淺析扭矩計(jì)量檢測(cè)裝置與檢測(cè)方法

周小江　邸翔

摘 要：本文首先闡述了扭矩計(jì)量檢測(cè)裝置，接著分析了扭矩檢測(cè)方法，最后對(duì)扭矩測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：扭矩計(jì)量;檢測(cè)裝置;檢測(cè)方法

引言

扭矩檢測(cè)裝置是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的。扭矩測(cè)量裝置能準(zhǔn)確地檢測(cè)出部件的扭矩值，確保裝置能被擰緊，使產(chǎn)品安全穩(wěn)定地運(yùn)行。扭矩檢測(cè)裝置在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中起著重要作用。通過(guò)科學(xué)合理的檢測(cè)裝置和方法，保證了扭矩檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1 扭矩計(jì)量檢測(cè)裝置

1.1 油封連續(xù)旋轉(zhuǎn)扭矩檢測(cè)裝置

傳統(tǒng)的油封連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩檢測(cè)裝置，借助剛性或彈性耦合，將扭矩傳感器與被測(cè)油封連接起來(lái)，在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)條件下檢測(cè)油封的扭矩。由于加工過(guò)程中不可避免的誤差，裝配時(shí)無(wú)法保證樣品軸與傳感器軸的同心度，連接方法可能會(huì)使扭矩傳感器受到彎曲力矩的干擾。扭矩傳感器作為一種元件，其靈敏度很高，不應(yīng)受到彎曲力矩的干擾，尤其是兩端的輸入和輸出軸。如果扭矩傳感器兩端的輸入和輸出軸受到彎曲力矩的干擾，扭矩傳感器的輸出值將受到影響并偏離真實(shí)值。

1.2 高阻尼橡膠傳動(dòng)組件扭矩檢測(cè)裝置

高阻尼橡膠傳動(dòng)元件扭矩檢測(cè)裝置，主要產(chǎn)品為橡膠吸盤(pán)，工作臺(tái)上方設(shè)有夾具，起到限制橡膠吸盤(pán)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。橡膠吸盤(pán)內(nèi)環(huán)與扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，起到使橡膠吸盤(pán)相內(nèi)環(huán)的作用。對(duì)于外環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不僅裝有扭矩傳感器，而且輸入端與動(dòng)力裝置相連。報(bào)警燈和操作臺(tái)通過(guò)信號(hào)形式與扭矩傳感器相連。

1.3 大規(guī)格矩形截面扭簧檢測(cè)裝置

矩形扭轉(zhuǎn)彈簧是一種截面為矩形的扭轉(zhuǎn)彈簧。其外徑大于100mm，截面大于8mm×6.4mm。在這種情況下，扭轉(zhuǎn)彈簧是頂出裝置的核心部件，對(duì)實(shí)現(xiàn)頂出功能起到了作用。為了保證扭轉(zhuǎn)彈簧的正常性能，必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)扭轉(zhuǎn)彈簧進(jìn)行檢測(cè)和設(shè)置。扭簧的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)扭簧的結(jié)構(gòu)有很大的不同。其突出特點(diǎn)是無(wú)外梁墻，規(guī)格大，在試驗(yàn)和安裝過(guò)程中需要較大的扭轉(zhuǎn)角。其最大扭轉(zhuǎn)角可達(dá)162°，在安裝加工過(guò)程中最大扭轉(zhuǎn)角可達(dá)195°，可直接用作檢測(cè)設(shè)備。

2 扭矩檢測(cè)方法

2.1 扭矩傳感器檢測(cè)方法

傳統(tǒng)的扭矩傳感器檢測(cè)方法主要有：1）將扭矩傳感器連接在被測(cè)對(duì)象和驅(qū)動(dòng)裝置之間;2）在測(cè)試前將應(yīng)變計(jì)連接到被測(cè)對(duì)象的相關(guān)部件上。第一種檢測(cè)方法一般適用于連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這種方法的缺點(diǎn)是需要更高的安裝要求。對(duì)于一些小的工件，扭矩傳感器的安裝會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，而且更難夾緊。另外，測(cè)試結(jié)果也可能受到傳感器本身負(fù)載效應(yīng)的影響;第二種方法對(duì)被測(cè)物體表面提出了很高的要求，不適用于連續(xù)旋轉(zhuǎn)物體的測(cè)量。對(duì)于一些檢測(cè)要求較低的對(duì)象，通?？梢允褂梅桥ぞ貍鞲衅鳈z測(cè)。該方法非常適用于實(shí)時(shí)疲勞試驗(yàn)中扭矩變化的監(jiān)測(cè)。

