扭轉(zhuǎn)振動，簡稱為扭振，不同于我們所說的常規(guī)振動。除了常規(guī)的振動之外，扭振是結(jié)構(gòu)動力學(xué)行為的另一種表現(xiàn)形式，通常與其他振動荷載同時出現(xiàn)，也就是說結(jié)構(gòu)發(fā)生振動時，除了常規(guī)的振動之外，還有可能存在扭轉(zhuǎn)振動。扭振會引起結(jié)構(gòu)疲勞，同時也會引起振動、噪聲、舒適性等方面問題。對于自由的剛體而言，共有6個自由度，即三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。因此，我們可以把運(yùn)動自由度分為平動與轉(zhuǎn)動兩類。如果用牛頓第二定律來描述，那么，平動對應(yīng)的是三個加速度，轉(zhuǎn)動對應(yīng)的是三個角加速度。平動對應(yīng)的載荷是力，轉(zhuǎn)動對應(yīng)的載荷是力矩。從此，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)、運(yùn)行進(jìn)入了一個新時期，效率高、重量輕的高速轉(zhuǎn)子日益普遍。

      測轉(zhuǎn)角測扭矩是一種特別適合細(xì)長旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測量方案。該方案多是在旋轉(zhuǎn)軸的同軸方向上加裝柔性扭桿,通過測量扭桿旋轉(zhuǎn)的相對角度測量扭矩。已有的測轉(zhuǎn)角測扭矩的方案有:電磁式測轉(zhuǎn)角測扭矩、光電式測轉(zhuǎn)角測扭矩、激光式測轉(zhuǎn)角測扭矩、電容式測轉(zhuǎn)角測扭矩等。扭振測量基本原理將磁電式傳感器對正齒輪安裝,當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時,傳感器上感應(yīng)出與齒形有關(guān)的脈沖信號。

      測反作用力測扭矩是通過測量制動扭矩(為阻止電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)而施加的反扭矩,該扭矩就叫做制動扭矩)測扭矩的一種扭矩測量方案,這種方法有一定的局限性,只能測靜態(tài)力矩。采用這種方案的扭矩測量案例有:扭力扳手、靜態(tài)扭矩實(shí)驗(yàn)測量裝置等。

非接觸測量可以滿足對于扭矩測量的眾多需求:

1)長期不間斷、高可靠性扭矩測量。一般性扭矩傳感器一旦失效,不僅會造成扭矩傳感器自身的損壞,更嚴(yán)重的是會造成被測量設(shè)備的重大機(jī)械損壞。例如:應(yīng)變式扭矩測量裝置中應(yīng)變計(jì)的引線需要靠滑環(huán)(見圖1)引出,長時間工作后,滑環(huán)極易發(fā)熱老化,甚至斷裂脫落,所以出于可靠性的考慮,該方案多用于低速旋轉(zhuǎn)軸的短期扭矩測量。如果選擇非接觸式扭矩傳感器測量扭矩,它與旋轉(zhuǎn)軸沒有力的相互作用,工作過程中不受軸向負(fù)載和彎曲載荷,所以零件損耗小,工作壽命長,可以實(shí)現(xiàn)長期不間斷、可靠性測量扭矩。從介紹一般性扭矩測量入手,在分析了非接觸扭矩測量的應(yīng)用需求后,發(fā)現(xiàn)非接觸扭矩測量技術(shù)的突破性發(fā)展為實(shí)現(xiàn)不間斷、高可靠性、高動態(tài)性扭矩測量提供了關(guān)鍵性的解決方案,時極大的提高了對被測裝置控制的準(zhǔn)確性。

2)高動態(tài)性精磚扭矩測量。傳感器自身的轉(zhuǎn)動慣量是影響扭矩測量精度和動態(tài)性的重要問題,因?yàn)閭鞲衅魇怯兄亓康?安裝在旋轉(zhuǎn)軸上后就相當(dāng)于增加了一個“額外質(zhì)量”,這一質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)軸較輕或者轉(zhuǎn)速較慢的情況下是不能忽略的,那便會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速明顯下降,測量得到的扭矩大小將受到嚴(yán)重影響。如果采用非接觸式扭矩測量,傳感器對旋轉(zhuǎn)軸無附加外力,這可以從根本上提高測量的動態(tài)性和精準(zhǔn)性,同時有助于提高系統(tǒng)的分辨率。無線傳輸近年來在非接觸式扭矩測量系統(tǒng)得到了應(yīng)用，該系統(tǒng)的組成見圖4。

3)準(zhǔn)確控制被測裝置。因?yàn)橐话阈耘ぞ販y量裝置的體積大,并且要與旋轉(zhuǎn)軸直接接觸,所以存在著一個不可避免的問題,即由于安裝位置不當(dāng),或者接觸測量時產(chǎn)生的干擾力或扭矩而改變旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動狀態(tài),這類干擾是隨機(jī)的,很難評估和定量,而扭矩測量往往又是作為控制單元的反饋信號。這樣就會直接導(dǎo)致控制的準(zhǔn)確性難以保證。采取非接觸式扭矩測量,從源頭上消除傳感器施加在旋轉(zhuǎn)軸上的附加力,末端控制的高準(zhǔn)確性才有可能實(shí)現(xiàn)。該方案多是在旋轉(zhuǎn)軸的同軸方向上加裝柔性扭桿,通過測量扭桿旋轉(zhuǎn)的相對角度測量扭矩。

實(shí)現(xiàn)非接觸式扭矩測量的關(guān)鍵技術(shù)

扭矩的非接觸式測量是在接觸式測量的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它綜合利用了已有的扭矩測量技術(shù)和方法,通過技術(shù)改進(jìn)和升級實(shí)現(xiàn)非接觸的扭矩測量目標(biāo)。工程中,實(shí)現(xiàn)非接觸測量的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)非接觸的扭矩信號傳遞?，F(xiàn)階段,可以實(shí)現(xiàn)非接觸扭矩信號傳遞的關(guān)鍵技術(shù)有如下兩種。對于自由的剛體而言，共有6個自由度，即三個平動自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度。

基于無線信號傳輸模塊的非接觸扭矩測量方案

基于一般性扭矩測量方案,即測應(yīng)變測扭矩、測轉(zhuǎn)矩測扭矩、測反作用力測扭矩,這一方案是指增添無線信號傳輸?shù)墓δ軉卧獙?shí)現(xiàn)非接觸扭矩信號傳遞。這是一種改良方案,通過技術(shù)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)從有線接觸式扭矩測量到非接觸無線扭矩測量的升級。