变速器扭矩测量及其标定装置设计.docx

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变速器扭矩测量及其标定装置设计

变速器扭矩测量及其标定装置设计

摘要

本说明书主要是设计变速器一轴扭矩测量及标定装置，而扭矩传感器的选择和传输方式的选择是本次设计的重点。

扭矩传感器选择了电阻应变片式，传输方式选择了轴通式，而四个应变片接成全桥，然后引出线接到四个集流环上，集流环与轴一起转动，电信号再通过电刷（设计成起落架式电刷，为了减少磨损）传输给PCM数据采集系统。

考虑到该设备所用的领域，对应变片处的直径进行了计算，额定扭矩小于100N.m的变速器一轴均可测量。

本次设计参考了以往的设计，并进行了改进，后边附有相关内容的参考文献和附录。

由于设计过程中贯穿了三化，大大的提高了其使用寿命和维修性。

标定装置的设计主要考虑到如何加载的问题，选择了一端用花键连接并用螺栓固定在实验台上，另一端用花键连接并与加载杠杆一起转动，通过这种方式产生扭转，并测试其轴的扭矩，绘制标定曲线。

关键词：

应变片式扭矩传感器，集流环，PCM3132数据采集系统，标定装置

DESIGNOFATRANSMISSIONSHAFTTORQUE

MEASUREMENTANDCALIBRATIONDEVICE

ABSTRACT

Summaryofthemanualtransmissiondesignisashafttorquemeasurementandcalibrationequipmenthome,andtorquesensorchoiceandthechoiceofthetransmissionmodeofthisdesignisthekey.

TorqueSensorchoosestraingagetype,thechoiceofthetransmissionmodeshaftformula,andthenfourstraingaugemakefullbridge,thenconnectleading-outwiretofoursliprings.Slipringsrotatewiththeaxis.ElectricsignaltransmittedtothePCMdataacquisitionsystemthroughbrush.Takingintoaccounttheequipmentusedinthefieldsofthestraingaugethediameter,Ratedtorquelessthan100Nmfixationofatransmissionshaftcanbemeasured.

Thedesignreferencesthepreviousdesign,andhasanimprovement,afterwardwiththerelevantcontentofthereferencesandappendices.Asthedesignprocessthroughthethreeandgreatlyimproveditsservicelifeandmaintainability.

Calibrationdevicedesignmainlytotheproblemofhowtofeedone-endconnectedwithsplineandfixedonexperimentalstagewithboltandtheotherconnectedtospendbondwiththeloadingleverrotationtogether,inthiswayhavereversed,andtestitsaxistorque,Drawingcalibrationcurve.

Keywords:

