CN100347531C - 采用容易应用的夹具装置(表面声波)测量扭转形变量 - Google Patents

Abstract

一种用于测量主体的扭转形变量的装置，包括：分别具有中央部分和从中央部分下垂的两个腿部的第一和第二夹具部分，每个腿部具有与其自由端相邻的用于接合设置在主体(16)上的相应的突出部或凹槽(14)，以将夹具部分安装到与其旋转紧固的主体上的凹槽或突出部。桥互连所述夹具部分。所述桥比夹具部分的刚硬性较小，因此由主体的扭转形变造成的夹具部分的相对旋转位移将致使桥的成比例偏转。装置，例如表面声波装置(15)，设置用于测量表示所述桥的偏转产生的扭转形变的所述桥的偏转量。同样(20)用于所有中空主体的内部。

Description

采用容易应用的夹具装置(表面声波)测量扭转形变量

技术领域

本发明涉及测量扭转形变量，并且在优选实施方式中提供一种用于测量处在作用扭矩中的主体中的形变量的方法和装置。所测得的扭转形变量以公知的方式可被用以确定主体所受到的扭矩的大小。

背景技术

多年来已公知通过将一个或多个应变仪应用到主体表面上并询问应变仪的输出以提供扭矩指示，而测量主体(例如轴)所受到的扭矩。近年来，通过引入基于扭矩测量装置(参见例如EP-A-0518900)的表面声波(“SAW”)，扭矩测量技术已得到明显的改善。这种装置具有许多公认的优点，包括高灵敏度和不需要硬连线连接至SAW装置上地提供扭矩测量的能力。

直至现在，用于安装扭矩测量装置的常规技术已包括：制备要进行扭转形变量测量的主体表面和将扭矩测量装置紧固到已制备出的表面上。所述制备包括清洗工艺，在其后，扭矩测量装置采用结合技术例如粘结剂粘结或焊接被固定到经过清洗的表面上。然而，许多扭矩测量装置需要在其上进行安装的平面，并且因此，所述制备可包括例如通过在将扭矩测量装置固定到已制备出的平面上之前，在要进行扭转形变量测量的主体上进行机加工，从而设置一个平面的步骤。由于所涉及的时间和成本，并且由于它们限制了改进现有轴上的扭矩测量装置的可能性，因此这些技术被公认是不利的。此外，该扭矩测量装置的安装既需要熟练工人，又需要限定好的生产条件，并且因此难于在现场条件下进行实施。结果是，通常有必要在要测量扭转形变量的主体被安装到其最终使用位置之前将扭矩测量装置应用于工厂环境中。结果是，该扭矩测量装置在安装扭矩测量装置和最终定位要进行扭转形变量测量的主体之间的一段时间内容易受到意外毁坏。最后，现有技术需要将扭矩测量装置永久地安装到要进行扭转形变量测量的主体上。结果是，若扭矩测量装置失效，在进行安装更换设备之前，在拆除故障设备方面需要进行大量附加工作。

因此，存在对于用于测量主体的扭转形变量的方法和设备的需求，所述方法和设备可容易地应用于主体而不需要进一步制备所述主体。还存在对可在现场以及工厂条件下应用的且可为熟练、半熟练或不熟练的工人使用的装置的需求。还存在对即使在发生故障时也易于拆除和更换的装置的需求。

发明内容

根据本发明的第一方面，用于测量主体的扭转形变量的装置包括：分别具有中央部分和从中央部分下垂的两个腿部的第一和第二夹具部分，每个腿部具有与其自由端相邻的用于接合在主体上或主体中的相应的突出部或凹槽，以将夹具部分安装到与其旋转紧固的主体上；互连所述第一、第二夹具部分的桥，所述桥比夹具部分的刚硬性较小，因此由主体的扭转形变造成的夹具部分的相对旋转位移将致使桥的成比例偏转；和用于测量所述桥的偏转量的测量装置。

本发明的优选实施例利用夹具部分，使用脊-凹槽安装技术，所述夹具部分可被与要进行扭转形变量测量的主体一起旋转地紧固。所述夹具部分通过桥部分相互连接。所述桥部分的刚硬性比所述夹具部分的刚硬性小，结果是当所述主体进行扭转变形时，并且因此夹具部分相互间围绕应用扭力的轴线进行转动，由此所述桥会产生相应的成比例偏转。所述桥的偏转的准确模式是复杂的，但是主要是扭转，该扭转是通过对作用在与纵向轴线呈±45°的所述桥的中心处的最大剪应变的拉伸和压缩直接应变分量进行检测而测量出的。

