两个方向上的主应力。当应变片按图3.18a所示方向（与轴线成45

6、°角，且相互垂直）贴在轴上组成半桥电路时，应变片R1方向上的应变为沿应变片R2方向的应变为因，故。若将应变片R1、R2接成图3.18a所示的半桥，则不但能使测量灵敏度比贴一片45°角方向的应变片高一倍，而且还能消除由于扭力轴安装不善所产生的附加弯矩和轴向力的影响。但这种贴片和接桥方式不能消除附加横向剪切力的影响。如果在扭力轴上粘贴四片应片并将它们接成半桥或全桥（见图3.18b）,就能消除附加横向剪切力的影响。通过应变片的变形来测量扭力轴扭转应变时，若轴不受扭，则电桥平衡，输出信号为零；当轴受扭后，应变片阻值变化，破坏电桥的平衡，输出大小与所受扭矩成比例的电信号。由于输出信号很微弱，

7、一般都要通过应变仪来测量。半桥电路可以消除因扭力轴安装不善所产生的附加弯矩和轴向力的影响，全桥电路除可消除以上影响外，还可消除附加横向剪切力的影响。集流环是应变式扭矩传感器的重要组成部分，它的作用是将应变片的引线或由应变片组成的电桥经结点从旋转着扭力轴上引出，然后接到相应的电路上去。集流环的优劣直接影响测量精度，低质量的集流环所产生的电噪声甚至可以淹没扭矩信号，使测量无法进行。为保证引出信号的精度，集流环必须保持极为良好的接触，接触电阻应该恒定。而在实际中要保持接触电