專利名稱：扭矩測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于測定在電動機、減速器等轉(zhuǎn)動驅(qū)動機的輸出軸產(chǎn)生的驅(qū)動扭矩等的扭矩測量儀。
背景技術：
這種扭矩測量儀用于測定以轉(zhuǎn)動軸或靜止軸等軸為中心的力矩。
通常，扭矩的檢測采用檢測因扭矩而產(chǎn)生的軸的扭力或因扭矩而變形的軸的扭轉(zhuǎn)角度的方法。作為檢測扭力的手段，公知的是采用按照受力比例產(chǎn)生電荷的壓電元件的方法，可以將扭矩作為力檢測。另外，磁致伸縮元件為采用一旦受力磁特性就變化的原材料的元件，將扭矩作為力檢測。另一方面，眾所周知，扭轉(zhuǎn)角度檢測手段可以是采用應變計方式、轉(zhuǎn)動脈沖位相差方式，將軸的微小扭轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成微小位移而檢測。
專利文獻1公開了一種扭矩測量儀，其具有在設于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機的法蘭和轉(zhuǎn)動驅(qū)動結(jié)構體之間所安裝的、中心部具有貫通轉(zhuǎn)動驅(qū)動機輸出軸的中心貫通孔的板狀彈性體，并具有在扭矩傳送部位被切孔的多個圓形孔，該扭矩傳送部位連結(jié)設置在中心貫通孔周圍、具有與法蘭連接的連接機構的法蘭固定部和設置在法蘭固定部外側(cè)、具有與轉(zhuǎn)動驅(qū)動結(jié)構體固定基體連接的連接機構的基體固定部，在該圓形孔內(nèi)面，粘接有應變計，測定由作用于扭矩傳送部位的扭矩產(chǎn)生的應變，檢測輸出軸產(chǎn)生的驅(qū)動扭矩。
然而，如專利文獻1的扭矩測量儀中，多會在轉(zhuǎn)動軸、靜止軸上，同時施加除上述力矩之外的軸向負荷(軸方向負荷)、徑向負荷(半徑方向負荷)、彎曲負荷、離心負荷等負荷。
因此，為了避免扭矩以外的力的影響，有必要想辦法使上述扭力或扭轉(zhuǎn)角度不受到這些負荷影響。
為了免受扭矩之外的力的影響，專利文獻2提出了這樣一種方案，在扭矩檢測時安裝多個采用差動傳感器結(jié)構的傳感器，對于扭矩，使各傳感器相加而輸出變大，而對于扭矩以外的變化，使各傳感器相抵而輸出變小。
但是，專利文獻2盡管可以根據(jù)運行結(jié)構將扭矩之外的影響減小，但為了使其影響足夠小，須除去因傳感器之間的失衡、結(jié)構上的失衡等影響，存在制造困難這樣的問題。
專利文獻1特開2003-83824號公報專利文獻2特開昭53-106181號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種扭矩測量儀，通過不受上述各種負荷的影響地只檢測扭矩，可理想地使扭矩之外的影響為零，從而進行高精度的扭矩測定。
為了解決上述技術問題，按照本發(fā)明第一個方案的扭矩測量儀，包含配置于動力傳送路徑中的、受到應測定扭矩的作用而變形的彈性部件；基于上述彈性部件的變形、檢測扭矩的扭矩檢測裝置，其特征在于，所述扭矩測量儀包括承受施加于上述彈性部件上的扭矩的扭矩部件；與上述扭矩部件相分離而設的、用于支持上述彈性部件負荷的負荷部件。
按照本發(fā)明第二個方案的扭矩測量儀，如按照本發(fā)明第一個方案的扭矩測量儀，其特征在于，上述彈性部件包括輸入部、輸出部、配置于上述輸入部和上述輸出部之間的變形部，上述扭矩部件和上述負荷部件形成于上述變形部。
按照本發(fā)明第三個方案的扭矩測量儀，如按照本發(fā)明第一或第二個方案的扭矩測量儀，其特征在于，上述彈性部件為法蘭型部件，上述扭矩部件及負荷部件為形成于上述彈性部件上的薄壁部，上述扭矩部件薄壁部的面方向配置成與扭矩方向平行，上述負荷部件薄壁部的厚度方向配置成與扭矩方向平行。
按照本發(fā)明第四個方案的扭矩測量儀，如按照本發(fā)明第一或第二個方案的扭矩測量儀，其特征在于，上述彈性部件為扭力桿型部件，上述扭矩部件為小徑軸部，上述負荷部件形成于上述小徑軸部的輻射方向，為面方向配置于扭轉(zhuǎn)力矩的方向的薄壁部。
按本發(fā)明第五個方案的扭矩測量儀，如按照本發(fā)明第一或第二個方案的扭矩測量儀，其特征在于，上述彈性部件為圓筒型部件，上述扭矩部件為配置于圓弧方向的薄壁部，上述負荷部件為配置于輻射方向的薄壁部。