在本发明的优选实施例中，用于测量所述桥的偏转量的装置被安装在所述桥自身上，并且例如可包括SAW装置。若使用SAW装置，那么适当的激励和分析仪器可放置在附近，但不与SAW装置相连接。由于测量装置不需要硬连线且因此可简单地被夹到适当的用于使用位置处，因此这种布置是特别理想的。若装置出现故障，或者需要进行不同范围的扭矩测量，那么可简单地通过松开而将所述装置拆除，并更换另一个可选装置。

为了便于迅速应用和拆卸，所述夹具优选是弹性可变形的，使得它们能够与所述主体卡接和脱离。

本发明的一个特定的简单实施例可由金属制成整体结构。所述结构可使用适当的技术而形成，例如通过形成经过冲压的或机加工的坯件并将其弯曲成所需形状，或通过熔模铸造，或通过由实体机加工而成。

在优选的特定布置中，每个所述脊都具有大体上呈V形的横截面，并由通过弯曲的脊连接的基本上平的侧面形成。所述弯曲的脊合适地为与所述平的侧面合成一个整体的圆柱表面的一部分。所述凹槽也优选具有呈V形的横截面并具有平的侧面，所述平的侧面或是在一条线处交会，或是由具有比脊的半径更小的半径的弯曲表面连接。所述脊所包含的角度优选小于所述凹槽的角度。利用这种布置，所述脊沿位于弯曲的脊与所述脊的平的侧面合成一个整体处的接触线接合所述凹槽。这种安装布置提供了特别稳定的、无后退的和良好限定的安装，给予所述布置较高程度的机械稳定性和对所述脊的偏转的准确理解。在本发明的优选实施例中，所述脊所包含的角度大体上为60°，所述凹槽所包含的角度大体上为90°。

本发明或是可应用在主体的外表面上，其中所述突出部优选形成在腿部向内朝向的侧面上，用于与形成在主体外表面上的凹槽相接合；或是可应用在中空主体中，其中所述脊优选形成在腿部向外设置的侧面上，用于接合到设置在主体中的通道壁部中的凹槽中。

以下，结合附图，对仅以实例方式给出的本发明的优选实施例进行描述，将更易于理解本发明。

附图说明

以下，结合附图来详细描述本发明的实施例以及其它优点，其中：

图1是本发明的第一实施例的透视示意图；

图2是图1所示实施例的端视图；

图3是图2中标有“A”的区域的详图；

图4示出了安装在轴上的图1-3所示的实施例；

图5是与图1相对应的视图，但是图中示出了在中空主体中使用的本发明的一个实施例；

图6是图5所示装置的端视图；

图7是图6中标有“B”的区域的详图；和

图8是示出了安装在中空轴上的图5所示装置的示意图。

具体实施方式

首先参见图1-3，图中所示的测量装置1包括通过桥接部分4相互连接在一起的两个夹具部分2，3。所示装置为整体金属结构且可使用任何适当的方法，例如通过弯曲经过冲压或机加工的坯件或者由实体机加工，而成形。设计该结构，使得桥4比夹具部分2，3具有相对较小的刚硬性，结果是由夹具部分2，3的相互转动产生的所述装置的任何形变将主要导致在桥4中产生偏转。

优选地，整个结构是弹性的，使得所述结构在没有施加力的作用下呈如图所示的构形。

每个夹具部分2，3包括中央部分5和两个腿部6，7。每个腿部在其自由端具有突出部8。突出部以横截面基本上呈V形的脊形式存在，并且由相互之间通过弯曲脊11连接在一起的基本上水平的侧面9，10构成。脊11优选呈圆柱表面一部分的形式，并且平面9，10与部分形成脊11的圆柱的假想表面相切。

切口12，13优选设置在腿部6，7和中央部分5之间的接合部分处，结果是腿部6，7可产生弹性偏转，相互远离，以允许突出部8卡接配合到设置在主体例如轴的外表面上的凹槽中。图4示出了如此进行安装的图1-3所示的测量装置。其中放置突出部8的凹槽14(在图4中仅示出两个凹槽，但是在轴16的另一侧上还有两个相对应的凹槽)横截面也基本上呈V形，具有基本上平的侧面。然而在凹槽中，所述平的侧面或是在一条线处交会，或是在具有比脊的弯曲部分11的半径更小的半径的弯曲表面处交会。结果是，所述脊精确地定位在凹槽内并且沿基本上与平侧面9，10和弯曲脊11相交的交线相对应的两条线与凹槽相接触。

