[发明专利]一种用于旋转轴工作扭矩实时准确测量和监测的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于旋转轴工作扭矩实时准确测量和监测的新方法。

技术背景

机械装置转轴工作扭矩等关键动态运行参数进行实时测量和监测，既可以对机械装置的 工作状态进行有效监测，也可以对其故障情况及程度进行有效诊断和判别，从而可以大大提 高整个机械系统的可靠性。目前，应变式传递法是转轴扭矩测量最常用和最有效的方法之一。 根据《材料力学》相关知识知：施加在旋转轴上的扭矩与其应变成正比关系，即： M＝Kε，其中：K被称为扭矩-应变系数，K＝EπD³/16(1+μ)。式中，M为转轴所承受的扭 矩；ε为转轴的扭转弹性应变；E为转轴的弹性模量；μ为转轴的泊松比；D为转轴直径。 然而任一转轴的材料参数(弹性模量E和泊松比μ)并不能容易准确获得，在工程实际测量 中往往取一近似值，从而导致扭矩测量和监测结果与转轴的实际工作扭矩存在较大差异，最 终严重影响对机械动力系统工作性能实时测量、监测及其故障诊断。

转轴工作扭矩实时准确测量和监测的新方法可在机械装置转轴工作扭矩实时测量和监测 上广泛应用，可明显提高转轴工作扭矩实时测量和监测的精度，可为机械动力系统工作性能 实时监测及其故障诊断提供准确的参数信息。

发明内容

本发明的目的是：为了解决转轴的材料参数(弹性模量E和泊松比μ)无法准确获得导 致的测量误差问题，本发明提供一种用于旋转轴工作扭矩实时准确测量和监测的新方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于旋转轴工作扭矩实时精确测量 的新方法，其特征是：首先在旋转轴上确定应变传感器的粘贴位置和人工扭矩施加位置，并 经过打磨后粘贴应变传感器；在弹性范围内，借助于人工扭矩施加专用工具分别从小到大依 次对转轴施加三次已知大小和方向的人工扭矩，通过应变传感器和扭矩测量节点对扭转弹性 应变进行实时采集和处理，并通过无线网络和连接网线传输给测量网关和测量计算机，并借 助测量计算机和扭矩测量和监测软件系统计算出转轴的扭矩-应变系数，并将该系数作为初始 参数保存在扭矩测量和监测软件系统中；在旋转轴实际工作状态下，借助于已经获得扭矩- 应变系数和应变传感器实时采集到的扭转弹性应变，通过测量计算机和扭矩测量和监测软件 系统实时计算并记录和输出旋转轴的实时工作扭矩，最终实现对旋转轴工作扭矩的实时准确 测量和监测。

本方法涉及的一种用于旋转轴工作扭矩实时准确测量和监测的新方法，其特征是：在弹 性范围内，通过人工扭矩施加专用工具对转轴施加三次已知大小和方向的人工扭矩，预先准 确获取转轴的扭矩-应变系数，不再需要转轴材料参数(弹性模量E和泊松比μ)和几何参数 (转轴直径D)，

本方法涉及的一种用于旋转轴工作扭矩准确测量和监测的新方法，其特征是：人工扭矩 施加满足圣维南原理，即人工扭矩施加位置为距离应变传感器粘贴中线的两侧位置。

本发明与现有转轴扭矩测量技术比较有以下有益效果：在转轴扭矩实时测量和监测中可 不再需要转轴材料参数(弹性模量E和泊松比μ)和几何参数(转轴直径D)，避免了材料 参数不准确引起的测量误差问题，可以明显提高转轴扭矩实时测量和监测的准确性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明涉及到的一种用于旋转轴工作扭矩实时准确测量和监测的新方法所需要的 测量系统及装置的结构示意图。

图中：1.应变传感器，2.连接导线，3.扭矩测量节点，4.人工扭矩施加专用工具，5. 旋转轴；6.无线网络，7.测量网关，8.连接网线，9.测量计算机，10.扭矩测量和监测软件系 统。

图2为本发明涉及到的扭矩-应变线性关系图。

图中：拟合直线的斜率为扭矩-应变系数K。

具体实施方式

根据附图1所示，一种用于旋转轴工作扭矩实时准确测量和监测的新方法，首先在旋转 轴5确定应变传感器1的粘贴位置，经过打磨后粘贴应变传感器1；确定人工扭矩施加位置： 分别距离应变传感器粘贴中线L＞D的两侧位置；在弹性范围内借助于人工扭矩施加专用工具 4从小到大依次对转轴施加三次已知大小和方向的人工扭矩M_i，通过应变传感器1和扭矩测 量节点3对扭转弹性应变ε_i进行实时采集和处理，并通过无线网络6和连接网线8传输给测 量网关7和测量计算机9，并借助测量计算机9和扭矩测量和监测软件系统10计算出如图2 所示的转轴的扭矩-应变系数K；在旋转轴实际工作状态下，借助于已经获得扭矩-应变系数K 和应变传感器1实时采集到的扭转弹性应变ε_i，通过测量计算机9和扭矩测量和监测软件系 统10实时计算并记录和输出旋转轴的实时工作扭矩M_i，最终实现对旋转轴工作扭矩的实时 准确测量和监测。