一种基于轴承受力的转矩检测结构和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动汽车驱/传动系统领域，具体涉及一种基于轴承受力的转矩检测 结构和检测方法。
【背景技术】
[0002] 转矩是各种工程机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、 效率、运转寿命及安全性能等元素紧密联系，转矩检测对传动轴承受动载荷的监测与控制、 传动系统各零部件的强度设计、故障的诊断、原动机容量的选择等都具有重要的意义。
[0003] 目前转矩检测方法主要包括平衡力法、能量转换法和传递法。平衡力法转矩测量 装置又称作测功器，一般由旋转机、平衡支承和平衡力测量机构组成，按照安装在平衡支承 上的机器种类，可分为电力测功器、水力测功器等。平衡支承有滚动支承、双滚动支承、扇形 支承、液压支承及气压支承等。平衡力法直接从机体上测扭矩，不存在从旋转件到静止件的 扭矩传递问题，但它仅适合检测匀速工作情况下的扭矩，不能测量动态扭矩。能量转化法是 依据能量守恒定律，通过测量其他形式的能量如电能、热能参数来测量旋转机械的机械能， 进而获得与扭矩有关的能量系数(如电能系数）来确定被测扭矩大小的方法，测量误差比较 大，一般只在电机和液机扭矩测量方面有较多的应用。传递法大多采用非接触式测量，使用 方便，结构简单，但非接触式测量由于温度、算法等因素的影响以及相关信号的采集困难， 精度还需进一步提尚。
[0004] 电动汽车的车辆稳定系统和动力驱动系统都需要使用转矩信号。电动汽车转矩信 号的获得通常是根据电机电压、电流及转速信号，按照能量转换法间接估计出电机瞬时转 矩，精度较差。到目前为止，对动力驱动系统的转矩检测研宄很少。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种基于轴承受力的转矩检测结构。通过在轮边减速器上合理布置转 矩检测机构，在保证基本传动要求的前提下，可实时检测出轮边减速器输入轴的转矩，并以 电信号的形式输出，从而用于驱动系统的控制，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。
[0006] 本发明还提出一种基于轴承受力的转矩检测方法。
[0007] 本发明的技术方案是： 该基于轴承受力的转矩检测方法所应用的转矩检测机构包括减速器壳体、 中间齿轮轴、第一级从动齿轮、偏心套筒、力传感器、支承轴承等。
[0008] 中间轴与第二级主动齿轮作为一体设计成齿轮轴的形式，第一级从动齿轮与中间 齿轮轴通过键联接，中间齿轮轴右端通过轴承内圈支撑于减速器壳体，左端通过轴承内圈 支撑于偏心套筒的内孔。
[0009] 偏心套筒通过偏心套筒轴承内圈支撑于减速器壳体。偏心套筒内孔轴线与其外圈 轴线并不重合，两者在中间轴齿轮受到的径向力方向存在偏心距e，该方向既可以沿径向力 方向，也可以沿周向力方向，这是本发明可实现转矩检测的关键。力传感器两端都有螺柱， 可分别拧入偏心套筒和减速器壳体相应的螺纹孔内。力传感器可同时承受拉力和压力，当 其受到力的作用时，将会有电压信号输出。减速器工作时，偏心套筒会受到来自中间齿轮轴 左端轴承、偏心套筒轴承和力传感器的力，使其始终保持静止状态，因此中间轴始终绕其自 身轴线转动，而没有其它运动，从而保证齿轮的正常传动。
[0010] 本发明的特殊之处在于中间齿轮轴左端轴承的外圈并不像其它轴承一样支撑在 减速器壳体上，而是支撑于偏心套筒的内孔，内孔轴线为qq，该轴线同样为中间齿轮轴 左端轴承的轴线。偏心套筒通过偏心套筒轴承支撑在减速器壳体上，偏心套筒外轴轴线为 qq，该轴线同样为偏心套筒轴承的轴线。由此可知，中间齿轮轴左轴承的轴线与偏心套 筒轴承的轴线并不重合，两者在齿轮受到的径向力方向存在偏心距e。
[0011] 根据中间齿轮轴受力及力矩平衡关系，可得中间齿轮轴左端轴承处的受力：
【主权项】
1. 一种基于轴承受力的转矩检测结构，其特征在于：包括减速器壳体、中间齿轮轴、第 一级从动齿轮、偏心套筒、力传感器、支承轴承；中间轴与第二级主动齿轮作为一体设计成 齿轮轴的形式，第一级从动齿轮与中间齿轮轴通过键联接，中间齿轮轴右端通过轴承内圈 支撑于减速器壳体，左端通过轴承内圈支撑于偏心套筒的内孔。
2. 根据权利要求1所述的一种基于轴承受力的转矩检测结构，其特征在于：中间齿轮 轴右端通过轴承内圈支撑于减速器壳体，左端通过轴承内圈支撑于偏心套筒的内孔；偏心 套筒通过偏心套筒轴承内圈支撑于减速器左壳体；偏心套筒内孔轴线与其外圈轴线并不重 合，两者在中间轴齿轮受到的径向力方向存在偏心距。
3. 根据权利要求2所述的一种基于轴承受力的转矩检测结构，其特征在于：所述径向 力方向既可以沿径向力方向，也可以沿周向力方向。
4. 根据权利要求1所述的一种基于轴承受力的转矩检测结构，其特征在于：力传感器 两端都有螺柱，可分别拧入偏心套筒和减速器壳体相应的螺纹孔内。
5. -种如任一权利要求1至4所述的基于轴承受力的转矩检测方法，当减速器正常工 作时，偏心套筒将受到中间齿轮轴左端轴承、力传感器和偏心套筒轴承的作用，从而始终处 于静止状态，保证减速器的正常传动；力传感器受到的力与减速器输入轴转矩之间为线性 比例关系，力传感器受到的力以电信号的形式输出，经换算后可得到减速器的实时转矩；具 体为： 其中
^--偏心套筒偏心距 zi--输入齿轮轴齿数 Z2第一级从动齿轮齿数 R-2--第一级从动齿轮分度圆半径 --中间齿轮轴分度圆半径 L--中间齿轮轴左右轴承宽度中心距尚 工1--第一级从动齿轮齿宽中心到中间齿轮轴右轴承宽度中心距尚 ^2--第一级从动齿轮齿宽中心到中间齿轮轴右轴承宽度中心距尚 ^一一力传感器轴线到qq连线的距离 比例系数先仅与轮边减速器布置形式、偏心距和齿轮参数有关，当轮边减速器设计确定 后，比例系数*为定值。
【专利摘要】转矩实时信号对电动汽车稳定系统和驱动系统控制具有非常重要的意义，而现在轮边驱动电机的转矩大多采用能量转换法间接换算得到，精度较差。本发明提出了一种基于轴承受力的转矩检测方法，通过将转矩检测机构合理布置于轮边减速器上，在保证基本传动要求的前提下，可检测减速器传递的转矩，并以电信号的形式输出，从而用于驱动系统的控制，具有测量精度高、结构简单、成本低等优点。
【IPC分类】F16H57-023, G01L5-00, F16H57-01
【公开号】CN104806733
【申请号】CN201510129002
【发明人】陈辛波, 杭鹏, 王叶枫, 王弦弦, 王威
【申请人】同济大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月20日