基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置及测量方法，包括并列设置的电动旋转台和第一电动位移台；所述电动旋转台顶端设置有XY向位移台，XY向位移台的顶端固定设置有柱状的安装台，安装台上固定设置有具有双孔位的限位件以及盖在限位件顶部的透明盘，所述限位件与透明盘之间具有间隙，限位件内安装有相互啮合的待测齿轮和从动齿轮，待测齿轮与电动旋转台同轴，待测齿轮上固定设置有顶部穿出透明盘的转动结构，转动结构通过第一电动位移台的悬臂梁推动旋转，并由第二电动位移台的推杆停止转动。本发明专利技术旨在提供原理简单，通过将微小扭矩转化为微小形变测量，再用光杠杆用于放大微小形变，最终通过变形量测算齿轮扭矩的方法。

【技术实现步骤摘要】
基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置及测量方法
本专利技术涉及微小齿轮
，尤其涉及基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置及测量方法。
技术介绍
扭矩是使机械元件转动的力矩，扭矩的测量方法可分为平衡力法、能量转换法和传递法。平衡力法仅适合测量匀速工作情况下的扭矩；能量转换法对功率和转速进行测量，当旋转所耗能量较小时扭矩测量困难；传递法是利用弹性元件在传递扭矩时物理参数的变化与扭矩的对应关系来进行测量的方法，这类转矩测量仪的应用最为广泛。传递法测量扭矩方法又可分为三类，分别为变形型、应力型和应变型。本研究方法可以归类到变形型测扭矩方法中，本专利原理简单，通过将微小扭矩转化为微小形变测量，再用光杠杆用于放大微小形变，最终通过变形量测算齿轮扭矩的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供原理简单，通过将微小扭矩转化为微小形变测量，再用光杠杆用于放大微小形变，最终通过变形量测算齿轮扭矩的方法。为达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案予以实现的：基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，包括并列设置的电动旋转台和第一电动位移台；所述电动旋转台顶端设置有XY向位移台，XY向位移台的顶端固定设置有柱状的安装台，安装台上固定设置有具有双孔位的限位件以及盖在限位件顶部的透明盘，所述限位件与透明盘之间具有间隙，限位件内安装有相互啮合的待测齿轮和从动齿轮，待测齿轮与电动旋转台同轴，待测齿轮上固定设置有顶部穿出透明盘的转动结构；所述第一电动位移台的台面固定设置有水平伸出台面的悬臂梁，悬臂梁为长条状其末端用于拨动转动结构转动，悬臂梁上固定设置有与末端贴合的反光镜；所述反光镜的同侧设置有向反光镜照射的激光器，以及接受反射激光的位置探测器，反光镜的背面侧设置有第二电动位移台；所述第二电动位移台的顶部固定设置有推杆，推杆的顶端朝向转动结构延伸用于抵住转动结构。进一步的，所述激光器通过夹持器设置在可让反光镜接收到发射激光的角度。进一步的，所述位置探测器通过升降台架设，升降台顶部固定设置有竖直的固定架，位置探测器固定设置在固定架朝向反光镜的一侧。进一步的，所述第一电动位移台的台面边缘固定设置有定位板，所述悬臂梁固定于定位板相对转动结构的侧壁上。进一步的，所述反光镜的长度小于5mm。本专利技术还具有基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置的测量方法，包括如下步骤：(1)调整XY向位移台使转动结构位于电动旋转台的同轴位置，对应调整第一电动位移台和第二电动位移台的位置，将悬臂梁和推杆位于转动结构的同侧并分处于转动结构的两端，使悬臂梁的末端移动时拨动顶柱让转动结构旋转，推杆移动时抵住转动结构停止旋转；(2)调整夹持器角度让反光镜能够接收激光器所发射的激光，调整升降台的高度使位置探测器可接受到反光镜反射的激光，再打开激光器向反光镜发射激光，由位置探测器持续接收激光；(3)控制第一电动位移台匀速直线移动让悬臂梁的末端拨动转动结构发生转角，并让悬臂梁移动至与转动结构分离，而后第一电动位移台复原至悬臂梁位于初始位置，整个过程由位置探测器持续接收反射激光并将数据上传到上位机中，利用Labview软件产生电压-时间曲线图像，保存数据；(4)控制电动旋转台朝顺时针方向旋转10°，再控制第二电动位移台推动推杆朝向电动旋转台直线移动推动转动结构位于初始位置，再将第二电动位移台复原至推杆位于初始位置；(5)重复步骤(3)和步骤(4)按照既定的时针方向旋转得到待测齿轮一周共36个观测位置上的