一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)結(jié)構(gòu)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車驅(qū)/傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè) 結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)矩是各種工程機(jī)械傳動(dòng)軸的基本載荷形式，與動(dòng)力機(jī)械的工作能力、能源消耗、 效率、運(yùn)轉(zhuǎn)壽命及安全性能等元素緊密聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩檢測(cè)對(duì)傳動(dòng)軸承受動(dòng)載荷的監(jiān)測(cè)與控制、 傳動(dòng)系統(tǒng)各零部件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、故障的診斷、原動(dòng)機(jī)容量的選擇等都具有重要的意義。
[0003] 目前轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方法主要包括平衡力法、能量轉(zhuǎn)換法和傳遞法。平衡力法轉(zhuǎn)矩測(cè)量 裝置又稱作測(cè)功器，一般由旋轉(zhuǎn)機(jī)、平衡支承和平衡力測(cè)量機(jī)構(gòu)組成，按照安裝在平衡支承 上的機(jī)器種類，可分為電力測(cè)功器、水力測(cè)功器等。平衡支承有滾動(dòng)支承、雙滾動(dòng)支承、扇形 支承、液壓支承及氣壓支承等。平衡力法直接從機(jī)體上測(cè)扭矩，不存在從旋轉(zhuǎn)件到靜止件的 扭矩傳遞問(wèn)題，但它僅適合檢測(cè)勻速工作情況下的扭矩，不能測(cè)量動(dòng)態(tài)扭矩。能量轉(zhuǎn)化法是 依據(jù)能量守恒定律，通過(guò)測(cè)量其他形式的能量如電能、熱能參數(shù)來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)械能， 進(jìn)而獲得與扭矩有關(guān)的能量系數(shù)(如電能系數(shù)）來(lái)確定被測(cè)扭矩大小的方法，測(cè)量誤差比較 大，一般只在電機(jī)和液機(jī)扭矩測(cè)量方面有較多的應(yīng)用。傳遞法大多采用非接觸式測(cè)量，使用 方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但非接觸式測(cè)量由于溫度、算法等因素的影響以及相關(guān)信號(hào)的采集困難， 精度還需進(jìn)一步提尚。
[0004] 電動(dòng)汽車的車輛穩(wěn)定系統(tǒng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都需要使用轉(zhuǎn)矩信號(hào)。電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)矩信 號(hào)的獲得通常是根據(jù)電機(jī)電壓、電流及轉(zhuǎn)速信號(hào)，按照能量轉(zhuǎn)換法間接估計(jì)出電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn) 矩，精度較差。到目前為止，對(duì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)研宄很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)結(jié)構(gòu)。通過(guò)在輪邊減速器上合理布置轉(zhuǎn) 矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)，在保證基本傳動(dòng)要求的前提下，可實(shí)時(shí)檢測(cè)出輪邊減速器輸入軸的轉(zhuǎn)矩，并以 電信號(hào)的形式輸出，從而用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明還提出一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 該基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方法所應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括減速器殼體、 中間齒輪軸、第一級(jí)從動(dòng)齒輪、偏心套筒、力傳感器、支承軸承等。
[0008] 中間軸與第二級(jí)主動(dòng)齒輪作為一體設(shè)計(jì)成齒輪軸的形式，第一級(jí)從動(dòng)齒輪與中間 齒輪軸通過(guò)鍵聯(lián)接，中間齒輪軸右端通過(guò)軸承內(nèi)圈支撐于減速器殼體，左端通過(guò)軸承內(nèi)圈 支撐于偏心套筒的內(nèi)孔。
