專利名稱：用于測量旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的載荷的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件如軸、芯軸或軸頸上的載荷且尤其是轉(zhuǎn)矩、彎矩和軸向力的測量裝置，通過該裝置并借助至少一個固定在該構(gòu)件上的應(yīng)變片來測量并無接觸地掌握在載荷作用下產(chǎn)生的長度變化，其中為了對應(yīng)變片無接觸地供電以及同樣也是無接觸地將測量值傳給一個分析處理單元設(shè)有一個旋轉(zhuǎn)電子裝置，它布置在一個或多個包圍這些應(yīng)變片的環(huán)里。
一個構(gòu)件因載荷而產(chǎn)生的彈性變形導(dǎo)致一個或多個固定在該構(gòu)件上的應(yīng)變片(DMS)長度發(fā)生變化。借助其成比例的電阻變化，一個一起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電子裝置測量出該載荷，在這里，測量值被無接觸地傳給一個靜態(tài)分析處理單元并且要無接觸地向旋轉(zhuǎn)電子裝置供電。旋轉(zhuǎn)電子裝置、附屬的發(fā)送和接收無線以及如這些部件的電纜接線都布置在一個或多個包圍DMS的環(huán)里。這個或這些環(huán)既有系統(tǒng)支承功能，也具有保護(hù)功能。
如果不能使用其它測量方法的話，這往往是由于環(huán)境條件比較惡劣造成的，這一類型的測量裝置就被用在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件如軸、芯軸或軸頸上。在測量技術(shù)中，通常借助DMS來測量印在一個構(gòu)件里的有效作用力而造成的彈性形狀變化，其做法是測量應(yīng)變片電阻。與構(gòu)件相連的(一般為粘結(jié)的、夾緊的或焊接的)DMS的長度變化在構(gòu)件產(chǎn)生彈性形變時造成電阻變化，電阻變化大小是有效載荷和構(gòu)件彈性變形的尺度。與載荷成正比的電阻變化借助一個電橋電路來測量。
這種眾所周知的測量方法也被用于測量轉(zhuǎn)矩，其方法是將應(yīng)變片貼在有關(guān)構(gòu)件的表面上并通過與載荷成正比的電阻變化來檢測因剪切應(yīng)力而在與圓周方向成45°地產(chǎn)生的長度變化。彎曲力矩和軸向力可以類似地測量，應(yīng)變片定位和對應(yīng)的測量電橋連接是不同的。在構(gòu)件載荷和測得的DMS電阻變化之間的比例則借助一種在構(gòu)件幾何尺寸和構(gòu)件材料基礎(chǔ)上的變形計算來估算，或者可以借助標(biāo)定來求得，也就是通過施加一個規(guī)定的載荷并平衡該測量結(jié)果。作為變形計算，在構(gòu)件幾何形狀簡單的情況下，可用強(qiáng)度理論中的已知的公式，或在其它構(gòu)件幾何形狀的情況下，可用有限元方法算出。
通常用纜線將應(yīng)變片與旋轉(zhuǎn)電子裝置連接起來，它們布置在一個或多個環(huán)里，這些環(huán)保衛(wèi)DMS且同時保護(hù)它以免受環(huán)境影響。為了對測量系統(tǒng)提供足夠的機(jī)械保護(hù)，這些環(huán)由塑料、復(fù)合材料或金屬加工成實新的，在特殊使用情況下總是由鋼或鋁制成，其中至少裝有天線的環(huán)必須由非導(dǎo)電材料制成。承載在構(gòu)件上的環(huán)的首要任務(wù)就是包圍DMS并因此加以保護(hù)。此外，它裝有測量裝置的電子元件。然而，這些電子元件也可以根據(jù)結(jié)構(gòu)方面和運行方面的要求被裝入一個或多個附加的環(huán)里。這些環(huán)可以同心地設(shè)置在包圍DMS的第一環(huán)上，或者軸向偏置地直接裝在該構(gòu)件上。同樣一個測量電橋的DMS根據(jù)測量任務(wù)的不同也可以分布在多個環(huán)上。