專利名稱：用于測量扭矩的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分提出的用以測量通過一根軸的扭矩輸入或輸出的裝置，即一種用以測量通過機器或設(shè)備的特別是一種設(shè)置在一個固定基座上和通過固定裝置固定使其不能活動的發(fā)動機或機器的一根軸(3)的扭矩輸入或輸出的裝置。
通過一根軸傳遞的扭矩是可傳送力的一個直接表示，而當(dāng)軸的角速度為已知時，所傳輸?shù)膭恿σ簿椭懒恕Ｍㄟ^測量這扭矩和角速度，例如在電動機和齒輪電動機的情況下，所遞送的機械動力就能夠精確地和連續(xù)地予以確定，而與電效率、相位移和由于摩擦的損失無關(guān)。
一種已知的測量扭矩的可能方法，例如，在于將一根扭矩桿插入到扭矩從中傳遞的軸中。這個扭矩桿上配置有適當(dāng)放置的電阻應(yīng)變儀，其輸出電壓差別，經(jīng)在一個橋路中計值和放大后，給出一個對應(yīng)變的比例值，因而可揭示出扭矩。電阻應(yīng)變儀只提供非常弱的信號，這些信號必須送至一個計值裝置。這種傳送例如通過滑環(huán)或者由無線電裝置來完成，也有可能通過在軸上共同轉(zhuǎn)動的適當(dāng)?shù)碾娮悠骷韺⑿盘柗糯?。這被傳送的信號于是在一個適當(dāng)?shù)难b置中計值。經(jīng)由滑環(huán)或無線電的信號傳送要求昂貴的裝置，它不可能完全排除干擾。
另一種用以測量扭矩的已知裝置，由此避免了從一個旋轉(zhuǎn)軸至一個靜止裝置的信號傳遞，還是包括一根其上設(shè)置有兩個相互間隔開一定距離的齒環(huán)的扭矩桿。這兩個齒環(huán)各配合一個同心設(shè)置的定子，其上配置有傳感器，可以通過感應(yīng)記錄下從旁經(jīng)過的齒的脈沖。當(dāng)扭矩桿由于所要傳遞的扭矩而轉(zhuǎn)動時，一個環(huán)的脈沖相對于另一個環(huán)的脈沖將經(jīng)歷一個與桿的應(yīng)變成比例的相移。這相移可以予以計值作為對扭矩的測量。由于扭矩桿不可能隨意的長，并由于它必須制成得具有相當(dāng)?shù)膭偠龋虼怂獪y量的相移非常小。結(jié)果是非常高的要求落在測量電子器件上，因而這些電子器件必然具有昂貴的設(shè)計構(gòu)造。這種裝置的另一缺點是當(dāng)軸處于靜止不動時，就不能測量扭矩。
因此本發(fā)明的目的就是提出一種這樣設(shè)計的裝置使通過一根軸傳遞的扭矩的測量可以簡單地和以最低成本進行，而前述的缺點可以避免。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的可以通過權(quán)利要求1的特征部分中所示特征來達成，而本發(fā)明的特征在于該固定裝置包括至少一個第一固定部件，該第一固定部件基本上牢固地連接在基座上并且配置有軸承裝置，在這軸承裝置上至少裝有一個第二固定部件，該機器或設(shè)備就放置在這第二固定部件上，該軸承裝置是設(shè)計成這樣的，即至少一個的第二固定部件繞著一根樞軸心相對于至少一個的第一固定部件作樞轉(zhuǎn)，該樞軸心基本上與軸繞其轉(zhuǎn)動的軸心為同軸心，還在于插在至少一個的第一固定部件和至少一個的第二固定部件之間的是一個承載部件，該承載部件設(shè)置有測量元件并且限制樞轉(zhuǎn)。
使用這個裝置并不是直接測量在軸上具有作用的扭矩，而是測量與所述扭矩有相反作用的同樣大的反作用扭矩，反作用扭矩通過相應(yīng)的機器部件作用在一個空間固定的基座上。測量元件因此就可以同樣地容納在這固定基座內(nèi)，因而信號的傳送就能無問題地進行。