电压-时间曲线图像，根据图像中电压波形得出两个突变状态节点值，第一个节点值为悬臂梁与顶柱发生接触，第二个节点值为待测齿轮开始转动，根据两个节点值得出节点间的时间差值t；(6)利用扭矩公式计算待测齿轮的启动扭矩，公式如下：M＝F×L(1-1)M为启动扭矩，F为启动力，L为力臂；根据反作用力作用在悬梁臂上的挠曲线方程来推导启动力F，公式如下：E为悬臂梁的弹性模量，l为悬臂梁的长度，I为悬梁臂截面的惯性矩，x为悬臂梁的固定端点到悬臂梁与转动结构接触点的距离，即距离为悬臂梁的长度，|y|为悬臂梁的挠度；当悬臂梁达到最大挠度，即待测齿轮发生转动时，最大挠度为|Δ|，由于x＝l可得出：此时可得出最大挠度|Δ|与启动力F成正比：由于第一电动位移台推动悬臂梁移动时为匀速运动，因此|Δ|可根据步骤(5)中时间差值t得出：|Δ|＝v×t(1-5)v为第一电动位移台的移动速度，t为两个节点值之间的时间差值；将该公式(1-5)和公式(1-4)带入公式(1-1)中，得出如下公式：从而计算得出待测齿轮各观测位置的启动扭矩M。进一步的，步骤(1)中悬臂梁和转动结构的初始位置相平行，且顶柱在悬臂梁末端具有投影位置，顶柱与悬臂梁末端保持2mm以上的间距。进一步的，步骤(3)中第一电动位移台的移动速度低于5mm/s。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术用悬臂梁作为光杠杆将微小位移量转化为便于计量的物理量，测量效果好，实现了微小齿轮的启动扭矩测量。待测齿轮通过限位件和XY向位移台限制在电动旋转台的轴心位置，可使待测齿轮的位置固定，简化了推杆和悬臂梁的运动过程，可以满足专用的实验测量需求。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的俯视结构示意图；图3为本专利技术中转动结构的俯视结构示意图；图4为本专利技术实施例中电压-时间曲线图像的示意图。附图标记：1-电动旋转台，2-XY向位移台，3-安装台，4-转动结构，5-升降台，6-夹持器，7-位置探测器，8-悬臂梁，9-第一电动位移台，10-推杆，11-固定架，12-激光器，13-反光镜，14-第二电动位移台，15-定位板，31-透明盘，32-待测齿轮，33-从动齿轮，34-限位件，41-顶柱。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1至图3所示，基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，包括并列设置的电动旋转台1和第一电动位移台9；所述电动旋转台1顶端设置有XY向位移台2，XY向位移台2的顶端固定设置有柱状的安装台3，安装台3上固定设置有具有双孔位的限位件34以及盖在限位件34顶部的透明盘31，所述限位件34与透明盘31之间具有间隙，限位件34内安装有相互啮合的待测齿轮32和从动齿轮33，待测齿轮32与电动旋转台1同轴，待测齿轮32上固定设置有顶部穿出透明盘31的转动结构4；所述第一电动位移台9的台面固定设置有水平伸出台面的悬臂梁8，悬臂梁8为长条状其末端用于拨动转动结构4转动，悬臂梁8上固定设置有与末端贴合的反光镜13；所述反光镜13的同侧设置有向反光镜13照射的激光器12，以及接受反射激光的位置探测器7，反光镜13的背面侧设置有第二电动位移台14；所述第二电动位移台14的顶部固定设置有推杆10，推杆10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，其特征在于：包括并列设置的电动旋转台(1)和第一电动位移台(9)；所述电动旋转台(1)顶端设置有XY向位移台(2)，XY向位移台(2)的顶端固定设置有柱状的安装台(3)，安装台(3)上固定设置有具有双孔位的限位件(34)以及盖在限位件(34)顶部的透明盘(31)，所述限位件(34)与透明盘(31)之间具有间隙，限位件(34)内安装有相互啮合的待测齿轮(32)和从动齿轮(33)，待测齿轮(32)与电动旋转台(1)同轴，待测齿轮(32)上固定设置有顶部穿出透明盘(31)的转动结构(4)；所述第一电动位移台(9)的台面固定设置有水平伸出台面的悬臂梁(8)，悬臂梁(8)为长条状其末端用于拨动转动结构(4)转动，悬臂梁(8)上固定设置有与末端贴合的反光镜(13)；所述反光镜(13)的同侧设置有向反光镜(13)照射的激光器(12)，以及接受反射激光的位置探测器(7)，反光镜(13)的背面侧设置有第二电动位移台(14)；所述第二电动位移台(14)的顶部固定设置有推杆(10)，推杆(10)的顶端朝向转动结构(4)延伸用于抵住转动结构(4)。/n