按照本發(fā)明第六個方案的扭矩測量儀，如按照本發(fā)明第一至第五個方案中的任一個的扭矩測量儀，其特征在于，上述扭矩檢測裝置安裝于上述扭矩部件和/或上述負荷部件上。
按照本發(fā)明第七個方案的扭矩測量儀，如按照本發(fā)明第一至第六個方案中的任一個的扭矩測量儀，其特征在于，上述扭矩檢測裝置采用2種以上的裝置。
如以上所說明的那樣，本發(fā)明得到如下效果。
(1)因為分成扭矩部件和負荷部件，扭矩之外的負荷可主要由負荷部件支持，對扭矩的影響變小。因此，對同樣扭矩感度的扭矩檢測裝置，可增大耐負荷性。
(2)扭矩檢測裝置既可以安裝在扭矩部件上，又可以安裝在扭矩部件之外的部分，所以安裝位置的自由度增加，可以形成易于制作的結(jié)構。另外，扭矩檢測裝置如果安裝在扭矩部件之外的部分，用于減少調(diào)節(jié)時扭矩部件之間的偏移的補償加工變得容易，可以減少失衡。而且，扭矩檢測裝置通過安裝于扭矩部件和負荷部件兩者之上，可以將后者的信號作為扭矩的修正信號，使精度提高。
(3)扭矩檢測裝置可以采用2種以上，通過使用多種扭矩檢測裝置，不但可以根據(jù)目的而進行切換著使用，還可以通過對多種扭矩檢測裝置信號進行混合計算，使溫度等修正更精確進行。


圖1A-1C是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例1的圖。
圖2A和2B是表示實施例1中扭矩測量儀受到扭矩部件和負荷部件的負荷的方向的圖。
圖3A-3C是表示實施例1扭矩測量儀的扭矩部件的變形方向的圖。
圖4A-4C是表示實施例1扭矩測量儀的負荷部件的變形方向的圖。
圖5A-5D是表示將實施例1扭矩測量儀的扭矩部件和負荷部件模型化，用于說明扭矩和負荷的作用方式的圖。
圖6是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例2的圖。
圖7是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例3的圖。
圖8是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例4的圖。
圖9A-9C是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例5的圖。
圖10A和10B是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例6的圖。
圖11A和11B是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例7的圖。
圖12A和12B是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例8的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的免受各種負荷影響、高精度地只檢測扭矩的目的是通過分離扭矩部件和負荷部件而實現(xiàn)的。
下面，參照附圖等對本發(fā)明實施例進行更詳細地說明。
實施例1圖1A-1C是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例1的圖。
實施例1的扭矩測量儀1，包含配置于動力傳送路徑中的、受到應測定扭矩的作用而變形的彈性部件10；基于上述彈性部件10的變形、檢測扭矩的扭矩檢測裝置20。
彈性部件10配置于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機(未圖示)的本體部及該轉(zhuǎn)動驅(qū)動機的固定部之間。該彈性部件10由鋁等金屬制成，具有規(guī)定的壁厚，為其上下面互相平行的法蘭型部件。
該彈性部件10具有固定于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機本體部側(cè)的第1固定部(輸入部)11、固定于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機固定部側(cè)的第2固定部(輸出部)12、配置于第1固定部11和第2固定部12之間的變形部13。
