智能数显扭矩起子的制作方法

本实用新型涉及起子技术领域，具体涉及一种能够显示扭矩的起子，适用于高精度精密仪器的螺钉安装。

背景技术：

随着我国机械行业整体技术装备水平的提高，在许多仪器设备制造中，特别是精密仪器制造中，对作为基本联接件的螺钉使用提出较高的要求，即必须控制和知道扭矩的大小。现有的办法仅是凭手感觉和经验，无法精确控制和知道扭矩的大小，针对这种情况设计出一种能精确测量扭矩的起子，该种起子精度高，抗干扰性好。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一中智能数显扭矩起子，此起子能够精确的显示在拧紧螺钉过程中的扭矩，进而满足精密仪器的螺钉拧紧作业。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：智能数显扭矩起子，它包括起子本体、扭矩检测装置和信号转换装置；

所述起子本体包括螺丝刀头，所述螺丝刀头安装在起子杆轴的前端，所述起子杆轴通过锁紧螺母固定安装在手柄的前端；

所述扭矩检测装置包括第一电阻应变计、第二电阻应变计、第三电阻应变计和第四电阻应变计，其中所述第二电阻应变计和第四电阻应变计贴在起子杆轴上并与杆轴轴线成135度角；所述第一电阻应变计和第三电阻应变计贴在起子杆轴上并与杆轴轴线成45度角；四个所述电阻应变计均布在起子杆轴的外缘；

所述信号转换装置包括第一信号放大电路，所述第一信号放大电路的输入端与扭矩检测装置的电压信号输出端相连，所述第一信号放大电路的输出端与检波电路相连，所述检波电路与第二信号放大电路的输入端相连，所述第二信号放大电路的输出端与滤波电路相连，所述滤波电路与第三信号放大电路相连，所述第三信号放大电路输出直流信号，直流信号通过A/D转换器与液晶显示器相连。

所述手柄的尾部水平插装有加力杆。

所述第一电阻应变计、第二电阻应变计、第三电阻应变计和第四电阻应变计之间通过线路相连构成电桥结构，并通过共桥电源提供电压。

所述第一电阻应变计、第二电阻应变计、第三电阻应变计和第四电阻应变计的型号和阻值相同。

所述第一信号放大电路、第二信号放大电路和第三信号放大电路都采用ICL7650高增益放大器。

所述A/D转换器采用ADC0809型号转换器。

本实用新型有如下有益效果：

通过采用上述的装置能够将起子拧紧作业过程中所。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的扭矩检测装置在杆轴上的布置结构示意图。

图3为本实用新型的扭矩检测装置构成电桥的结构示意图。

图4为本实用新型的信号转换装置结构示意图。

图5为本实用新型的起子轴杆受力分析原理图。

图中：螺丝刀头1、起子杆轴2、扭矩检测装置3、锁紧螺母4、手柄5、加力杆6、共桥电源7、第一信号放大电路8、检波电路9、第二信号放大电路10、滤波电路11、第三信号放大电路12、A/D转换器13、液晶显示器14；

第一电阻应变计301、第二电阻应变计302、第三电阻应变计303、第四电阻应变计304。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

如图1-4，智能数显扭矩起子，它包括起子本体、扭矩检测装置3和信号转换装置；

进一步的，所述起子本体包括螺丝刀头1，所述螺丝刀头1安装在起子杆轴2的前端，所述起子杆轴2通过锁紧螺母4固定安装在手柄5的前端；

进一步的，所述扭矩检测装置3包括第一电阻应变计301、第二电阻应变计302、第三电阻应变计303和第四电阻应变计304，其中所述第二电阻应变计302和第四电阻应变计304贴在起子杆轴2上并与杆轴轴线成135度角；所述第一电阻应变计301和第三电阻应变计303贴在起子杆轴2上并与杆轴轴线成45度角；四个所述电阻应变计均布在起子杆轴2的外缘；

进一步的，所述信号转换装置包括第一信号放大电路8，所述第一信号放大电路8的输入端与扭矩检测装置3的电压信号输出端相连，所述第一信号放大电路8的输出端与检波电路9相连，所述检波电路9与第二信号放大电路10的输入端相连，所述第二信号放大电路10的输出端与滤波电路11相连，所述滤波电路11与第三信号放大电路12相连，所述第三信号放大电路12输出直流信号，直流信号通过A/D转换器13与液晶显示器14相连。