這個或這些環(huán)在構(gòu)件側(cè)有一個密封面作為阻止液體如潤滑劑或水侵入的防護(hù)層。在裝配時，該環(huán)被放在構(gòu)件周圍并被夾緊，從而使密封面壓到構(gòu)件表面上。通常在密封面和構(gòu)件之間采用密封材料，如粘稠的硬化硅樹膠或彈性體墊。為獲得足夠大的密封作用并阻止環(huán)在設(shè)備運行時滑動，形成了足夠大的密封面并在夾緊時在密封面和構(gòu)件之間建立一個相當(dāng)大的表面比壓。為了夾緊，該環(huán)一般一次或多次地被分成環(huán)段。這些環(huán)段相互夾緊，一般用螺釘擰緊，以建立起夾緊力。
業(yè)已表明，在過去所用的環(huán)中，由于被這個或這些包圍DMS的環(huán)和構(gòu)件夾緊住而存在傳力路線，由此導(dǎo)致構(gòu)件剛度的進(jìn)一步加強(qiáng)。這種剛度加強(qiáng)可以根據(jù)構(gòu)件幾何關(guān)系達(dá)到原始構(gòu)件剛度的100％以上。構(gòu)件彈性變形對應(yīng)于剛度加強(qiáng)在包圍環(huán)內(nèi)的變化，而且，所測的DMS電阻變化即測量結(jié)果由于這個或這些加上的環(huán)而失真。這些環(huán)的加強(qiáng)剛性的影響一般無法精確求得，這是因為所出現(xiàn)的傳力無法在這個或這些環(huán)上定量測得，所述傳力隨著每次裝配而發(fā)生變化，而且傳力由于接合間隙里的情況變化如由于密封材料的老化、材料蠕變、接觸腐蝕或由于安置過程而隨著時間而變化。
由所提出的問題和現(xiàn)有技術(shù)的缺點出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于改進(jìn)這一類型的測量裝置，從而測量結(jié)果不受測量裝置且尤其是不受保護(hù)環(huán)和支承環(huán)的影響。
為完成該任務(wù)，本發(fā)明建議這樣來設(shè)計保護(hù)環(huán)，即這個或這些環(huán)只是在一側(cè)支承在構(gòu)件上，或者這個或這些保護(hù)環(huán)被構(gòu)造相對構(gòu)件來說易變形。因而，在保護(hù)環(huán)上并沒有傳力路線或力矩傳遞，而是載荷完全且只由構(gòu)件來傳遞。
本發(fā)明的一個設(shè)計方案在于在環(huán)和構(gòu)件之間非對稱地構(gòu)成密封面，其中密封面的一邊被制造得寬一些，以便保證保護(hù)環(huán)可靠地安置在構(gòu)件上并同時借助一個窄的密封間隙來保證密封功能。保護(hù)環(huán)的另一面作成窄的連板，它只起支承作用，然而由于其外形尺寸小，因而不將載荷從構(gòu)件傳給環(huán)。
按照本發(fā)明的實施方式，在窄的連板后面，環(huán)的內(nèi)側(cè)面有一個較寬的密封面，它借助一種具有足夠密封厚度的密封材料保護(hù)這些應(yīng)變片防止液體流入，然后與構(gòu)件沒有直接接觸，而且，因此同樣就不能承受構(gòu)件載荷。由于這個/這些保護(hù)環(huán)是一側(cè)支承的，因而保證了構(gòu)件在使用DMS的位置上傳遞全部載荷并因而使測量結(jié)果不失真。
本發(fā)明的另一可選的解決方案在于將這個或這些包圍DMS的環(huán)通過結(jié)構(gòu)措施或有目的的材料選擇或通過完全或局部地集成裝入彈性體而被構(gòu)造成易變形，從而使它們對要檢測的載荷來說與構(gòu)件相比而有可忽略不計的構(gòu)件強(qiáng)度。為此，有利地使保護(hù)環(huán)的在一個位置上的橫斷面顯著地減弱，從而使兩個密封連板的半環(huán)相對易變形。另一可選的結(jié)構(gòu)解決方案則可以使環(huán)整個或者其中的一部分由易變形的彈性材料制成。在這兩種情況下，這些連板的結(jié)構(gòu)可以與在傳統(tǒng)系統(tǒng)中時一樣。比較理想地使保護(hù)環(huán)由一種易變形的但是彈性的材料如聚酰胺或鋁制成。本發(fā)明允許將由保護(hù)環(huán)傳遞的載荷分量降低到可忽略不計的程度并因此得到精確而可重復(fù)的測量結(jié)果。
