[发明专利]基于挠性支承的扭矩校准测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种扭矩校准测量装置，特别涉及一种基于挠性支承的扭矩校准测量装置。

背景技术

扭矩作为力学的一个主要参数，对其准确测量、校准和控制在航天、航空、船舶、兵器等行业有着广泛的应用。扭矩测量、校准的重要性已为各发达国家所重视。以德国为代表的先进国家，大力发展先进的高精度扭矩计量标准装置，以满足日益增长的军用及民用工业部门的需求。扭矩标准装置是用来复现标准扭矩值并用来进行量值传递的装置，广泛用于各种扭矩仪、扭矩传感器的检定和校准中。目前的扭矩标准装置多为静重式，即采用力臂加砝码的方式对设备进行标定或校准。支承作为静重式扭矩标准装置的关键部件，起着支撑力臂和传递扭矩的作用，是整台装置灵敏度的直接体现。

目前静重式扭矩标准装置主要的支承形式有刀口支承、气体轴承和磁悬浮轴承。

国内以刀口支承作为扭矩标准装置的支撑以中船重工第七〇四研究所国防大扭矩一级计量站最具代表性，如李涛、胡德福等人发表的论文“扭矩标准装置优化设计研究”采用刀口支承研制的2kNm扭矩标准机，并据此建立了不同量程范围的扭矩标准装置。但刀口无法保证测量装置可动部分摆动中心的空间位置确定不变，且刀刃刀承间总是存在一定数量级的摩擦力矩，会对装置的灵敏度产生一定的影响。

近年来气体轴承开始逐步在各国的高端扭矩标准装置上得到应用，其关键特点就是轴承的定子和转子之间的摩擦介质采用了纯净的气体，利用气膜支撑负荷或减少摩擦，从而大幅的降低摩擦力。如李涛等人发表的论文“高精度支承技术在国家扭矩基准机上的运用”采用气体润滑轴承作为100Nm静重式扭矩标准机的支撑，如秦海峰等人发表的论文“静压轴承在扭矩标准装置中的应用”采用静压气体轴承作为200Nm扭矩标准装置的旋转支承，如天津大学硕士论文“静重式扭矩标准装置的研制”采用气浮轴承研制了200Nm扭矩标准机。采用气体轴承作为扭矩标准装置的支承从一定程度上减少了摩擦力矩的影响，但是气体轴承具有一定的缺陷。由于气体的可压缩性，使气体轴承设计或制造不当时易失稳，稳定性较差；由于气膜厚度一般为几微米到几十微米左右，对关键零部件的尺寸公差及表面粗糙度要求都极高，从而导致了制造成本的大量增加，因此气体轴承都在高端领域应用；最重要的是，由于气体本身的特性，气源压力不可能太高，因此气体轴承的承载能力和静态刚度较低，尤其不适于大量程扭矩标准装置作为旋转支承部件。

磁悬浮是利用磁场力来平衡负载，实现非接触支承的技术。如徐君等人发表的论文“磁悬浮效应微扭矩传感器校准仪设计”，基本工作原理是控制系统利用位置传感器检测转子的位置进而实时调节电磁铁和转子间的吸引力使转子处于期望的位置。磁悬浮轴承由于转子和定子之间没有机械接触，因此不存在磨损。但是磁力轴承的非接触特点只是消除了机械的磨损，但“摩擦”依旧存在，除去空气摩擦外，磁力轴承的摩擦主要包括涡流焦耳损耗、交变磁滞和旋转磁滞等。另外，由于磁悬浮轴承系统转子表面的反复磁化，涡流、交变磁滞和旋转磁滞等影响同时作用，加上复杂的结构形式等因素，使得磁力轴承摩擦的研究和实验较为复杂。

扭矩标准装置无论采用刀口支承、气体轴承或是磁悬浮轴承作为旋转支承支撑力臂，总是存在一定数量级的摩擦力矩、且支承与力臂具有相对运动，不适合于大量程扭矩标准装置对高灵敏度和高承载力的需求。

发明内容

本发明是针对大型舰船动力系统对大扭矩校准测量高灵敏度、高承载力的需求，提出一种基于挠性支承的扭矩校准测量装置，通过挠性支承作为装置的旋转支撑部件传递扭转变形，通过对电磁力矩器输出电信号测量的方法进而间接测量扭矩。

本发明的技术方案为：一种基于挠性支承的扭矩校准测量装置，具有一个用于扭矩加载校准的标准扭矩梁，一个挠性支承，挠性支承的下端面与基座固定连接，上端面与标准扭矩梁固定连接，标准扭矩梁的两侧通过弹性片对称安装左、右砝码盘，用于砝码的加挂，所述挠性支承的旋转中心“O”与标准扭矩梁的中心轴线“Y”重合；当有扭矩加载时，标准扭矩梁随同挠性支承一起绕旋转中心“O”转动，所述标准扭矩梁的下端面下面设有安装在基座上的激光位移传感器，标准扭矩梁的下端面两侧对称安装左、右电磁力矩器，当有扭矩载荷时，激光位移传感器将测量出的由扭矩载荷引起的激光传感器探头与标准力臂下端面的位移变化量的电信号经测量电路处理后传送给左电磁力矩器或右电磁力矩器，用于控制左电磁力矩器或右电磁力矩器产生电磁力拉平标准扭矩梁。

所述电磁力矩器的输出信号经测量电路采样、采集、显示。