一种扭矩传感器的制作方法

本实用新型属于扭矩传感器技术领域，具体涉及一种扭矩传感器。

背景技术：

扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。通过扭矩传感器对运动过程中的扭转力矩进行感知检测，可极大程度上对运动状态进行反馈，便于人们对机械运动过程的控制，合理分配运转部件的工作力矩，将运动过程的能耗进行更加精确的控制分配；在合理的范围内，减少运转部件的挤压、碰撞等情况，保护运转部件，延长其使用寿命。

扭矩传感器目前已经广泛应用于旋转动力系统，主要包括非接触式扭矩传感器和应变片扭矩传感器。其中使用较为广泛的扭转角相位差式传感器，其优点是实现了转矩信号的非接触传递，检测信号为数字信号；但也存在难以克服的缺点：体积较大，不易安装，低转速时由于脉冲波的前后沿较缓不易比较，因此低速性能不理想。应变片类的扭矩传感器由于设置导电滑环来传递旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出，但导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。

因此，在本领域至少存在上述技术问题亟待解决，需要提出更为合理的技术方案，解决以上技术问题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种扭矩传感器，旨在通过设置力敏传感器与旋转体配合，通过简单实用的结构实现力矩的测量；其体积小，便于安装使用，能应用于检测低速甚至静止状态下的扭矩，也能够达到长时寿命。

为了实现上述效果，本实用新型所采用的技术方案为：

一种扭矩传感器，包括壳体，壳体的内部为方形的应变腔；壳体连接旋转体，旋转体的一端伸入应变腔且连接测试头；所述的测试头为方形结构件且与旋转体同轴转动，测试头与应变腔之间预留间隙；应变腔的至少一组相邻侧壁面上设有力敏传感器组，该组相邻侧壁面中的每一个侧壁面上均设有一个力敏传感器；所述力敏传感器与测试头之间设有接触压片。

本实用新型通过旋转体带动测试头，使测试头具有转动的趋势，在该趋势下测试头对力敏传感器施加压力，从而得出在该力敏传感器的方向上力的大小，并以电信号的方式传递给后台处理器进行计算处理。

进一步的，在安装测试头时，测试头需要在应变腔内保持相对稳定，保证测试头与力敏传感器接触良好可靠，故对上述技术方案进行优化：所述的壳体包括外圈，外圈内的应变腔为阶梯型的通孔，通孔包括同轴心设置的第一级孔和第二级孔，第一级孔的孔径大于第二级孔的尺孔径；且测试头设置在第一级孔内，测试头的尺寸大于第二级孔的通过孔径。测试头在第一级孔内保持相对稳定，并不发生轴向位移。

进一步的，扭矩传感器的安装角度多样，为保证在多种角度下均能使测试头保持稳定，对上述技术方案进行优化：所述的壳体还包括压圈，压圈设置在外圈上并贴于第一级孔的孔口处，压圈的内径小于第一级孔的孔径。如此即可保证在扭矩传感器发生多角度的倾斜或者倒置时，测试头能够保持在第一级孔内的相对稳定。

进一步的，外圈的形状为方形，在旋转体转动时，带动测试头转动，为简化力矩的计算过程，提高测试的精度，对上述技术方案进一步优化：所述的第一级孔和第二级孔均为正方形孔，且第一级孔的深度大于第二级孔的深度。旋转体、测试头的转动轴心先与第一级孔和第二级孔的轴心重合，则测试头对第一级孔的两个相邻侧壁面产生力的作用时，该力在对应方向上产生力的效果相同。

进一步的，所述的第一级孔的孔壁上设置有用于容纳力敏传感器的探槽。通过探槽对力敏传感器进行固定，使测试头与力敏传感器的接触更加准确稳定，测试的结果准确性更高。

进一步的，测试头与力敏传感器的接触为面接触，接触面上的受力均衡，故对上述技术方案进行优化：所述的探槽为圆形槽，且相邻的两个探槽距离侧壁面拐角边的距离相等，且探槽与拐角边的距离小于探槽与该侧壁面另外一条边缘的距离。

