CN107490448A - 一种旋转件动态扭矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种旋转件动态扭矩测量装置，包括套设在曲轴上并用于驱动发动机辅助传动轮系转动的轮毂、粘贴在所述轮毂上并用于在所述轮毂转动时检测其扭转应变的应变片，以及与所述应变片信号连接、用于根据扭转应变计算扭矩的处理模块。本发明所公开的旋转件动态扭矩测量装置，通过轮毂驱动发动机辅助传动轮系转动，如此，轮毂将受到发动机辅助传动轮系在转动时对其造成的扭转应力，从而自身周向会产生一定程度的扭转应变。应变片粘贴在轮毂上即可感应到轮毂所发生的扭转应变，并将其发送给处理模块。处理模块接收之后，对扭转应变根据材料力学中的预设公式进行计算，从而对发动机辅助传动轮系的摩擦扭矩进行精确计算，提高数据精确性和可靠度。

Description

一种旋转件动态扭矩测量装置

技术领域

本发明涉及车辆工程技术领域，特别涉及一种旋转件动态扭矩测量装置。

背景技术

随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。

汽车产业作为机械工业的支柱之一，迄今为止已经高度成熟。汽车上的系统、总成、机构、零件众多，可达上万个，比如起动系统、点火系统、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统等，各个系统具备不同功能。对于发动机而言，发动机即是汽车的“心脏”、汽车的动力来源。而随着世界节能环保的要求日益提高，当前发动机开发的重要目的之一就是优化发动机上每一个零部件的负荷，从而减少摩擦、降低损耗、提高机械效率及减少发动机燃油消耗。

目前，发动机中的辅助传动轮系，比如皮带传动系统、链轮系统等，是发动机的主要附件，主要用于驱动空调压缩机、水泵、机油泵、燃油泵和动力转向泵等。驱动上述主要附件转动一般需要消耗发动机30％～40％的功率，因此，辅助传动轮系是降低摩擦负荷的主要目标对象，而测量辅助传动轮系的摩擦扭矩，获得发动机的功率分布，是实现发动机功率开发的重要途径。

在现有技术中，往往通过电力测功机倒拖发动机的方式来测量辅助传动轮系的摩擦扭矩。采用此种方式，虽然可以测量辅助传动轮系中众多附件的摩擦扭矩，比如传动皮带、链轮、活塞系统、配气机构、机油泵等，但是对于电力测功机的容量值而言，辅助传动轮系的摩擦扭矩占比很小，通过电力测功机的测量方式太过粗糙，不能精确获得辅助传动轮系的摩擦扭矩值。

因此，如何精确测量发动机辅助传动轮系的摩擦扭矩，提高数据精确性和可靠度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转件动态扭矩测量装置，能够精确测量发动机辅助传动轮系的摩擦扭矩，提高数据精确性和可靠度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种旋转件动态扭矩测量装置，包括套设在曲轴上并用于驱动发动机辅助传动轮系转动的轮毂、粘贴在所述轮毂上并用于在所述轮毂转动时检测其扭转应变的应变片，以及与所述应变片信号连接、用于根据扭转应变计算扭矩的处理模块。