因為其上安置有帶軸的機器或設(shè)備的第二固定部件能繞著一根樞軸心作樞轉(zhuǎn)，而該樞軸心與該軸繞其轉(zhuǎn)動的軸心基本上是同軸心的，所以作用在該軸上的其它外力，例如皮帶傳動力或鏈傳動力等等并不干擾所測量的反作用扭矩。因此不需要在測量裝置上采取任何其它措施來保證不受這種附加力的任何影響。這可以簡化測量裝置的構(gòu)造。
本發(fā)明裝置的優(yōu)點在于當(dāng)軸處于靜止的時候也可以測量通過軸的扭矩輸入或輸出。
兩個固定部件最好是各自設(shè)計成基本上是板形的并且一個置于另一個之上。因此這兩個固定部件可以簡單地設(shè)置在一個相應(yīng)的裝備內(nèi)。也有可能根據(jù)此改裝一個已經(jīng)存在的裝備，因為這個裝置可以無問題地插入在機器部件和，例如，基座之間。
因此，可以使樞軸心與軸繞其轉(zhuǎn)動的軸心同軸心，中間元件最好插在機器或設(shè)備和第二固定部件之間。此外，這些中間元件能夠，例如，以已知的方法使其高度可以得到調(diào)節(jié)。因此就不需要為每一種用途設(shè)立一個專門的裝置，而是該裝置可以具有某種尺寸上的分級。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例在于用以支承相對于第一固定部件的第二固定部件的軸承裝置各設(shè)置在這兩個固定部件的端頭區(qū)域內(nèi)。這個裝置因此具有一塊板的形狀，可以容易地例如插入在機器或設(shè)備和基座之間。以這種方式可以完全避免耦合在機器或設(shè)備的軸上的機器元件的任何空間阻礙。軸承裝置可以在兩個固定部件中之一上設(shè)置有導(dǎo)槽形式的導(dǎo)引件，緊固在兩個固定部件中的另一個上的其配對物可以導(dǎo)入其中。導(dǎo)槽最好這樣形成使得繞著瞬時樞軸心形成的樞轉(zhuǎn)至少接近于與軸繞其轉(zhuǎn)動的軸心同軸心。
為了使軸承裝置的結(jié)構(gòu)簡單化，兩個支撐桿在每種情況都可以用來代替導(dǎo)槽。它們的一端耦合在第一固定部件的端頭區(qū)域上而它們的另一端耦合在第二固定部件的端頭區(qū)域上。每個支撐桿的耦合點各位于一條直線上，該直線在固定部件處于不樞轉(zhuǎn)狀態(tài)時，基本上穿過軸繞其轉(zhuǎn)動的軸心。特別是，對于導(dǎo)引件的這種設(shè)計形式，在一個固定部件相對于另一個固定部件的非常小的樞轉(zhuǎn)運動情況下，瞬時樞軸心不會離開軸繞其轉(zhuǎn)動的軸心過分的遠，其它外力對所測量的數(shù)值的干擾小到足以忽略不計。
為了獲得盡可能精確的測量結(jié)果，并防止軸承裝置除了那些徑向地指向該軸的力外再必須吸收其它的力，設(shè)置了另外的導(dǎo)引裝置，這些導(dǎo)引裝置可吸收相對于該軸基本上在縱向上起作用的側(cè)向力。
本發(fā)明另一個優(yōu)選的實施例在于其承載部件是一個抗彎梁形式的可彈性變形的元件。這個梁以可以卸下和更換的方式以其一端緊固在兩個固定部件中之一個上；另外的一端則突出在緊固在兩個固定部件中之另一個上的兩個擋塊之間。通過這樣的安排，就可以使用一個具有適合于所預(yù)期扭矩的抗彎強度的抗彎梁。這樣，使用帶有不同抗彎梁的同一裝置就可以以最佳的方式測量出不同強度的扭矩。
承載部件也可以有一個外殼，其中裝有壓電晶體形式的測量元件。這里的變形據(jù)知悉是很小的，由此所得的優(yōu)點是固定部件的相互樞轉(zhuǎn)也同樣非常小。
當(dāng)然，其它的測量力或扭矩的測量元件也可以使用，例如那些基于感應(yīng)測量技術(shù)的元件。
本發(fā)明的其它優(yōu)選實施例從其它的從屬權(quán)利要求中可以得知。
下面將對本發(fā)明裝置的實施例參照附圖以舉例的方式作較詳細的描述，附圖中

