扭矩测量
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扭矩的测量实验
机械工程实验教学中心
实验目的
• • •
掌握静、动态转矩测量的实现方法及基本 原Hale Waihona Puke Baidu。 学习根据不同的工程对象，采用不同传感 器进行测量的方法。 掌握对测量数据的处理方法。
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实验设备
• 电力封闭式多功能传动试验台、JＣ系列转速转 矩传感器、扭矩仪、电阻应变式力传感器、放大 器、接口电路、计算机
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实验原理
图1 JC型转矩转速传感器工作原理图
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实验原理
• 3、转矩的静态测量
⑴、在以力传感器测量转矩的实验装置上，在杠杆机构的一端加砝码，静 态测量电机轴的转矩大小。其基本算法： T=F×L （1） T－转矩，单位N· m F－拉（压）力，单位N L－力臂长度，单位m 齿数．Ｚ零点） （2）、打开JC型转矩转速传感器的标定电机，用ＪＷ１Ｂ微机扭矩仪对 测试系统进行标定。 （3）、测出被试件在不同工况下转速和转矩的大小以及传动效率。
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实验原理
• （2）JC系列的转矩转速传感器 • JC型转矩转速传感器通过弹性轴、两组磁电（光电）信号发生器， 把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两组 交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，而其相位差的变化 部分又与被测转矩成正比。JC型转矩转速传感器的工作原理如图1。 在弹性轴的两端安装有两只信号齿轮，在两齿轮的上方各装有一 组信号线圈，在信号线圈内均装有磁钢，与信号齿轮组成磁电信 号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时，由于信号齿轮的齿顶及 齿谷交替周期性的扫过磁钢的底部，使气隙磁导产生周期性的变 化，线圈内部的磁通量亦产生周期性变化，使线圈中感生出近似 正弦波的交流电信号。这两组交流电信号的频率相同且与轴的转 速成正比，因此可以用来测量转速。这两组交流电信号之间的相 位与其安装的相对位置及弹性轴所传递扭矩的大小及方向有关。 当弹性轴不受扭时，两组交流电信号之间的相位差只与信号线圈 及齿轮的安装相对位置有关，这一相位差一般称为初始相位差， 在设计制造时，使其相差半个齿距左右，即两组交流电信号之间 的初始相位差在180度左右。在弹性轴受扭时，将产生扭转变形， 使两组交流电信号之间的相位差发生变化，在弹性变形范围内， 相位差变化的绝对值与转矩的大小成正比。把这两组交流电信号 用专用屏蔽电缆线送入JW型微机扭矩仪或具有其功能的扭矩卡送 入计算机，即可得到转矩、转速及功率的精确值。M信号线圈 磁 钢弹性轴信号齿轮M
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图1电力封闭式多功能传动试验台
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图2 起动电机试验台
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思考题
• 相位差式传感器和拉（压）力传感器用于转矩测量的 基本原理、使用范围和优缺点。 • 扭矩仪参数设置以及测量参数的标定各起什么作用。 • 简述如何用砝码标定该扭矩测量系统的零点和增益 （或灵敏度）。 • 在转矩的静态测量中，采集卡参数设置以及测量参数 的标定各起什么作用。
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应变式转矩传感器应用
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应变式转矩传感器应用
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实验原理
• 方形截面轴： • G为转轴的弹性模量
(2)力平衡法 它是利用平衡转矩去平衡被测转矩，从而求得被测转矩 的方法。当转轴受转矩作用时，机体上必定同时作用方 向相反的平衡力矩(或称支座反力矩)，因此测量出机体 上的平衡力矩就可以知被测转矩大小。
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力平衡法转矩传感器应用
加载器 力臂
力 传 感 器
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实验原理
