测量扭矩常常.PDF

扭矩测量的方法原理 引言：扭矩是工厂场地上大多数设备的重要被测量对象之一。测量扭矩常常 被误解，这就可能导致对测量系统的过度设计或设计不足。本文介绍多种用于扭 矩测量的技术和折衷方法。 扭矩可以分为两大类，静态扭矩或动态扭矩。用于测量扭矩的方法可以被进一步 分为两类，反扭矩和联机扭矩测量。被测扭矩的类型以及现有各类传感器，对所 测的数据精度及测量的成本有重要影响。 在讨论静态和动态扭矩的比较中，最容易入手的是首先了解静力和动力的差异。 简而言之，动力包括加速度，而静力则没有。 动力和加速度之间的联系被描述为牛顿第二定律：F=ma(力等于物质质量乘以加 速度)。以汽车自身物质(质量)把车停下所需要的力就是动力，因为汽车必须被 减速。由刹车卡钳施加以停止汽车的力就是静力，因为所涉及的刹车垫没有加速 度。 扭矩只是旋转力或通过一定距离产生的力。根据前面的讨论，它被认为是静力， 如果它没有角加速度的话。时钟弹簧施加的扭矩就是静态扭矩，因为没有旋转， 因而也就没有角加速度。当汽车以匀速在高速公路上巡航的时候，通过汽车传动 轴传输的扭矩就是一个旋转静态扭矩的例子，因为即使存在旋转，以匀速行驶也 没有加速度。 汽车引擎产生的扭矩有静态和动态扭矩，取决于测量的部位。如果在机轴中测量 扭矩，当汽缸每一次燃烧且活塞旋转机轴的时候，就有大的动态扭矩波动。 如果在传动轴测量扭矩，那几乎就是静态扭矩，因为调速轮和传动系统要阻尼引 擎产生的动态扭矩。用曲柄提升车窗所需要的扭矩就是静态扭矩的例子，尽管涉 及到旋转加速度，因为曲柄的加速和旋转惯性很小，与车窗运动有关的摩擦力相 比，所产生的动态扭矩 (扭矩 旋转惯性*旋转加速度)可以忽略不计。 最后一个例子描述了一个事实，大多测量应用都在某种程度上涉及静态和动态扭 矩。如果动态扭矩是整个扭矩的主要组成部分或是感兴趣的扭矩，那么，要特别 考虑何时对其作出最佳的测量。 反扭矩与联机扭矩的比较 通过在扭矩支撑零件之间插入一种扭矩传感器，可以做联机扭矩测量，非常类似 于在套筒和套筒扳手之间插入延长杆。旋转套筒所需要的扭矩直接由套筒延长杆 支撑。该方法容许扭矩传感器被放置在尽可能与感兴趣的扭矩靠近的地方，并避 免可能出现的测量误差，如寄生扭矩(轴承等等)、无关负载和具有大的旋转惯性 的零件(会阻尼动态扭矩)。 图 1：简单的扭矩测量方法。 根据上面的例子，通过在机轴和调速轮之间插入联机扭矩传感器，可以测量引擎 所产生的动态扭矩，避免调速轮的旋转惯性和传动损失。为了测量驱动车轮的、 几乎静态的恒稳态扭矩，要把联机传感器放置在汽车的轮缘和盘毂之间，或放置 在主动轴中。由于典型的扭矩传动轴(drive line)的旋转惯性和其它相关的零件 (的原因)，联机测量常常是恰当地测量动态扭矩的唯一方式。 反扭矩传感器利用了牛顿第三定律： ‘两个物体之间的作用力与反作用力总是大 小相等而方向相反。’为了测量电动机产生的扭矩，我们可能采用如上所述的联 机测量方法，或我们可能测量需要多大的扭矩才能阻止电动机的旋转，通常称为 反扭矩。 图2：扭矩传感器的放置是重要的。 在旋转的应用中，对传感器做电气连接显然是一个问题，测量反扭矩就可以避免 电气连接；但是，这样做也有缺陷。反扭矩传感器常常需要支撑重要的无关负载， 如电动机的重量或至少驱动轴的部分 (重量)。这些负载可能引起耦合误差 (