圖1示意地顯示出本發(fā)明裝置的主要構(gòu)造；圖2顯示出以一個抗彎梁形式出現(xiàn)的配置有測量元件的承載部件；圖3顯示出介于第一和第二固定部件之間的軸承裝置的第一實施例以及測量元件布置的第一實施例，部分以截面示出；圖4是介于第一和第二固定部件之間的軸承裝置第二實施例的截面圖；圖5是圖4中裝置的頂視平面圖，部分以截面示出；圖6是圖4和5中實施例的前視圖，部分以截面示出；圖7顯示出另一個介于第一和第二固定部件之間的軸承裝置實施例；和圖8是圖7中實施例的前視圖，部分以截面示出。
在圖1中系統(tǒng)地示出的本發(fā)明裝置的第一實施例中，機器或設(shè)備1(在圖中是以一個電動機示出)是安裝在一個第二固定部件2上。機器或設(shè)備1具有一根繞著軸心4轉(zhuǎn)動的軸3。軸3被驅(qū)動。一些另外的單元(未顯示)可以借助一條皮帶5被傳動。
基本上是板形的第二固定部件2在兩側(cè)的每一端各設(shè)置一個托架6。固定在每個托架端6上的是一個軸頸7，軸頸放置在第一固定部件9的軸承裝置8上，這里僅示意地示出。這樣，通過軸頸7，第二固定部件2可樞轉(zhuǎn)地繞著一根樞軸線10設(shè)置，樞軸線10與軸心線4同軸地對齊。
作用在軸3上的扭矩形成作用在第二固定部件2上的反作用扭矩。所述反作用扭矩的大小相當(dāng)于作用在軸3上扭矩的大小，但是旋轉(zhuǎn)方向相反。第二固定部件2被防止繞著樞軸線10轉(zhuǎn)動，下文中將予敘述。
例如通過皮帶5引起的張力被吸收在軸承裝置8中，并且因為軸心4和樞軸心10是同軸的，這些力對反作用扭矩不起作用。
固定在第二固定部件2上的是兩個擋塊11和12，兩者之間突出有一個承載部件13，如圖2中也能特別看清楚。這承載部件13被設(shè)計成抗彎梁37。這抗彎梁37固定在第一固定部件9上。
通過作用在第二固定部件2上的反作用扭矩，這個抗彎梁37會經(jīng)由擋塊11和12而折彎。以電阻應(yīng)變儀14形式出現(xiàn)的測量元件緊固在這抗彎梁37上。這些電阻應(yīng)變儀14通過連接線15連接在一個控制裝置16上。
抗彎梁37的彎曲可以以已知的方法通過這些電阻應(yīng)變儀而予以確定，該電阻應(yīng)變儀給出作用在其上的力的信息，通過這信息并考慮抗彎梁37離樞軸心10的間距R，扭矩就能以尋常已知的方法在控制裝置16中計算和顯示出來。
利用傳感器17形式的另外的測量裝置就能測量出軸3的角速度，所述傳感器17同樣通過連接線43連接在控制裝置16上。以這樣的方式，通過相應(yīng)配置的控制裝置16就能確定出功率并且也將其顯示出來。
圖3中顯示出根據(jù)圖1所示系統(tǒng)的軸承裝置8中之一的結(jié)構(gòu)。第一固定部件9牢固地連接在一個基座18上。第一固定部件具有一個支承部件19突出在機器或設(shè)備1的軸3區(qū)域內(nèi)。支承部件19上設(shè)置有一個通道20供軸3從中穿過。一個軸承21插入在通道20內(nèi)?？蓸修D(zhuǎn)地設(shè)置在這軸承21內(nèi)的是一個套筒22，該套筒固定在第二固定部件2的托架6上。
機器或設(shè)備1固定在第二固定部件2上，也有可能在設(shè)備和固定部件2之間插入中間元件23。以尋常的方式可以使用不同厚度的這種中間元件，因而機器或設(shè)備1可以被調(diào)整成這樣一種方式，即軸3繞著其轉(zhuǎn)動的軸心4可以與托架6繞著軸承裝置8作樞轉(zhuǎn)的樞軸心10同軸心。
在第一固定部件9內(nèi)設(shè)置有一凹槽24，凹槽內(nèi)容納有其上帶有電阻應(yīng)變儀14的抗彎梁37。這抗彎梁37固定在第一固定部件9上，并且，如在關(guān)于圖1和2曾敘述過的，突出在兩個擋塊11和12之間，擋塊安裝在第二固定部件2上。