进一步的，所述手柄5的尾部水平插装有加力杆6。

进一步的，所述第一电阻应变计301、第二电阻应变计302、第三电阻应变计303和第四电阻应变计304之间通过线路相连构成电桥结构，并通过共桥电源7提供电压。

进一步的，所述第一电阻应变计301、第二电阻应变计302、第三电阻应变计303和第四电阻应变计304的型号和阻值相同。

进一步的，所述第一信号放大电路8、第二信号放大电路10和第三信号放大电路12都采用ICL7650高增益放大器。

进一步的，所述A/D转换器13采用ADC0809型号转换器。

本实用新型的工作过程和工作原理：

一、圆杆受力分析

起子在使用时主要受扭矩作用。杆轴在扭矩作用下，轴将产生变形，轴上会有应力和应变产生。受扭圆杆截面产生的应力如图5中（a）。

此剪应力是按照直线规律变化的，在轴的表面处最大，而在中心处为零。现用通过圆轴的径向截面和两个横截面从圆杆表面上取出一个单元体A来研究，如图5中（b），单元体在与杆轴成45°和135°的斜面上，只有法向应力。此法向应力为主应力，其数值等于剪应力。截下一个如图5中（b）所示的应力体B，此应力体在一个方向上受拉伸，另一个方向上受压缩。因此圆杆扭转时，在杆的表面处将用最大拉应力σ₁和压应力σ₂。由材料力学可知：

τ_J= Gγ_J=Mρ/I_J （1）

式中：τ_J为剪应力；γ_J为剪应变；I_J为极惯性矩；ρ为圆杆半径；G为剪切弹性模量；M为扭矩，所以：

γ_J=Mρ/GI_J （2）

由式（2）可知，圆杆在纯扭转变形时，如半径ρ值给定，则扭矩M与剪应变成正比。

二、电阻应变计的测量原理

将4个同型号同阻值的电阻应变计按图2所示进行布成置；R2、R4贴在与杆轴轴线成135°，R1、R3贴在与杆轴轴线成45°。

图2为起子杆轴表面的展开图，2πρ为表面周长。

起子杆轴扭转时，应变计产生的应变与轴产生的应变相同，并在轴的同一截面上，R₁、R₃产生拉应变，R₂、R₄产生压应变，拉、压应变的绝对值相等，各应变计上的应变分别为：

ε₁= ε₃= ε_M+ ε_T （3）

ε₂= ε₄=- ε_M+ ε_T （4）

式中：ε₁，ε₂，ε₃，ε₄分别为应变计R₁、R₃、R₂、R₄的应变值；ε_T表示温度变化引起的应变；ε_M表示扭矩变化引起的应变。

应变与电阻相对变化的关系为：

ΔR/R= Kε （5）

4个应变计的电阻选用同型号、同阻值的，所以电阻相对变化为：

ΔR₁/R=ΔR₃/R= K(ε_M+ ε_T) （6）

ΔR2/R=ΔR4/R= K(-ε_M+ ε_T) （7）

式中：R为电阻应变计的电阻值；K为电阻应变计的灵敏系数，把4个电阻应变计连成如图3所示的电桥形式。

若共桥电压为U₀，此时电桥的输出电压为：

U_Y= U₀/4（ΔR₁/R-ΔR2/R +ΔR₃/R -ΔR4/R)= U₀K （8）

γ_J= U₀KMρ/GI_J （9）

由上式可知，通过测量电桥输出电压U_Y就可知被测扭矩M的大小。并且由于是全桥工作，不仅消除了温度应变的影响，还提高了灵敏度，所以该种设计精度高，抗干扰性好。

三、数显起子的工作原理

将杆轴设计成起子，并在起子杆轴处按图2所示贴上4个电阻应变计，按图3所示接成电桥，即接成全桥形式。当起子工作时，外力矩M将使起子产生扭转变形。由于电阻应变计与起子贴在一起，故应变计产生的应变与起子产生的应变相同。通过电桥，将应变计电阻的变化转化为电压的变化，通过后续电路的放大、相敏检波、低通A/D转换给液晶显示器，将扭矩M的大小以十进制形式显示出来。

1、信号转换电路

应变电桥输出电压较小，必须将它转换为可利用的直流信号才能显示，这就需要对上面得到的电压进行一系列的处理，也就是检波和滤波以及放大的过程，如图4所示，自制的变换电路，信号先放大，用10KHz载波调制，4066检波，经3次放大、滤波，信号基本接近直流。

2、差动放大器

为了排除上述因素影响，更准确的选择判别电压，满足工程实际需要，采用差动放大。差动放大器的输出信号电压与输入信号电压之差成比例，它能够完成减法运算，从信号中提取并放大差模信号，具有较高的输入阻抗和共模抑制比，这样能较好的消除干扰。为此采用ICL7650高增益放大器。

3、滤波器

传感器电阻应变计周围存在噪声源，频率较高，而被测信号扭矩较低，它与被测信号叠加进入放大电路，滤波器按照频率把信号区分开，取出有用信号，对其它频率信号进行衰减。由于扭矩信号在动态采样时频率较低，再用低通滤波，把低频信号取出来。

4、A/D转换

经过上面处理过的信号是0~5V的模拟信号，必须进行A/D转换，才能显示出来。测控系统采用的A/D转换器型号是ADC0809。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。