變形部13形成有多個(這里為8個)孔部14，各孔部14之間連接部分，每隔一個，形成扭矩部件15和負荷部件16。
扭矩部件15為承受施加于彈性部件10上的扭矩的部分，如圖1B所示，為面方向配置成與彈性部件10的扭矩方向平行的薄壁部。
負荷部件16被設成與扭矩部件15相分離，為支持彈性部件10的負荷的部分，為厚度方向配置成與彈性部件10的扭矩方向平行的薄壁部。
在實施例1中，扭矩檢測裝置20將應變計粘貼在扭矩部件15上，采用已知的差動傳感器結(jié)構而檢測扭矩。
另外，扭矩檢測裝置20中，盡管應變計等安裝于例如扭矩部件15上，但安裝在除此之外的其他部分也可以，僅粘貼在扭矩部件15的一部分上也可以。
圖2A和2B是表示實施例1中扭矩測量儀受到扭矩部件和負荷部件的負荷的方向的圖。圖3A-3C是表示實施例1的扭矩測量儀扭矩部件的變形方向的圖。圖4A-4C是表示實施例1的扭矩測量儀負荷部件的變形方向的圖。
如圖2A所示，扭矩部件15中，扭矩T和徑向負荷Ra作用于面方向，軸向負荷S和力矩M作用于厚度方向，所以，因扭矩T的變形成為圖3A所示的狀態(tài)，因軸向負荷S和力矩M的變形成為圖3B所示的狀態(tài)，因徑向負荷Ra的變形成為圖3C所示的狀態(tài)。
負荷部件16如圖2B所示，由于扭矩T作用于厚度方向，徑向負荷Ra、軸向負荷S、力矩M作用于面方向，所以，因扭矩T的變形成為圖4A所示的狀態(tài)，因軸向負荷S和力矩M的變形成為圖4B所示的狀態(tài)，因徑向負荷Ra的變形成為圖4C所示的狀態(tài)。
圖5A-5D表示將實施例1扭矩測量儀扭矩部件和負荷部件模型化，用于說明扭矩和負荷作用方式的圖。
在將扭矩部件15、負荷部件16以相同橫截面積做成相同縱橫比的長方體(例如縱橫比為1∶5)時，扭矩部件15和負荷部件16的差別被認為是各自所受到的力的方向不同。而就徑向來說，因為扭矩部件15和負荷部件16相同，故這里無需考慮。
如果將該長方體(圖5A)看作兩端固定的梁，則相對于負荷(R)的撓曲δ由下式(1)表示。
δ＝(L3/12E)·(1/I)·R ...(1)下面計算扭矩部件15和負荷部件16的負荷分擔比。
在同時存在扭矩部件15和負荷部件16時，承擔負荷時的撓曲相同，此時分擔負荷如果記為R1、R2的話，下式(2)成立。
(L3/12E)·(1/I1)·R1＝(L3/12E)·(1/I2)·R2...(2)
E、L如果相同的話，則由下式(3)表示。
(I2/I1)＝(R2/R1) ...(3)其中，如圖5D所示，因為看作是縱橫比為1比5的長方體，截面2次力矩由I＝(1/12)bh3表示，故I1＝(1/12)h·(5h)3＝(1/12)·125h4...(4)I2＝(1/12)5h·(h)3＝(1/12)·5h4...(5)(R2/R1)＝(I2/I1)＝(1/25)...(6)上例中，扭矩部件15將對應扭矩的負荷成為負荷部件16的25倍分擔。因此，產(chǎn)生內(nèi)部應力，可以高感度的測定扭曲度。
另一方面，就軸向負荷、力矩而言，與扭矩的情況相反，扭矩部件15分擔負荷部件16的1/25(截面2次力矩的比)負荷。
如上所述，實施例1的扭矩測量儀1通過將扭矩部件15和負荷部件16的橫截面形狀與負荷方向適當?shù)匚呛?，因為可以有意識地選擇所受的力，所以，可以在適當?shù)卮_定扭矩部件15的基礎上，按照所要求的其他的負荷載荷能力而適當?shù)嘏渲秘摵刹考?br> 因此，除扭矩之外的負荷，可以主要由負荷部件16支持，對扭矩的影響減小。因此，對相同扭矩感度的扭矩檢測裝置20，可以增大耐負荷性。
總之，扭矩測量儀1在促動傳感器結(jié)構的基礎上，還結(jié)構上分離出作為承受扭矩的部件的扭矩部件15以及除其之外的例如作為承受負荷的部件的負荷部件16，使負荷與扭矩分別地被支持，所以，可以使對這些扭矩的影響更進一步地減少。
另外，通過扭矩部件15和負荷部件16相分離的方式，可以減少負荷的影響，而扭轉(zhuǎn)量不變(對扭矩的感度不變)，可以只增強負荷的剛性。
實施例2圖6是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例2的圖。
在下面所示的各實施例中，與上述實施例1起相同作用的部分采用同一附圖標記或末尾加上統(tǒng)一的符號，適當省略重復的說明及附圖。
