扭矩的测量方法和原理

扭矩的测量方法和原理

目前测量扭矩值主要采用非电量电测法，将应变片直接粘贴在传动轴的表面上，

组成测量电桥，见图1。

用相应的测量系统测量由于扭矩作用所产生的剪应变或剪应力，从而计算出扭矩值。其优点是可直接测量传动轴的扭转变形，减少了由主电机功率和转速推

算的间接影响因素。

图 1 传动轴扭矩测量的布片和组桥图

Fig.1 Strain gage distribution and builing bridge by torque

measuring on a driving axis

由材料力学可知，扭矩的计算公式为

M＝τW(1)

式中M——传动轴承受的扭矩；

τ——传动轴承受的剪切力；

W——抗扭断面系数(对实心圆轴)。

式中D——传动轴直径。

则M＝0.2τD3 (3) 因扭转作用在与轴体轴线成±45°方向的轴体表面上产生最大主应

力σ

1和最小主应力σ

3

，其绝对值均等于最大剪应力τ，即

根据虎克定律，剪应力为

式中E——传动轴材料的弹性模量；

μ——传动轴材料的泊桑比；

ε——传动轴的应变。

由式(3)可知，扭矩与应变呈线性关系。

扭矩测量的关键是解决信号的传输问题。目前常用的扭矩信号传输方式包括有线传输和无线传输两种。有线传输是使用滑环和电刷等将传动轴上的电信号引出给测量仪器。冶金测量车所配置的是无线传输，该系统见图2。传动轴上的机械应变引起贴在轴上的应变片的电阻发生变化，使其电桥失衡，产生与扭矩值成正比的电压。该电压通过振荡器(运用频率调制的原理)转换成与扭矩值成正比的输出频率，其信号从发送线圈送到接收线圈，经鉴别器把信号解调并转换成电压信号进行记录和显示。测量电桥、振荡器和发送线圈均安装在被测轴上随轴旋转，避免了旋转轴引线困难和接触滑环的接触电阻的影响。

图 2 扭矩测量框图

Fig.2 Block draft of the torgue measurement 1—应变电桥；2—振荡器；3—发送线圈；4—接收线圈；

5—鉴别器；6—计算机；7—传动轴