這個區(qū)域的設(shè)計對于圖4至6中和圖7和8中所示的發(fā)明裝置實施例是完全相同的。同樣地，凹槽24也是設(shè)置在第一固定部件9內(nèi)。抗彎梁37以其一端25通過可拆卸螺釘26固定在第一固定部件9上。抗彎梁37的另一端27突出在兩個擋塊11和12之間，擋塊安裝在第二固定部分2上。擰入兩個擋塊11和12內(nèi)的是調(diào)節(jié)螺釘28，通過該螺釘，相對于抗彎梁37的停止點可以被調(diào)整。
連接線15可以穿過一個通孔從第一固定部件9的凹槽24內(nèi)引出。
本實施例的軸承裝置8由一個側(cè)桿30構(gòu)成，側(cè)桿通過螺釘(未顯示)緊固在第二固定部件2的兩端上。在這側(cè)桿30中相對于第一固定部件9的端頭32處開有一條狹槽形的導(dǎo)槽引。被導(dǎo)引在導(dǎo)槽31中的是輥軸33，輥軸可樞轉(zhuǎn)地安裝在第一固定部件9上。
如從圖6中可以看到，導(dǎo)槽31被設(shè)計成一個圓形，其中心位于樞軸心10上。因此，還是在這個實施例中，第二固定部件2可相對于第一固定部件9繞著樞軸心10作樞轉(zhuǎn)，對扭矩的測量與先前描述的完全相同。
此外，這也是可以設(shè)想的，即圖6中所示的導(dǎo)槽31的形狀不是圓形的，而是由兩條放在一起的切向延伸的直線組成。這可以應(yīng)用在第二固定部件2相對于第一固定部件9有非常小的樞轉(zhuǎn)運動的情況，因為這樣從圓形路徑的偏斜將是最小的。
通過第二固定部件2相對于第一固定部件9的最好只是非常小的樞轉(zhuǎn)運動，導(dǎo)槽31在樞轉(zhuǎn)方向上長度的大小可以保持非常小，從而使制造簡便成本降低。
如果輥軸33只須吸收徑向的力，則扭矩測量的精確性將更大。為了達到這一點，在第一固定部件9和第二固定部件2之間還設(shè)置有另外的導(dǎo)引裝置34。這些另外的導(dǎo)引裝置包括兩個能樞轉(zhuǎn)地固定在第二固定部件2上的輥軸35，該輥軸與在第一固定部件9上相應(yīng)設(shè)置的導(dǎo)槽36相嚙合。這些導(dǎo)槽36主要在樞轉(zhuǎn)方向上延伸。通過這些另外的導(dǎo)引裝置34，在機器或設(shè)備1的軸3的主要是縱向方向上具有作用的力就可以被吸收了。
當(dāng)然，導(dǎo)引裝置34可以是與本實施例中所指的不同的已知結(jié)構(gòu)。
對這實施例也可以設(shè)想在第二固定部件9的一側(cè)設(shè)置兩個輥軸33，而在其另一側(cè)如果所描述的另外導(dǎo)引裝置34存在的話就只需要一個輥軸33。如果輥軸33和導(dǎo)槽31能夠被制成得使推力也可以被吸收則另外的導(dǎo)引裝置34也可以省免。
圖4至6中所示的本發(fā)明第二實施例比第一實施例具有的優(yōu)越性就是機器或設(shè)備1的軸3的區(qū)域是完全空著的。
還可以設(shè)想在裝置的一側(cè)設(shè)置一個軸承裝置，如就圖1至3所述，而在裝置的另一側(cè)則軸承裝置可以設(shè)計成如圖4至6所示。
如已提及過的，抗彎梁37是可以更換的，使其可以根據(jù)預(yù)計的扭矩大小來使用不同柔韌度的抗彎梁。
圖7和8顯示出軸承裝置8的另一實施例。這里的導(dǎo)引件36包括兩個支撐桿38。每個所述支撐桿38的一端39通過一個插入到第一固定部件9內(nèi)的螺桿40連接在第一固定部件9上，而其另一端41則通過另一個插入到第二固定部件2內(nèi)的螺桿42連接在第二固定部件2上。在第二固定部件2相對于第一固定部件9的一個中間未樞轉(zhuǎn)狀態(tài)中，兩個支撐桿38是以這樣的方式對齊的，即由每個支撐桿38的螺桿40和42的軸心所形成的連接點位于一條穿過軸3繞其轉(zhuǎn)動的軸心4的一條直線上。在第二固定部件2相對于第一固定部件9的樞轉(zhuǎn)非常小的情況下，從理想的圓形路徑的偏斜將非常小。因此瞬時樞轉(zhuǎn)軸心不會偏離軸3繞其旋轉(zhuǎn)的軸心4太遠，從而使其它外力對所測量的數(shù)值的干擾小至可以忽略不計。在大部分情況下這種測量足夠精確。