优选地，所述轮毂的表面上设置有若干个安装孔，所述应变片粘贴于所述安装孔的内壁上。

优选地，各所述安装孔的内壁上设置有用于形成应力集中的应力槽，所述应变片粘贴于所述应力槽中。

优选地，所述轮毂的表面上设置有4个所述安装孔，且所述应变片设置有4个，各所述应变片粘贴于各自对应的应力槽中。

优选地，各所述应力槽在所述轮毂的表面上中心对称分布。

优选地，各所述安装孔在所述轮毂的表面上均匀分布，且均为用于减轻重量的镂空孔。

优选地，所述处理模块集成设置在所述轮毂的表面。

优选地，还包括根据所述应变片在所述轮毂上的粘贴位置的应力-应变关系曲线与温度-应变关系曲线对所述处理模块的扭矩计算进行修正的温度补偿模块。

本发明所提供的旋转件动态扭矩测量装置，主要包括轮毂、应变片和处理模块。其中，轮毂套设在曲轴上，主要用于驱动发动机辅助传动轮系转动。应变片粘贴在轮毂上，主要用于在轮毂转动时检测轮毂的扭转应变。处理模块与应变片信号连接，主要用于根据应变片所测得的轮毂的扭转应变计算辅助传动轮系的摩擦扭矩。本发明所提供的旋转件动态扭矩测量装置，通过轮毂驱动发动机辅助传动轮系转动，如此，轮毂将受到发动机辅助传动轮系在转动时对其造成的扭转应力，从而自身周向会产生一定程度的扭转应变。应变片粘贴在轮毂上即可通过比如检测电路的电阻值变化等方式感应到轮毂所发生的扭转应变，并将其发送给处理模块。处理模块接收之后，对扭转应变根据材料力学中的预设公式进行计算，从而计算得出轮毂所受到的扭矩，亦即发动机辅助传动轮系的摩擦扭矩。如此，本发明通过应变片测量轮毂的扭转应变的方式，对发动机辅助传动轮系的摩擦扭矩进行精确计算，提高了数据精确性和可靠度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图2为图1的左视图。

其中，图1—图2中：

曲轴—1，轮毂—2，安装孔—201，应力槽—202，应变片—3，处理模块—4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，旋转件动态扭矩测量装置主要主要包括轮毂2、应变片3和处理模块4。

其中，轮毂2套设在曲轴1上，主要用于驱动发动机辅助传动轮系转动。

应变片3粘贴在轮毂2上，主要用于在轮毂2转动时检测轮毂2的扭转应变。

处理模块4与应变片3信号连接，主要用于根据应变片3所测得的轮毂2的扭转应变计算辅助传动轮系的摩擦扭矩。

如此，轮毂2将受到发动机辅助传动轮系在转动时对其造成的扭转应力，从而自身周向会产生一定程度的扭转应变。应变片3粘贴在轮毂2上即可通过比如检测电路的电阻值变化等方式感应到轮毂2所发生的扭转应变，并将其发送给处理模块4。处理模块4接收之后，对扭转应变根据材料力学中的预设公式进行计算，从而计算得出轮毂2所受到的扭矩，亦即发动机辅助传动轮系的摩擦扭矩。

综上所述，本发明通过应变片测量轮毂的扭转应变的方式，对发动机辅助传动轮系的摩擦扭矩进行精确计算，提高了数据精确性和可靠度。

在关于轮毂2的一种优选实施方式中，该轮毂2可呈圆盘状，如此应变片3可粘贴在轮毂2的表面上，而为了方便应变片3对扭转应变的捕捉测量，可将应变片3粘贴到轮毂2的表面边缘位置。

如图2所示，图2为图1的左视图。

进一步的，本实施例在轮毂2的表面上设置了若干个安装孔201，比如1个、2个、3个、4个或更多等。这些安装孔201主要用于给应变片3提供粘贴位置，使得应变片3即可粘贴在各个安装孔201的内壁上。如此，应变片3对轮毂2扭转应变的测量即由其表面转移到其中间层，如此能够更加清晰方便地测量轮毂2的扭转应变。其中，图2中的不规则曲线为引线或数据传输线缆，将各个应变片3连接到处理模块4。

基于同样的考虑，本实施例还在各个安装孔201的内壁上设置了应力槽202。该应力槽202一般可呈圆弧槽状，其形状与安装孔201光滑的内曲面形状不同，如此安装孔201上在应力槽202的位置处将产生结构突变，从而在轮毂2受到扭矩时，在应力槽202处产生应力集中。而应变片3即可粘贴在该应力槽202中，通过感受应力集中位置处的扭转应变，测量数据更加精确和可靠。考虑到安装孔201也可呈圆弧孔，如此需要保证应力槽202的曲率与安装孔201的曲率不同。当然，安装孔201的形状各异，比如矩形、椭圆形等均可，而应力槽202的形状也是各异，矩形、椭圆形等均可。

考虑到测量数据的充分性，本实施例在轮毂2的表面上设置了4个安装孔201，而应变片3也同样设置4片，每一个安装孔201上都设置有一个应力槽202，而每一片应变片3都粘贴在各自对应的应力槽202中。当然，安装孔201在轮毂2上的设置数量并不固定，其余比如2个或6个等也是可行的。同时，应力槽202与安装孔201的对应关系也并不局限于1:1的关系，比如同一个安装孔201上可设置2个或更多个应力槽202。一般的，可在各个安装孔201的内壁上的顺时针方向末端设置第一个应力槽202，同时在其逆时针方向末端设置第二个应力槽202。如此，当轮毂2带动发动机辅助传动轮系顺时针转动时，即可在第二个应力槽202处粘贴应变片3，而当轮毂2带动发动机辅助传动轮系逆时针转动时，即可在第一个应力槽202处粘贴应变片3。另外，每一个应力槽202中也可粘贴多片应变片3，如此测量的数据比较密集，方便处理。