在實施例2的扭矩測量儀1B中，變形部13B形成有8個槽部14B，各槽部14B之間的連接部分，每隔一個，形成扭矩部件15和負荷部件16。
根據(jù)實施例2，萬一扭矩部件15、負荷部件16破損，槽結(jié)構部14B成為導槽，可以實現(xiàn)減少危險、損害的效果。另外，通過改變實施例1的孔部14和實施例2的槽部14B的結(jié)構，可以改變加工方法，可以對它們作出適當?shù)倪x擇。
實施例3圖7是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例3的圖。
實施例3的扭矩測量儀1C中，變形部13C形成有4個槽部14C，各槽部14C之間的連接部分，隔著一個扭矩部件15C配置有兩個負荷部件16C、16C。
這樣，扭矩部件和負荷部件的數(shù)量可以不同。即，根據(jù)實施例3，可以根據(jù)除扭矩之外的負荷加重的大小，選擇負荷部件的數(shù)量。
實施例4圖8是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例4的圖。
實施例4的扭矩測量儀1D中，變形部13D形成有8個槽部14D，各槽部14D之間的連接部分，每隔一個，形成扭矩部件15D和負荷部件16D。
在該實施例4中，進一步，在扭矩部件15D和負荷部件16D中，可以設有不同種類的扭矩檢測裝置21、22。
例如，扭矩檢測裝置21采用應變計，扭矩檢測裝置22采用應答性良好的靜電電容式傳感器等，根據(jù)用途，可以采用任何一種傳感器的信號。即，在需要應答性、而不太需要穩(wěn)定性(噪音、溫度特性)的場合，相反，基本無需應答性、而需要穩(wěn)定性的場合等等，根據(jù)使用用途，可以適宜地選擇扭矩檢測裝置。
實施例4中，扭矩檢測裝置21、22通過安裝在扭矩部件15D和負荷部件16D兩者之上的方式，可以將后者的信號作為扭矩修正信號，可使精度提高。
實施例5圖9A-9C是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例5的圖。
實施例5的扭矩測量儀3，包含配置于動力傳送路徑中的、受到應測定扭矩的作用而變形的法蘭型彈性部件30。
彈性部件30由鋁等金屬制成，具有規(guī)定的壁厚，為其上下面互相平行的車輪狀部件。
該彈性部件30具有固定于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機本體部側(cè)的第1固定部(輸入部)31、固定于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機固定部側(cè)的第2固定部(輸出部)32、配置于第1固定部31和第2固定部32之間的變形部33。
實施例5中，變形部33中，每隔一個，呈輻條狀交互配置有扭矩部件35和負荷部件36。
如圖9B所示，扭矩部件35為面方向配置成與彈性部件30的扭矩方向平行的薄壁部。如圖9C所示，負荷部件36為厚度方向配置成與扭矩方向平行的薄壁部。扭矩檢測裝置40為粘帖在扭矩部件35上的應變計。
實施例6圖10A和10B是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例6的圖。
實施例6的扭矩測量儀3B中，法蘭型彈性部件30B的變形部33B，在采用扭矩部件35B和負荷部件36B將第1固定部31和第2固定部32連接這一點上，與實施例5相類似。
但是，如圖10B所示，扭矩部件35B為在第1固定部31的切線方向上配置成3根的薄壁部分。負荷部件36B為在第1固定部31的輻射方向上配置成3根的薄壁部分。扭矩檢測裝置40為粘貼在扭矩部件35B上的應變計。
實施例7圖11A和11B是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例7的圖。
實施例7的扭矩測量儀5，包含配置于動力傳送路徑中的、受到應測定扭矩的作用而變形的扭力桿型彈性部件50。
彈性部件50由鋁等金屬制成，為具有規(guī)定的直徑的軸部件。如圖11A所示，該彈性部件50具有第1固定部(輸入軸)51、第2固定部(輸出軸)52、配置于第1固定軸31和第2固定軸32之間的變形部53。