2.2 重載復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)方法

在重載復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，需要機(jī)器人臂的精確定位和大負(fù)載驅(qū)動(dòng)。利用伺服電機(jī)的高精度和液壓系統(tǒng)的大負(fù)載能力，在充分發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，利用液壓電機(jī)對(duì)平衡臂的負(fù)載進(jìn)行扭矩跟蹤。在關(guān)節(jié)位置跟蹤伺服電機(jī)，保證關(guān)節(jié)臂同步跟蹤伺服電機(jī)，達(dá)到最終目標(biāo)。同時(shí)，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)式機(jī)械手的伺服電機(jī)的定位功能和承載功能應(yīng)部分分離，并在液壓系統(tǒng)的輔助下實(shí)現(xiàn)復(fù)合伺服驅(qū)動(dòng)，操作手的承載能力可以大大提高，以確保在重載條件下，鉸接臂能夠保持較高的定位精度。

2.3 聯(lián)合收獲機(jī)脫粒滾筒扭矩檢測(cè)方法

脫粒滾筒扭矩的測(cè)量主要有兩種方法，即扭矩傳感器和皮帶張緊度。研究表明，在滾筒軸上安裝應(yīng)變片可以測(cè)量滾筒的扭矩?？紤]到滾筒軸剛度大，扭矩傳感器可以在不發(fā)生明顯變形的情況下使用，但存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝不方便的缺點(diǎn)。對(duì)于皮帶張力，滾筒負(fù)荷的變化可以通過(guò)皮帶張力敏感地反映出來(lái)，滾筒負(fù)荷與滾筒扭矩成正比。

3 扭矩測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法

3.1 硬連接、軟連接的測(cè)試

根據(jù)不同的連接特點(diǎn)，螺栓連接可分為軟連接和硬連接。在硬連接方式下，扭矩與旋轉(zhuǎn)角的二維關(guān)系中的斜率較大。也就是說(shuō)，硬連接達(dá)到相同扭矩所需的時(shí)間更少。相反，在軟連接模式下，坡度相對(duì)較小。這意味著當(dāng)進(jìn)行螺栓連接時(shí)，需要額外旋轉(zhuǎn)以達(dá)到設(shè)定扭矩值。

3.2 氣動(dòng)扭矩扳子的連接方式

（1）連接方式分析。用扭矩儀測(cè)量氣動(dòng)扭矩扳手時(shí)，為了避免氣動(dòng)扭矩扳手沖擊脈沖造成的誤差，一般不考慮直接連接兩個(gè)裝置，而是在它們之間安裝一個(gè)傳動(dòng)裝置，即螺栓連接模擬器。其功能是接收氣動(dòng)扭矩扳手產(chǎn)生的脈沖，起到緩沖和消解作用，保證另一端靜扭矩測(cè)試儀正常工作，減少測(cè)量過(guò)程中可能產(chǎn)生的誤差影響。

（2）試驗(yàn)過(guò)程研究。螺栓模擬連接器的功能是自動(dòng)檢測(cè)輸出扭矩，并將測(cè)試結(jié)果與系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。如果實(shí)際輸出扭矩達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，將產(chǎn)生一個(gè)脈沖以完全分離氣動(dòng)馬達(dá)。在這個(gè)過(guò)程中，與氣動(dòng)馬達(dá)連接的緊固件也會(huì)受到一定的沖擊力。由于緊固件是彈性的，它也會(huì)產(chǎn)生與沖擊力相反的反彈力。反彈力的存在可以平衡扭矩值，使螺栓連接模擬器能夠測(cè)量出氣動(dòng)扭矩扳手的最大扭矩。

（3）使用氣動(dòng)扭矩扳手時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的離心力作用于轉(zhuǎn)子周?chē)膹椥詨|圈。其中一部分離心力使彈性墊圈變形，達(dá)到吸收效果，另一部分離心力轉(zhuǎn)化為沖擊力，沖擊力傳遞到與彈性墊圈連接的金屬?gòu)椈善?。金屬?gòu)椈善艹惺苡邢薜臎_擊力，當(dāng)扭矩產(chǎn)生的沖擊力小于彈簧片能承受的最大力矩時(shí)，氣動(dòng)馬達(dá)固定在螺紋緊固件上;反之，如果扭矩產(chǎn)生的沖擊力小于彈簧片能承受的力矩最大值，轉(zhuǎn)子會(huì)打滑，靜止不動(dòng)。氣動(dòng)扳手的最大扭矩由扭矩扳手測(cè)量。

結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)扭矩檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法進(jìn)行了分析，使人們能夠了解扭矩檢測(cè)裝置和扭矩檢測(cè)的重要性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，扭矩檢測(cè)裝置的種類(lèi)和檢測(cè)方法越來(lái)越多。為了提高產(chǎn)品的準(zhǔn)確度，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，未來(lái)將有較好的發(fā)展前景。

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