straingages-torquesensor,slipring,PCM3132dataacquisitionsystem,calibrationdevice

目录

第一章前言............................................1

第二章概述............................................3

第三章扭矩传感器方案分析..............................4

§3.1用电力测功器测扭矩..............................4

§3.1.1直流电力测功器测量扭矩.....................4

§3.1.2交流电力测功器测量扭矩.....................5

§3.1.3电涡流测功器测量扭矩.......................5

§3.2用扭矩仪测扭矩.................................6

§3.2.1电阻应变片式扭矩仪.........................6

§3.2.2相位差扭矩仪...............................9

§3.2.3频闪观测式扭力计..........................10

§3.2.4钢弦式扭矩仪..............................11

§3.3辅助装置.....................................12

§3.3.1传输装置分析..............................12

§3.3.2数据分析与采集系统.........................12

第四章设计计算及结构分析............................14

§4.1零部件的设计计算...............................14

§4.1.1离合器轴上贴应变片处直径的确定.............14

§4.1.2离合器轴和变速器一轴矩形花键连接长度的计算.14

§4.1.3一轴上薄弱截面强度校核计算................15

§4.1.4电桥输出电压的计算.........................15

§4.1.5标定装置力和扭矩曲线图.....................16

§4.2零部件的结构特点及加工工艺性分析...............18

§4.2.1测量装置.........................18

§4.2.2标定装置.........................18

第五章结论...........................................20

参考文献...............................................21

致谢...................................................22

第一章前言

本次设计的课题是变速器扭矩测量及其标定装置设计，课题类型属于工程设计，课题来源科学研究。

目前对汽车的性能要求越来越高，检验和试验是一项必不可少的程序，也是一项很重要的环节。

对一个测试系统来说，首先要获取信息，并且要求选出有用的信号，而无用的被过滤掉，恰恰传感技术能执行和替代其任务。

为了更好的采集和分析被测信号，需要放大，调质，解调等一系列环节。

变速器扭矩测量仪就是通过这种方式设计的，即将非电量信号（扭矩）变成电量信号，通过对电量信号的分析和处理，最后达到测量扭矩的目的。

测试系统的意义不仅可以用来做检验仪器，还可以用来做研究设计的辅助工具，是其具有很强的实践性意义。

国内外同类设计（或同类研究）的概况：

（1）使用单片机的扭矩测量系统其组成单元：

单片机，磁电式扭矩传感器和简单的电路其实现对扭矩的测量，其特点结构简单，性能稳定，抗干扰，精度高等。

（2）使用测扭器它是通过两个连轴器将其连接到要测量的轴系中进行轴扭矩的测量，目前有两种方案。

测扭器一段已知轴的直径和弹性摸量的轴，将应变片贴在它的侧面，通过应变片的应变计算出传递扭矩的大小。

测扭器一段轴通过测量两端的变形差来确定传递扭矩大小，轴的两端有齿圈/盘，齿盘外厕有电磁线圈，转动时齿盘和线圈之间的磁场会有正弦的信号输出，校准时记录已知扭矩和测扭器两端齿盘产生信号的相位差，构成校准曲线，使用中，设备自动读出相位差，通过校准曲线与扭矩量联系，这样就测出了扭矩。

（3）扭矩测量设备的发展近年来，国内频繁出现用静力学难以解释的重大轴断裂事故，由于缺乏当时工况的动态参数记录，给事故分析和责任判定造成了很大的困难，随着技术的进步和机械系统设计制造运行的完备化需求，扭矩测量及其信号传输越来越成为当务之急。

其中信号传输的主要向两个方向发展，模拟式传输，数字式传输，故扭矩测量设备具有很大的发展前景。

（4）扭矩测量设备在设计过程中应注意的问题：

在搜集和接受信号时，精确地判断出信号的真实性，即将有用的信号传输处理和显示设备中，无用的信号过滤掉，故要有较好的抗干扰装置。

设计的总体内容及其步骤：

传感技术及其该设计相关内容的概述；各部分方案分析；主要设备参数的计算；；主要结构元件的分析；总装图布局绘制；总结及其心得体会等。

本设计参考了以往的设计，并进一步的改进，使其设计更加的完善，并在设计过程中贯穿了三化：

标准化，通用化，系列化。

此系统具有良好的更换性和和实用性。

设计过程中得到了指导老师和同学们的帮助，在此一并表示感谢。

由于本人设计的水平有限，设计过程中不可避免出现错误和疏漏，恳请指导老师以及审批老师给予批评和指正。

第二章概述

变速器扭矩测量及其标定装置设计是用来测量变速器第一轴的扭矩以及转速，如果安装有辅助计算功率的设备，还可以测量功率。

设计该装置的目的是：

为了在变速器工作的情况下，能够保证轴的强度，设计轴之前可以做一个样本，然后通过该设备进行模拟测量，是否达到其要求，保证其后期使用过程中不出现质量缺陷；可以当研究设计轴的辅助工具；也可以做检验工具。

该装置的转速要求不得超过2500r/min。

对该装置提出如下要求：

（1）测量过程中要保证其信号不失真，灵敏度要高；

（2）测量过程中对外界的抗干扰性能好，即要有屏蔽，隔离，干扰，抑制装置；

（3）测量时，工作电流不得超过25mA（静态），动态时不得超过75~100mA；

（4）该装置工作时应注意环境温度（范围-40~80）最好保持在20，并且温度对测量影响很大，要有补偿与修正措施，故应变片采用全桥式连接；

该装置要进行动态和静态分析，使系统保证测量工程中稳定，所得图形不失真，数据准确；

（5）具有良好的线性度，高的重复度，滞后性底等；

应用的范围广，并且满足要求的情况下，轮廓尺寸和质量小，制造成本低，维修方便，操作轻便等要求。

该装置主要有测扭传感器，实验台，数据采集和分析系统（PCM3132），以及执行机构组成。

扭矩测量仪按扭矩处理的方式分为两大类：

平衡式（也叫吸收型），它是用水，电，空气等制动动力机构的功率输出轴，同时吸收它的扭矩；传递型它是根据动力机输出功率时，传动轴的扭转情况来测定扭矩的。

它有机械式的，电的和光学的等不同形式。

计算机技术发展的娴熟以及单片机等的发展，扭矩测量正在向智能化方向发展。

第三章矩扭传感器方案分析

测定扭矩通常用扭矩