【技术特征摘要】
1.基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，其特征在于：包括并列设置的电动旋转台(1)和第一电动位移台(9)；所述电动旋转台(1)顶端设置有XY向位移台(2)，XY向位移台(2)的顶端固定设置有柱状的安装台(3)，安装台(3)上固定设置有具有双孔位的限位件(34)以及盖在限位件(34)顶部的透明盘(31)，所述限位件(34)与透明盘(31)之间具有间隙，限位件(34)内安装有相互啮合的待测齿轮(32)和从动齿轮(33)，待测齿轮(32)与电动旋转台(1)同轴，待测齿轮(32)上固定设置有顶部穿出透明盘(31)的转动结构(4)；所述第一电动位移台(9)的台面固定设置有水平伸出台面的悬臂梁(8)，悬臂梁(8)为长条状其末端用于拨动转动结构(4)转动，悬臂梁(8)上固定设置有与末端贴合的反光镜(13)；所述反光镜(13)的同侧设置有向反光镜(13)照射的激光器(12)，以及接受反射激光的位置探测器(7)，反光镜(13)的背面侧设置有第二电动位移台(14)；所述第二电动位移台(14)的顶部固定设置有推杆(10)，推杆(10)的顶端朝向转动结构(4)延伸用于抵住转动结构(4)。


2.根据权利要求1所述的基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，其特征在于：所述激光器(12)通过夹持器(6)设置在可让反光镜(13)接收到发射激光的角度。


3.根据权利要求1所述的基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，其特征在于：所述位置探测器(7)通过升降台(5)架设，升降台(5)顶部固定设置有竖直的固定架(11)，位置探测器(7)固定设置在固定架(11)朝向反光镜(13)的一侧。


4.根据权利要求1所述的基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，其特征在于：所述转动结构(4)为T型，转动结构(4)的顶部横杆一端在端部固定设置有与顶部横杆垂直的顶柱(41)。


5.根据权利要求1所述的基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，其特征在于：所述第一电动位移台(9)的台面边缘固定设置有定位板(15)，所述悬臂梁(8)固定于定位板(15)相对转动结构(4)的侧壁上。


6.根据权利要求1所述的基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置，其特征在于：所述反光镜(13)的长度小于5mm。


7.基于光杠杆法的微小齿轮启动扭矩测量装置的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)调整XY向位移台(2)使转动结构(4)位于电动旋转台(1)的同轴位置，对应调整第一电动位移台(9)和第二电动位移台(14)的位置，将悬臂梁(8)和推杆(10)位于转动结构(4)的同侧并分处于转动结构(4)的两端，使悬臂梁(8)的末端移动时拨动顶柱(41)让转动结构(4)旋转，推杆(10)移动时抵住转动结构(4)停止旋转；
(2)调整夹持器(6)角度让反光镜(13)能...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵美蓉，张玮轩，郑叶龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12