在轴中所需的凹槽合适地通过用适当的工具进行印压而形成。以这种方式形成凹槽相对简单并且压力作用会在凹槽区域中产生一些保护性的残余压缩应力，以延缓疲劳裂纹的诱发。

虽然图4仅示出了安装在轴16上的一个装置，但是应该理解利用一组公共的凹槽或相邻凹槽可将多个相似的装置安装在轴上。例如，两个装置可安装在轴的沿直径相对的侧面上以确保动态平衡。在这种情况下，凹槽14被定位与通过该轴的直径平面偏置位于每一对凹槽之间的一小部分轴表面。

测量装置被设置用于测量由于主体扭转形变而产生的夹具部分的相对转动从而造成的桥的偏转量。测量装置可以是任何适当的类型，但是在优选实施例中，测量装置包括一个或多个紧固到桥上用以测量其偏转量的SAW装置15。所述SAW装置在测量偏转量方面具有许多公认的优点。SAW装置的一个特别的优点是：SAW装置是完全无源的(即SAW装置不需要连接至其上用以进行操作的电池)并且SAW装置可被无线电信号询问。因此，假定在邻近装置的一些地方设置适当的激励和翻译电路，则可使用如图1所示的装置，而不需要任何与其相连的硬连线。当装置在进行连续转动的轴上使用时，这是特别理想的。

现在参见图5-7，图中示出了本发明的另一种可选的实施例。在该实例中，测量装置20旨在用于中空主体例如管状轴的内部。测量装置包括两个夹具部分21，22，每个夹具部分包括中央部分23和两个腿部24。夹具部分21，22通过比夹具部分具有相对更小的刚硬性的桥25而被相互连接在一起。在该实例中，每个腿部24设有突出部，以脊26的形式存在的所述突出部位于腿部外表面上用于与设置在中空主体壁部中的相应凹槽接合。脊26和其相关凹槽的外形轮廓如上参照图1-4所述。

图8示出了安装在中空的空心轴内的图5-7所示的测量装置20。

装置20设有用于测量桥25的偏转量的测量装置28。所述测量装置优选如上参照图1-3所述。

本发明，特别是当实施为用于测量桥的偏转量的SAW装置时，形成了独立的设备，其可以容易地被夹到主体上与主体例如轴相接合。尽管所讨论的主体上需要形成一些凹槽，但是这是相对简单和花费不多的操作，并且凹槽可容易地被设置为与所讨论的主体相关的标准制造技术的一部分。测量装置与主体的配合是将所述装置夹到适当位置处的一个简单的问题。其可容易地在现场条件下由半熟练的工人进行实施。此外，可简单地通过松开一个测量装置并用另一个将其更换掉，故障测量装置易于由服务人员进行拆卸和更换。所述用于定位所述装置的脊和凹槽的这种特定布置确保了导致机械稳定布置和所述桥偏转测量装置的输出的准确判定的装置的稳定和精确定位。

Claims (13)

1.一种用于测量主体的扭转形变量的装置，包括：分别具有中央部分和从中央部分下垂的两个腿部的第一和第二夹具部分，每个腿部具有与其自由端相邻的用于接合在主体上或主体中的相应的突出部或凹槽，以将夹具部分安装到与其旋转紧固的主体上的凹槽或突出部；互连所述第一、第二夹具部分的桥，所述桥比夹具部分的刚硬性小，因此由主体的扭转形变造成的夹具部分的相对旋转位移将致使桥的成比例偏转；和用于测量所述桥的偏转量的测量装置。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其中所述测量装置包括用于检测最大剪应变的拉伸和压缩直接应变分量的装置，所述最大剪应变作用在与纵向轴线呈±45°的所述桥的中心处。

3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述用于测量所述桥的偏转量的装置被安装在所述桥上。

4.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述用于测量偏转量的装置为表面声波装置。

5.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述夹具部分和所述桥是一体的结构。

6.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述突出部为具有大体上呈V形横截面的脊，该脊具有相互间通过弯曲的脊而连接的基本上平的侧面。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其中所述凹槽的横截面大体上呈V形且具有基本上平的侧面。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其中所述突出部所包含的角度小于所述凹槽的角度，且所述凹槽和所述脊成形为使得每个脊沿与所述凹槽的底部隔开的两条接触线与每个凹槽接合。

9.根据权利要求6所述的测量装置，其中所述脊所包含的角度大体上为60°，且所述凹槽所包含的角度大体上为90°。

10.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述夹具部分是弹性可变形的，使得所述夹具部分能够卡接所述主体。

11.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述突出部在腿部上并朝向内，使得所述夹具部分可被安装在设置在轴外表面上的凹槽上。

12.根据权利要求1或2所述的测量装置，其中所述突出部在腿部上并朝向外，使得所述夹具部分可接合被设置在中空主体内壁上的凹槽。

13.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述一体结构为金属的。

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