實施例7中，如圖11B所示，變形部53形成4個切削部54。扭矩部件55為小徑的軸部分。負荷部件56配置于扭矩部件55的輻射方向，為厚度方向配置成與扭矩方向平行的薄壁部。
扭矩檢測裝置60為采用非接觸傳感器63、64檢測設置于彈性部件50的輸入側(cè)和輸出側(cè)的編碼盤61、62的裝置。
實施例8圖12A和12B是表示本發(fā)明的扭矩測量儀實施例8的圖。
實施例8的扭矩測量儀7，包含配置于動力傳送路徑中的、受到應測定扭矩的作用而變形的圓筒型型彈性部件70。
如圖12A所示，該彈性部件70具有圓盤狀第1固定部(輸入軸)71、圓盤狀第2固定部(輸出軸)72、配置于第1固定軸71和第2固定軸72之間的變形部73。
實施例8的變形部73中，如圖12B所示，扭矩部件75是作為圓筒的一部分的4個薄壁部分。負荷部件76為配置于輻射方向的薄壁部分。
扭矩檢測裝置80為粘貼在扭矩部件75上的應變計。
從實施例5到實施例8根據(jù)其結(jié)構的不同其制作、加工方法也發(fā)生變化，故基于費用等考慮可適當作出選擇。例如，實施例7因為結(jié)構上，軸外徑可以減小，可減小慣性力矩，所以，在想減小慣性力矩的影響時使用。
變形例本發(fā)明并未限于上述說明的實施例中，還可以對其作出各種變形或改變，這些同樣也涵蓋于本發(fā)明范圍中。
(1)扭矩部件和負荷部件的數(shù)量可以相同，但也可數(shù)量不同。
(2)扭矩部件和負荷部件盡管可以連接，但也可以不連接。另外，扭矩部件和負荷部件還可以不成對。
(3)扭矩檢測裝置可以具有多個，也可以具有多個多種。
另外，具有負荷傳感器，將其作為修正信號使用也可以。
權利要求
1.一種扭矩測量儀，其包含配置于動力傳送路徑中的、受到應測定扭矩的作用而變形的彈性部件；基于所述彈性部件的變形、檢測扭矩的扭矩檢測裝置，其特征在于，所述扭矩測量儀包括承受施加于所述彈性部件上的扭矩的扭矩部件；以及與所述扭矩部件相分離而設的、用于支持所述彈性部件負荷的負荷部件。
2.如權利要求1所述的扭矩測量儀，其特征在于，所述彈性部件包括輸入部、輸出部、配置于所述輸入部和所述輸出部之間的變形部，所述扭矩部件和所述負荷部件形成于所述變形部。
3.如權利要求1或2所述的扭矩測量儀，其特征在于，所述彈性部件為法蘭型部件，所述扭矩部件及負荷部件為形成于所述彈性部件上的薄壁部，所述扭矩部件薄壁部的面方向配置成與扭矩方向平行，所述負荷部件薄壁部的厚度方向配置成與扭矩方向平行。
4.如權利要求1或2所述的扭矩測量儀，其特征在于，所述彈性部件為扭力桿型部件，所述扭矩部件為小徑軸部，所述負荷部件形成于所述小徑軸部的輻射方向，為面方向配置于扭轉(zhuǎn)力矩的方向的薄壁部。
5.如權利要求1或2所述的扭矩測量儀，其特征在于，所述彈性部件為圓筒型部件，所述扭矩部件為配置于圓弧方向的薄壁部，所述負荷部件為配置于輻射方向的薄壁部。
6.如權利要求1至5中任一項所述的扭矩測量儀，其特征在于，所述扭矩檢測裝置安裝于所述扭矩部件和/或所述負荷部件上。
7.如權利要求1至6中任一項所述的扭矩測量儀，其特征在于，所述扭矩檢測裝置采用2種以上的裝置。
全文摘要
采用免受各種負荷影響而只檢測扭矩的方式可進行精度高的扭矩測定。本發(fā)明的扭矩測量儀包含配置于動力傳送路徑中的、受到應測定扭矩的作用而變形的彈性部件(10)；基于上述彈性部件(10)的變形、檢測扭矩的扭矩檢測裝置(20)，該彈性部件(10)具有固定于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機本體部側(cè)的第1固定部(輸入部)(11)、固定于轉(zhuǎn)動驅(qū)動機固定部側(cè)的第2固定部(輸出部)(12)、配置于第1固定部(11)和第2固定部(12)之間的變形部(13)，變形部(13)形成有8個孔部(14)，各孔部(14)之間的連接部分，每隔一個，形成承受施加于彈性部件(10)上的扭矩的扭矩部件(15)、和與上述扭矩部件(15)相分離而設的、用于支持彈性部件(10)負荷的負荷部件(16)。
文檔編號H04M19/00GK1914493SQ200480041249
公開日2007年2月14日 申請日期2004年2月4日 優(yōu)先權日2004年2月3日
發(fā)明者高村昭生, 大塚謙一, 宮田徹 申請人:株式會社小野測器