在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)裝配保護(hù)環(huán)和系統(tǒng)支承環(huán)時，構(gòu)件所傳遞的傳力路線的影響會造成測試結(jié)果的明顯失真，而借助本發(fā)明的測量裝置，可以避免這種由原理決定的缺點。保護(hù)環(huán)的按照本發(fā)明的實施形式保證了，全都載荷通過構(gòu)件引導(dǎo)并因而與載荷成正比地檢測到在設(shè)置DMS處的作為測量系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)的材料應(yīng)變。這樣，如上所述的那樣，明顯改善了測量結(jié)果的測量精度和判斷能力。
概略附圖中表示了若干實施例并在以下對此加以說明。所示為

圖1表示帶保護(hù)環(huán)的本發(fā)明測量裝置，其中的圖1a-1c表示用于裝配在構(gòu)件上的非對稱密封連板；圖2表示帶保護(hù)環(huán)的本發(fā)明測量裝置，其中的圖2a-2h表示用于裝配在構(gòu)件上的非對稱密封連板和一個單獨的、同心設(shè)置的支承環(huán)；
圖3表示帶保護(hù)環(huán)的本發(fā)明測量裝置，其中的圖3a-3c表示縮小的、易變形的環(huán)橫斷面和傳統(tǒng)的密封連板。
圖1a-1c示出一保護(hù)環(huán)1，它被分成兩半以便夾緊在一未示出的驅(qū)動軸上。螺釘被用于安裝，這些螺釘被裝在為其而設(shè)的孔1a、1b、1c和1d中。這些螺釘施加了將兩個半環(huán)殼2a和2b夾緊到驅(qū)動軸上所需的力。在夾緊時，密封連板4a和4b的寬的密封面3a和窄的密封面3b緊貼軸的圓周面上。寬的密封連板4a足夠牢固地位于軸上，以防止保護(hù)環(huán)滑動。窄的密封連板4b將保護(hù)環(huán)支承在軸上，但并不造成傳力。環(huán)表面5(在窄連板4b旁邊靠內(nèi)的)通過支承而保持了至軸表面的一定距離。這樣形成的窄空腔在裝配時填滿密封材料。保護(hù)環(huán)還具有鏟出的環(huán)形溝槽6，在該溝槽里裝有旋轉(zhuǎn)電子裝置的發(fā)射天線或接收天線，一般為銅帶。為裝入天線，在環(huán)面上設(shè)有一道附加的凹槽7，在這里，來自旋轉(zhuǎn)電子裝置的天線電纜與天線相接。旋轉(zhuǎn)電子裝置在一個金屬外殼里受到保護(hù)，它被固定在環(huán)里面的為此而設(shè)的表面8上并與DMS電纜相連。
圖2a-2h舉例表示一雙環(huán)結(jié)構(gòu)，其中環(huán)9、10彼此同心布置。螺釘用于安裝，這些螺釘安裝在為其而設(shè)的內(nèi)環(huán)9孔11a-11d以及外環(huán)10孔12a-12d里。這些螺釘施加了在內(nèi)環(huán)9上用于將內(nèi)半環(huán)殼9a、9b夾緊在驅(qū)動軸上或?qū)⑼獍氕h(huán)殼10a、10b夾緊在內(nèi)環(huán)9上所需的力。在將內(nèi)環(huán)夾緊在軸上時，內(nèi)環(huán)9的密封連板14a、14b的寬的密封面13a和窄的密封面13b貼在軸的圓周面上。寬的密封連板14a足夠牢固地安置在軸上，以防止環(huán)9滑動。窄的密封連板14b將環(huán)支承在軸上，但并不造成傳力。環(huán)表面15(在連板之間靠內(nèi))通過支承而與軸表面保持一定的距離。這樣產(chǎn)生的窄空腔在裝配時填滿密封材料。