• （3）能量转换法 这是按能量守恒定律来测量力矩的仪器。它是通
过测量其它与转矩有关的能量系数(如电能系数)来确定被测力矩大小 的。 根据能量转换法制作的扭矩仪一般多用于测量各种电机的转矩。
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实验原理
• 2、转矩的动态测量 在电力封闭式多功能传动试验台上，采用JC系列的转 矩转速传感器测量减速器在不同转速和负载情况下转矩 的大小以及传动效率。 • ⑴电力封闭式多功能传动试验台 传动系多功能试验台按能量是否回馈可分为开式和封 闭式。按能量的传递路径分为电能和机械能。电能回馈 可分为直流电封闭式和交流电封闭式两大系列，主要由 交流变频调速系统、交（直）流逆变加载系统、计算机 测试控制系统、机械系统、转速转矩测试系统、温度测 试系统、振动噪声测试系统、润滑油温控制系统等组成 。 试验台以计算机测控系统为控制中心，操作和试验过程 可以用计算机软件自动完成，也可以进行手动控制
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实验原理
• （1）电阻应变式测转矩 在转轴上或直接在被测轴上，沿轴线的45° 或135°方向将应变片粘贴上，当转轴受转矩M 作用时，应变片产生应变，其应变量与转矩M成 线性关系。 空心圆柱形轴：
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• 电阻应变式转矩传感器
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电阻应变式转矩传感器
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实验原理
静、动态下测定构件的转矩是实验应力分析学科领域的
重要内容，是解决工程强度问题的主要手段，转矩传感器 测量元件的类型主要有电阻应变式、光电式、磁电式转矩 传感器；采用电阻应变片和应变仪测定构件的表面应变， 然后再根据应变与应力的关系公式确定构件表面应力状态 是一种最常见的实验应力分析方法。扭转角式转矩传感器 则利用弹性轴受扭转载荷后，发生弹性变形，使在轴两端 的齿栅间产生相位角差，通过磁电式（光电式）传感器对 相位差进行测量。同时采用电阻应变式或压电式的力传感 器配杠杆机构也可测定构件静、动态的转矩。转矩传感器 的测试方法主要有三种：电阻应变式测转矩、力平衡法测 转矩、能量转换法测转矩。
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• • •
掌握静、动态转矩测量的实现方法及基本 原Hale Waihona Puke Baidu。 学习根据不同的工程对象，采用不同传感 器进行测量的方法。 掌握对测量数据的处理方法。
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实验设备
• 电力封闭式多功能传动试验台、JＣ系列转速转 矩传感器、扭矩仪、电阻应变式力传感器、放大 器、接口电路、计算机
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实验原理
图1 JC型转矩转速传感器工作原理图
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实验原理
• 3、转矩的静态测量
⑴、在以力传感器测量转矩的实验装置上，在杠杆机构的一端加砝码，静 态测量电机轴的转矩大小。其基本算法： T=F×L （1） T－转矩，单位N· m F－拉（压）力，单位N L－力臂长度，单位m 齿数．Ｚ零点） （2）、打开JC型转矩转速传感器的标定电机，用ＪＷ１Ｂ微机扭矩仪对 测试系统进行标定。 （3）、测出被试件在不同工况下转速和转矩的大小以及传动效率。
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实验原理
• （2）JC系列的转矩转速传感器 • JC型转矩转速传感器通过弹性轴、两组磁电（光电）信号发生器， 把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两组 交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，而其相位差的变化 部分又与被测转矩成正比。JC型转矩转速传感器的工作原理如图1。 在弹性轴的两端安装有两只信号齿轮，在两齿轮的上方各装有一 组信号线圈，在信号线圈内均装有磁钢，与信号齿轮组成磁电信 号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时，由于信号齿轮的齿顶及 齿谷交替周期性的扫过磁钢的底部，使气隙磁导产生周期性的变 化，线圈内部的磁通量亦产生周期性变化，使线圈中感生出近似 正弦波的交流电信号。这两组交流电信号的频率相同且与轴的转 速成正比，因此可以用来测量转速。这两组交流电信号之间的相 位与其安装的相对位置及弹性轴所传递扭矩的大小及方向有关。 当弹性轴不受扭时，两组交流电信号之间的相位差只与信号线圈 及齿轮的安装相对位置有关，这一相位差一般称为初始相位差， 在设计制造时，使其相差半个齿距左右，即两组交流电信号之间 的初始相位差在180度左右。在弹性轴受扭时，将产生扭转变形， 使两组交流电信号之间的相位差发生变化，在弹性变形范围内， 相位差变化的绝对值与转矩的大小成正比。把这两组交流电信号 用专用屏蔽电缆线送入JW型微机扭矩仪或具有其功能的扭矩卡送 入计算机，即可得到转矩、转速及功率的精确值。M信号线圈 磁 钢弹性轴信号齿轮M