[0009] 偏心套筒通過(guò)偏心套筒軸承內(nèi)圈支撐于減速器殼體。偏心套筒內(nèi)孔軸線與其外圈 軸線并不重合，兩者在中間軸齒輪受到的徑向力方向存在偏心距e，該方向既可以沿徑向力 方向，也可以沿周向力方向，這是本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩檢測(cè)的關(guān)鍵。力傳感器兩端都有螺柱， 可分別擰入偏心套筒和減速器殼體相應(yīng)的螺紋孔內(nèi)。力傳感器可同時(shí)承受拉力和壓力，當(dāng) 其受到力的作用時(shí)，將會(huì)有電壓信號(hào)輸出。減速器工作時(shí)，偏心套筒會(huì)受到來(lái)自中間齒輪軸 左端軸承、偏心套筒軸承和力傳感器的力，使其始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，因此中間軸始終繞其自 身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而沒(méi)有其它運(yùn)動(dòng)，從而保證齒輪的正常傳動(dòng)。
[0010] 本發(fā)明的特殊之處在于中間齒輪軸左端軸承的外圈并不像其它軸承一樣支撐在 減速器殼體上，而是支撐于偏心套筒的內(nèi)孔，內(nèi)孔軸線為qq，該軸線同樣為中間齒輪軸 左端軸承的軸線。偏心套筒通過(guò)偏心套筒軸承支撐在減速器殼體上，偏心套筒外軸軸線為 qq，該軸線同樣為偏心套筒軸承的軸線。由此可知，中間齒輪軸左軸承的軸線與偏心套 筒軸承的軸線并不重合，兩者在齒輪受到的徑向力方向存在偏心距e。
[0011] 根據(jù)中間齒輪軸受力及力矩平衡關(guān)系，可得中間齒輪軸左端軸承處的受力：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括減速器殼體、中間齒輪軸、第 一級(jí)從動(dòng)齒輪、偏心套筒、力傳感器、支承軸承；中間軸與第二級(jí)主動(dòng)齒輪作為一體設(shè)計(jì)成 齒輪軸的形式，第一級(jí)從動(dòng)齒輪與中間齒輪軸通過(guò)鍵聯(lián)接，中間齒輪軸右端通過(guò)軸承內(nèi)圈 支撐于減速器殼體，左端通過(guò)軸承內(nèi)圈支撐于偏心套筒的內(nèi)孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：中間齒輪 軸右端通過(guò)軸承內(nèi)圈支撐于減速器殼體，左端通過(guò)軸承內(nèi)圈支撐于偏心套筒的內(nèi)孔；偏心 套筒通過(guò)偏心套筒軸承內(nèi)圈支撐于減速器左殼體；偏心套筒內(nèi)孔軸線與其外圈軸線并不重 合，兩者在中間軸齒輪受到的徑向力方向存在偏心距。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述徑向 力方向既可以沿徑向力方向，也可以沿周向力方向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：力傳感器 兩端都有螺柱，可分別擰入偏心套筒和減速器殼體相應(yīng)的螺紋孔內(nèi)。
5. -種如任一權(quán)利要求1至4所述的基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方法，當(dāng)減速器正常工 作時(shí)，偏心套筒將受到中間齒輪軸左端軸承、力傳感器和偏心套筒軸承的作用，從而始終處 于靜止?fàn)顟B(tài)，保證減速器的正常傳動(dòng)；力傳感器受到的力與減速器輸入軸轉(zhuǎn)矩之間為線性 比例關(guān)系，力傳感器受到的力以電信號(hào)的形式輸出，經(jīng)換算后可得到減速器的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩；具 體為： 其中
^--偏心套筒偏心距 zi--輸入齒輪軸齒數(shù) Z2第一級(jí)從動(dòng)齒輪齒數(shù) R-2--第一級(jí)從動(dòng)齒輪分度圓半徑 --中間齒輪軸分度圓半徑 L--中間齒輪軸左右軸承寬度中心距尚 工1--第一級(jí)從動(dòng)齒輪齒寬中心到中間齒輪軸右軸承寬度中心距尚 ^2--第一級(jí)從動(dòng)齒輪齒寬中心到中間齒輪軸右軸承寬度中心距尚 ^一一力傳感器軸線到qq連線的距離 比例系數(shù)先僅與輪邊減速器布置形式、偏心距和齒輪參數(shù)有關(guān)，當(dāng)輪邊減速器設(shè)計(jì)確定 后，比例系數(shù)*為定值。
【專利摘要】轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)信號(hào)對(duì)電動(dòng)汽車穩(wěn)定系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制具有非常重要的意義，而現(xiàn)在輪邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大多采用能量轉(zhuǎn)換法間接換算得到，精度較差。本發(fā)明提出了一種基于軸承受力的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)方法，通過(guò)將轉(zhuǎn)矩檢測(cè)機(jī)構(gòu)合理布置于輪邊減速器上，在保證基本傳動(dòng)要求的前提下，可檢測(cè)減速器傳遞的轉(zhuǎn)矩，并以電信號(hào)的形式輸出，從而用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】F16H57-023, G01L5-00, F16H57-01
【公開號(hào)】CN104806733
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510129002
【發(fā)明人】陳辛波, 杭鵬, 王葉楓, 王弦弦, 王威
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日