具有半環(huán)殼10a、10b的外環(huán)包含鏟出的環(huán)繞溝槽16，在該溝槽里裝有旋轉(zhuǎn)電子裝置的發(fā)射天線或接收天線，一般為銅帶。為裝入天線，環(huán)表面上設(shè)有一道附加的凹槽17，在該凹槽里，旋轉(zhuǎn)電子裝置的天線電纜被接在天線上。旋轉(zhuǎn)電子裝置在一個金屬外殼里受到保護(hù)并被固定在內(nèi)環(huán)外表面上的為此而設(shè)的表面18上并且與裝在凹槽17里的DMS電纜連接。另一種可選方案也可以把旋轉(zhuǎn)電子裝置固定在外環(huán)的內(nèi)側(cè)面上。環(huán)繞布置在內(nèi)環(huán)上的溝槽20用于鋪設(shè)電纜。內(nèi)環(huán)的外表面在兩側(cè)還有封閉連板21。外環(huán)具有與此配合的車削部分22。這樣，避免了這些環(huán)的不希望有的軸向相對移動。此外，在外環(huán)上設(shè)有一個防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23，它嵌入內(nèi)環(huán)上的凹槽24里。
圖3a-3c示出單個環(huán)，它被分成兩半以便夾在未示出的驅(qū)動軸上。螺釘用于安裝，這些螺釘裝在為其而設(shè)的孔1a、1b、1c和1d里。這些螺釘施加將兩個半環(huán)殼2a和2b夾緊在軸上所需的力。在夾緊時，密封連板4a和4b的兩個密封面3a和3b貼在軸的周面上。兩個密封連板4a、4b足夠牢固地裝在軸上，以防止環(huán)滑動。借助制出的溝槽25，保護(hù)環(huán)內(nèi)側(cè)面的強(qiáng)度被目的明確地削弱，從而在軸中心26的承載的環(huán)橫斷面小于軸橫斷面。環(huán)還具有鏟出的環(huán)繞溝槽6，在溝槽里裝有旋轉(zhuǎn)電子裝置的發(fā)送天線或接收天線，一般是銅帶。為裝入天線，在環(huán)表面上設(shè)有一道附加的凹槽7，在該凹槽里，旋轉(zhuǎn)電子裝置的天線電纜被接到天線上。旋轉(zhuǎn)電子裝置在一個金屬外殼里受到保護(hù)并被固定在環(huán)內(nèi)的為此而設(shè)的表面8上并與DMS電纜連接。
附圖標(biāo)記一覽表1保護(hù)環(huán)1a，1b，1c，1d 螺釘用孔2a，2b 半環(huán)殼3a 寬的密封面3b 窄的密封面4a 寬的密封連板4b 窄的密封連板5內(nèi)環(huán)面6鏟出的溝槽7天線用凹槽8用于旋轉(zhuǎn)電子裝置的表面9a，9b 內(nèi)環(huán)的半環(huán)殼10a，10b 外環(huán)的半環(huán)殼11a至11d 螺釘用孔12a至12d 螺釘用孔13a 寬的密封面13b 窄的密封面14a 寬的密封連板14b 窄的密封連板15 環(huán)表面16 鏟出的溝槽17 凹槽18 用于旋轉(zhuǎn)電子裝置的表面19 DMS用的凹槽20 用于鋪設(shè)電纜的環(huán)繞溝槽21 封閉連板22 車削部分23 防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)24 用于防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的凹槽25 削弱溝槽26 軸中心
權(quán)利要求
1.一種用于測量在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件如軸、芯軸或軸頸上的載荷且尤其是轉(zhuǎn)矩、彎矩和軸向力的裝置，通過該裝置并借助至少一個固定在構(gòu)件上的應(yīng)變片來測量且無接觸地掌握在載荷作用下產(chǎn)生的長度變化，其中，為了給應(yīng)變片無接觸地供電以及同樣也是無接觸地將測量值傳給一個分析處理單元而設(shè)置一個施轉(zhuǎn)電子裝置，它布置在一個或多個包圍應(yīng)變片的保護(hù)環(huán)(1)里，其特征在于，這個或這些保護(hù)環(huán)(1)在一側(cè)可以支承在該構(gòu)件上或所述保護(hù)環(huán)被構(gòu)造成相對該構(gòu)件易變形。