前述的實施例以及在本發(fā)明范圍之內(nèi)但本文中未予描述的實施例都可以廣泛適用，并且可以簡便地測量出作用在機器或設(shè)備上的有效扭矩。
權(quán)利要求
1.一種用以測量通過機器或設(shè)備(1)的特別是一種設(shè)置在一個固定基座上和通過固定裝置固定使其不能活動的發(fā)動機或機器的一根軸(3)的扭矩輸入或輸出的裝置，其特征在于該固定裝置包括至少一個第一固定部件(9)，該第一固定部件基本上牢固地連接在基座(18)上并且配置有軸承裝置(8)，在這軸承裝置上至少裝有一個第二固定部件(2)，該機器或設(shè)備(1)就放置在這第二固定部件上，該軸承裝置(8)是設(shè)計成這樣的，即至少一個的第二固定部件(2)繞著一根樞軸心(10)相對于至少一個的第一固定部件(9)作樞轉(zhuǎn)，該樞軸心(10)基本上與軸(3)繞其轉(zhuǎn)動的軸心(4)為同軸心，還在于插在至少一個的第一固定部件(9)和至少一個的第二固定部件(2)之間的是一個承載部件(13)，該承載部件設(shè)置有測量元件(14)并且限制樞轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于第一固定部件(9)和第二固定部件(2)各設(shè)計成基本上為板形的并且基本上一個安置在另一個之上，還在于第一固定部件(9)上設(shè)置有用于緊固在基座(18)上的裝置，而第二固定部件(2)上設(shè)置有用于可拆卸地連接在機器或設(shè)備(1)上的裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于第一固定部件(9)和第二固定部件(2)各設(shè)計成板形并基本上是一個置于另一個之上，還在于第一固定部件(9)設(shè)置有用于緊固在基座(18)上的裝置，而第二固定部件(2)被設(shè)計成為機器或設(shè)備(1)上的一個固定構(gòu)件。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于可插入在機器或設(shè)備(1)和放置有機器或設(shè)備(1)的第二固定部件(2)之間的是中間元件(23)，通過這個中間元件，軸(3)繞著其轉(zhuǎn)動的軸心(4)和樞軸心(10)可以被校正成同軸心的。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于軸承裝置(8)包括至少一個第一支承部件(19)，該第一支承部件固定在第一固定部件(9)上并且突出于軸(3)的區(qū)域內(nèi)并且還具有一條通道(20)備軸(3)從中穿入，還在于插入在該通道(20)內(nèi)的是一個軸承(21)，在其內(nèi)一個緊固在第二固定部件(2)上的托架(6)可以繞著樞軸心(10)作樞轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于軸承裝置(8)包括至少一個設(shè)置在兩個固定部件(2或9)中之一上的導(dǎo)引件，還在于在兩個固定部件中之另一個上(9或2)配置有配對物(33)，配對物各引過導(dǎo)引件。