接上述，在轮毂2上设置有多个安装孔201的基础上，还可使各个安装孔201上所设置的应力槽202在轮毂2的表面上呈中心对称分布。如此设置，以安装孔201的数量为4个、应力槽202的数量也为4个为例，此时应变片3所组成的测量电路，将可采用直流电桥结构进行扭转应变测量。若对该4个应变片3按照顺时针顺序进行编号，分别为a、b、c、d，那么，a与c将组成单臂电桥，同时b与d也组成单臂电桥，四者同时存在时，组成双臂电桥。需要说明的是，单个应变片3测量轮毂2的扭转应变的方式也是可行的，同时两个应变片3组成单臂电桥测量电路的方式同样也可行。

另外，为了轮毂2的结构优选，可使各个安装孔201在轮毂2的表面上均匀分布。同时，考虑到轻量化设计，还可将各个安装孔201设置为镂空面积尽量大的镂空孔。当然，镂空孔的设计同时需要考虑到轮毂2的结构强度。

在关于处理模块4的一种优选实施方式中，该处理模块4具体可包括信号采集电路、信号处理电路、数据储存芯片和电源等。应变片3将检测到的扭转应变信号传递给信号采集电路，在信号处理电路中，将扭转应变通过电桥等转化为电压信号，再通过放大器进行信号放大，之后利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，最后通过微处理器将数字化的扭转应变值数据储存在数据储存芯片中，数据采集完成后通过数据读取模块读取数据。

此外，为了提高本发明的集成程度、精简结构，本实施例中，将处理模块4集成设置在轮毂2的表面上。同时，考虑到曲轴1、轮毂2均呈圆形，如此也可将处理模块4设计为圆环或圆盘状，紧贴在轮毂2的表面上，并通过紧固件固定。此处，轮毂2和处理模块4相当于均套设在曲轴1上，而曲轴1在转动时的转速很高，如此，轮毂2和处理模块4在套设在曲轴1上后，需要进行动平衡校正，以提高数据检测精确性。

不仅如此，考虑到应变片3的环境温度处于随时变化中，因此需要对应变片3进行温度补偿，本实施例中通过温度补偿模块完成。具体的，本实施例在应变片3开始检测轮毂2的扭转应变之前，首先通过标定的方式，测得轮毂2上各个位置的应力-应变关系以及温度-应变关系，该两种关系均为二维对应曲线图。如此，在通过应变片3测量轮毂2的扭转应变时，温度补偿模块可首先确定应变片3在轮毂2上的所处位置，然后考察该位置的应力-应变关系曲线图与温度-应变关系曲线图，之后根据温度-应变关系曲线图确定温度对应变的影响值，再根据该影响值与应力-应变关系曲线图进行对应，获得与该影响值对应的应力值，最后温度补偿模块将该应力值发送给处理模块4，即可对计算出的摩擦扭矩进行修正。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，包括套设在曲轴(1)上并用于驱动发动机辅助传动轮系转动的轮毂(2)、粘贴在所述轮毂(2)上并用于在所述轮毂(2)转动时检测其扭转应变的应变片(3)，以及与所述应变片(3)信号连接、用于根据扭转应变计算扭矩的处理模块(4)。

2.根据权利要求1所述的旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，所述轮毂(2)的表面上设置有若干个安装孔(201)，所述应变片(3)粘贴于所述安装孔(201)的内壁上。

3.根据权利要求2所述的旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，各所述安装孔(201)的内壁上设置有用于形成应力集中的应力槽(202)，所述应变片(3)粘贴于所述应力槽(202)中。

4.根据权利要求3所述的旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，所述轮毂(2)的表面上设置有4个所述安装孔(201)，且所述应变片(3)设置有4个，各所述应变片(3)粘贴于各自对应的应力槽(202)中。

5.根据权利要求4所述的旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，各所述应力槽(202)在所述轮毂(2)的表面上中心对称分布。

6.根据权利要求5所述的旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，各所述安装孔(201)在所述轮毂(2)的表面上均匀分布，且均为用于减轻重量的镂空孔。

7.根据权利要求6所述的旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，所述处理模块(4)集成设置在所述轮毂(2)的表面。

8.根据权利要求1-7任一项所述的旋转件动态扭矩测量装置，其特征在于，还包括根据所述应变片(3)在所述轮毂(2)上的粘贴位置的应力-应变关系曲线与温度-应变关系曲线对所述处理模块(4)的扭矩计算进行修正的温度补偿模块。