2.按權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，這個或這些應(yīng)變片由一個形狀穩(wěn)定的、從兩側(cè)使應(yīng)變片與該構(gòu)件隔開的保護(hù)環(huán)(1)包圍住，其中，該保護(hù)環(huán)的設(shè)置在該應(yīng)變片的兩側(cè)的密封連板(4a，4b)成不對稱形狀，從而使一片連板(4a)建立傳力路線并因而建立與該構(gòu)件的可靠連接，而另一連板(4b)則以最小的支承面(3b)將該保護(hù)環(huán)支承在該構(gòu)件上。
3.按權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，包圍這些應(yīng)變片的保護(hù)環(huán)通過逐點縮小環(huán)橫斷面(25)、通過有目的地選擇材料或通過全部或部分地集成裝入彈性體而被構(gòu)造成是易變形和彈性的，因而，該保護(hù)環(huán)(1)所承受的載荷相對構(gòu)件來說小到可忽略不計的程度。
4.按權(quán)利要求1、2或3所述的測量裝置，其特征在于，這個或這些保護(hù)環(huán)(1)密封地圍繞封閉應(yīng)變片。
5.按權(quán)利要求1-4之一或多項所述的測量裝置，其特征在于，該保護(hù)環(huán)(1)由兩個或多個環(huán)段組成，所述環(huán)段被設(shè)計成借助螺釘連接和/或鉸接而可繞一個構(gòu)件夾緊和松開。
6.按權(quán)利要求1-5之一或多項所述的測量裝置，其特征在于，多個保護(hù)環(huán)(9，10)彼此同心地或軸向并排地圍繞該構(gòu)件布置。
7.按權(quán)利要求1-6之一或多項所述的測量裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)電子裝置安置在該保護(hù)環(huán)內(nèi)以免受環(huán)境影響。
8.按權(quán)利要求1-7之一或多項所述的測量裝置，其特征在于，在該保護(hù)環(huán)的一個鏟出的環(huán)繞溝槽(6)里裝有該旋轉(zhuǎn)電子裝置的發(fā)射天線和接收天線，這些天線可以從這些溝槽(6)里被取出來，以便進(jìn)行拆卸，即打開保護(hù)環(huán)。
9.按權(quán)利要求1-8之一或多項所述的測量裝置，其特征在于，所述保護(hù)環(huán)的在一預(yù)定位置(5)上的橫斷面被顯著地并以這樣的方式被削弱，這兩個密封連板的半環(huán)容易相對變形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量載荷且尤其是在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的轉(zhuǎn)矩、彎矩和軸向力的測量裝置，該旋轉(zhuǎn)構(gòu)件例如是軸、芯軸或軸頸，通過該裝置并借助至少一個固定在該構(gòu)件上的電阻應(yīng)變片來測量并無接觸地掌握在載荷作用下產(chǎn)生的長度變化。為了保證對應(yīng)變片的無接觸供電以及使測量值同樣無接觸地被傳送給一個分析處理單元而設(shè)有一個旋轉(zhuǎn)電子裝置，它布置在一個或多個包圍這些應(yīng)變片的保護(hù)環(huán)(1)里。為提高測量裝置的測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和判斷能力，這個或這些保護(hù)環(huán)(1)在一側(cè)上可支承該構(gòu)件上或被構(gòu)造成相對該構(gòu)件來說易變形。
文檔編號G01L3/10GK1568422SQ02820228
公開日2005年1月19日 申請日期2002年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者J·麥克爾, M·費維格爾 申請人:Sms迪馬格股份公司, 艾西達(dá)－紐矩調(diào)控有限責(zé)任公司