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于每個導(dǎo)引件被制成為在一個側(cè)桿(30)上的狹槽形的導(dǎo)槽(31)，側(cè)桿(30)以這樣的方式固定在端頭部位(32)的第二固定部件(2)上使導(dǎo)槽(31)鄰接第一固定部件(9)的端頭部位(32)，還在于配對物由輥軸(33)構(gòu)成，各自能轉(zhuǎn)動地緊固在端頭部位的第一固定部件(9)上并且咬合在相關(guān)的導(dǎo)槽(31)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于每個導(dǎo)引件被制成為兩個支撐桿(38)其一端(39)耦合在第一固定部件(9)的端頭部位處而其另一端(41)耦合在第二固定部件(2)的端頭部位處，還在于在固定部件(2，9)的非樞轉(zhuǎn)位置中每個支撐桿(38)的耦合點各位于一條直線上，該直線基本上穿過軸(3)繞其轉(zhuǎn)動的軸心(4)。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項所述的裝置，其特征在于另外的導(dǎo)引裝置(34)設(shè)置在第一固定部件(9)和第二固定部件(2)之間以吸收橫向的力，該橫向力基本上作用在軸(3)繞著其轉(zhuǎn)動的軸心(4)的縱向方向上。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，其特征在于承載部件(13)被設(shè)計成一個可彈性變形的元件，還在于測量元件(14)由多個電阻應(yīng)變儀組成，應(yīng)變儀設(shè)置在可彈性變形的元件上。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于可彈性變形元件是一個抗彎梁(37)，該抗彎梁以其一端(25)可拆卸地和可更換地緊固在兩個固定部件中之一(9或2)上，而另外一端(27)則突出于兩個擋塊(11，12)之間，該兩個擋塊安裝在兩個固定部件中之另一個(2或9)上，并且被設(shè)計成可以調(diào)節(jié)的。
12.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，其特征在于承載部分(13)包括一個外殼，還在于測量元件(14)由放置在外殼內(nèi)的至少一個壓電晶體組成。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的裝置，其特征在于設(shè)置在承載部件(13)上的測量元件(14)通過連接線(15)連接在一個測量裝置(16)上，測量裝置將由測量元件(14)傳遞過來的測量信號轉(zhuǎn)變成相當(dāng)于扭矩的數(shù)值并將它們顯示出來。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于另外還設(shè)置有一個測量裝置(17)，通過該測量裝置可以測量可轉(zhuǎn)動軸(3)的角速度，還在于為了將測量到的數(shù)值傳送到控制裝置(16)上，所述測量裝置(17)通過另外的連接線(43)連接在其(16)上。
全文摘要
一種用以測量機器(1)的軸(3)的扭矩的裝置,該裝置包括一個連接在基座上的第一固定部件(9)。這部件配置有軸承裝置(8),軸承裝置內(nèi)安裝有第二固定部件(2)因而它可以繞著樞軸心(10)作樞轉(zhuǎn)。機器安置在第二固定部件上。軸承裝置這樣設(shè)計,使得樞軸心(10)基本上與軸心(4)是同軸心的。插入在第一和第二固定裝置之間的是一個承載部件(13),該部件配置有測量元件(14)并限制樞轉(zhuǎn)。作用在承載部件上的力或扭矩可以用測量元件(14)來測量。
文檔編號G01L5/24GK1178320SQ9711923
公開日1998年4月8日 申請日期1997年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月19日
發(fā)明者馬丁·勞恩勒 申請人:馬丁·勞恩勒