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图1电力封闭式多功能传动试验台
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图2 起动电机试验台
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思考题
• 相位差式传感器和拉（压）力传感器用于转矩测量的 基本原理、使用范围和优缺点。 • 扭矩仪参数设置以及测量参数的标定各起什么作用。 • 简述如何用砝码标定该扭矩测量系统的零点和增益 （或灵敏度）。 • 在转矩的静态测量中，采集卡参数设置以及测量参数 的标定各起什么作用。
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应变式转矩传感器应用
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应变式转矩传感器应用
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实验原理
• 方形截面轴： • G为转轴的弹性模量
(2)力平衡法 它是利用平衡转矩去平衡被测转矩，从而求得被测转矩 的方法。当转轴受转矩作用时，机体上必定同时作用方 向相反的平衡力矩(或称支座反力矩)，因此测量出机体 上的平衡力矩就可以知被测转矩大小。
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力平衡法转矩传感器应用
加载器 力臂
力 传 感 器
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实验原理
• （3）能量转换法 这是按能量守恒定律来测量力矩的仪器。它是通
过测量其它与转矩有关的能量系数(如电能系数)来确定被测力矩大小 的。 根据能量转换法制作的扭矩仪一般多用于测量各种电机的转矩。
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实验原理
• 2、转矩的动态测量 在电力封闭式多功能传动试验台上，采用JC系列的转 矩转速传感器测量减速器在不同转速和负载情况下转矩 的大小以及传动效率。 • ⑴电力封闭式多功能传动试验台 传动系多功能试验台按能量是否回馈可分为开式和封 闭式。按能量的传递路径分为电能和机械能。电能回馈 可分为直流电封闭式和交流电封闭式两大系列，主要由 交流变频调速系统、交（直）流逆变加载系统、计算机 测试控制系统、机械系统、转速转矩测试系统、温度测 试系统、振动噪声测试系统、润滑油温控制系统等组成 。 试验台以计算机测控系统为控制中心，操作和试验过程 可以用计算机软件自动完成，也可以进行手动控制
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实验原理
• （1）电阻应变式测转矩 在转轴上或直接在被测轴上，沿轴线的45° 或135°方向将应变片粘贴上，当转轴受转矩M 作用时，应变片产生应变，其应变量与转矩M成 线性关系。 空心圆柱形轴：
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• 电阻应变式转矩传感器
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电阻应变式转矩传感器
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实验原理
静、动态下测定构件的转矩是实验应力分析学科领域的
重要内容，是解决工程强度问题的主要手段，转矩传感器 测量元件的类型主要有电阻应变式、光电式、磁电式转矩 传感器；采用电阻应变片和应变仪测定构件的表面应变， 然后再根据应变与应力的关系公式确定构件表面应力状态 是一种最常见的实验应力分析方法。扭转角式转矩传感器 则利用弹性轴受扭转载荷后，发生弹性变形，使在轴两端 的齿栅间产生相位角差，通过磁电式（光电式）传感器对 相位差进行测量。同时采用电阻应变式或压电式的力传感 器配杠杆机构也可测定构件静、动态的转矩。转矩传感器 的测试方法主要有三种：电阻应变式测转矩、力平衡法测 转矩、能量转换法测转矩。