如何選擇聯軸器進行扭矩測量
用于扭矩測量的扭矩傳感器是一種高精度測量裝置,在安裝時應盡量僅承受扭矩,而避免承受其它方向的力和力矩。否則,輕則導致扭矩測量信號受到串擾,重則可能造成扭矩傳感器損壞。因此,扭矩傳感器不能作為簡單的機械傳動部件進行安裝使用。
越是高轉速的應用,對中誤差的要求越高。理論上能保證完美對中的場合,扭矩傳感器可以純剛性連接。但是任何不對中都會產生巨大的附加載荷,導致支撐軸承早期損壞。
使用聯軸器的核心目的是補償安裝對中誤差,這是確保傳感器壽命和測量準確性的基石。

如何選擇撓性聯軸器?
撓性聯軸器(有彈性元件)通過非金屬或金屬彈性元件的變形來補償偏差并吸收振動,將這些應力“消化”在聯軸器內部,而不是傳遞給傳感器。
常用的撓性聯軸器有以下幾種
膜片聯軸器
補償能力:通過多層金屬膜片組的彎曲,綜合補償角向、橫向和軸向偏差。補償能力中等。
剛度:扭轉剛度高、零背隙、高動態響應。金屬元件疲勞強度高,壽命可預測。是伺服和高速應用的首選。
波紋管聯軸器
補償能力:通過薄壁金屬波紋管的變形,主要補償角向和橫向偏差,補償能力優于膜片聯軸器。但需要注意軸向補償。
剛度:扭轉剛度高、零背隙。角向剛度較低,能更好地吸收角向沖擊,但對系統固有頻率影響更大。
梅花形/星形彈性聯軸器
補償能力:通過聚氨酯、橡膠等彈性體的壓縮變形,補償角向、橫向和軸向偏差。補償能力好。
剛度:扭轉剛度低、有彈性滯后。能阻尼振動、吸收沖擊,但會造成運動傳遞的非線性和相位滯后。

萬向節這種無彈性元件機構也可以作為雙自由度的聯軸器。
對于高動態測量,需要具備足夠的剛度以防止測量過程中的高頻扭矩信號被聯軸器阻尼現象。比如在測量涉及扭振的應用時這一點尤為重要。
什么時候選擇雙撓性聯軸器?
原則上在傳動軸的兩個剛性支撐點之間需要使用雙撓性聯軸器。絕大部分的軸式扭矩傳感器均會使用底座固定安裝。在這種安裝方式下,扭矩傳感器的外殼(定子部分)通過一個堅固的底座剛性安裝在基礎或基板上。通常整個傳感器殼體是固定的,傳感器兩端均通過聯軸器連接。

在轉速不高的一些應用場景,也有客戶會采用傳感器本體浮動安裝方式。這時如果還采用雙撓性聯軸器,會造成傳感器的自由度過大,需要在傳感器兩側軸采用單撓性聯軸器,抑制軸系轉動過程中出現的晃動。同時需要評估傳感器自重帶來的徑向力。

如果使用法蘭式扭矩傳感器,其轉子部分串接到傳動軸中,而定子部分和轉子沒有軸承接觸。所以傳感器一側會使用剛性法蘭連接到傳動軸機構,另一側使用雙撓性聯軸器。

▲法蘭式聯軸器

▲法蘭式扭矩傳感器安裝示例
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