再进一步，在安装力敏传感器时，力敏传感器的感应区一般置于探槽内，其传输区需要连接至外部处理设备，故对上述技术方案进行优化：所述外圈的端面上设有方形孔，方形孔与探槽的位置一一对应，且方形孔连通探槽。方形孔的长度与探槽的直径相等。

进一步的，在上述方案的基础上，可采取一种优选的技术方案：即所述的力敏传感器为薄膜压电式力敏传感器，薄膜压电式力敏传感器的感应区位于探槽内，其传输区从方形孔中穿出。

再进一步，当设置的力敏传感器为薄膜压电式传感器时，为确保测试头与力敏传感器接触感应良好，将所述的接触压片设置于探槽内，且接触压片位于测试头与感应区之间，接触压片将测试头的压力传递给感应区。

再进一步，当设置的力敏传感器为薄膜压电式传感器时，传感器的两面均需要平整的面接触，方能保证受力均衡，才能达到精确测量的结果，故对上述技术方案进行优化，在所述探槽的槽底设置有接触垫片，所述的外圈侧壁面上设置有螺纹孔，螺纹孔内设有调节螺钉，调节螺钉抵紧接触垫片，使得接触垫片与接触压片将感应区夹紧。当测试头处产生转动趋势时，通过接触压片将力传递至感应区，由力敏传感器测试产生电信号，而接触垫片作为底部衬托，确保里面传感器的平整面接触。在里面传感器与测试头之间的距离较大的情况下，可通过调整螺钉调节接触垫片，将力敏传感器往接近测试头的方向推进，将传感器与测试头之间的距离调整到最佳。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过设置壳体与力敏传感器结合，利用旋转体带动测试头与力敏传感器之间产生力的作用，进而生成对应的电信号，实现转矩的测试；与现有技术相比，本实用新型能够应用于低转速情景的转矩测试，同时不存在滑动摩擦，磨损小，使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本实用新型的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型俯视时的结构示意图。

图3是本实用新型正视时的结构示意图。

图4是本实用新型的分解结构示意图。

图5是外圈的结构示意图。

图6是压圈的结构示意图。

图中：1-旋转体；2-外圈；201-螺纹孔；202-第一级孔；203-第二级孔；3-压圈；4-测试头；5-方形孔；6-探槽；7-感应区；8-接触垫片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步阐释。

实施例1：

如图1～图6所示，本实施例公开了一种扭矩传感器，包括壳体，壳体的内部为方形的应变腔；壳体连接旋转体1，旋转体的一端伸入应变腔且连接测试头4；所述的测试头为方形结构件且与旋转体同轴转动，测试头与应变腔之间预留间隙；应变腔的一组相邻侧壁面上设有力敏传感器组，该组相邻侧壁面中的两个侧壁面上均设有一个力敏传感器；所述力敏传感器与测试头之间设有接触压片。

在本实施例中，壳体采用聚氨酯材料，经压模工艺一体成型；壳体的整体尺寸可根据实际需要进行设计。

本实用新型通过旋转体带动测试头，使测试头具有转动的趋势，在该趋势下测试头对力敏传感器施加压力，从而得出在该力敏传感器的方向上力的大小，并以电信号的方式传递给后台处理器进行计算处理。

在安装测试头时，测试头需要在应变腔内保持相对稳定，保证测试头与力敏传感器接触良好可靠，故对上述技术方案进行优化：所述的壳体包括方形的外圈2，外圈内的应变腔为阶梯型的通孔，通孔包括同轴心设置的第一级孔202和第二级孔203，第一级孔的孔径大于第二级孔的尺孔径；且测试头设置在第一级孔内，测试头的尺寸大于第二级孔的通过孔径。测试头在第一级孔内保持相对稳定，并不发生轴向位移。

扭矩传感器的安装角度多样，为保证在多种角度下均能使测试头保持稳定，对上述技术方案进行优化：所述的壳体还包括方形的压圈，压圈设置在外圈上并贴于第一级孔的孔口处，压圈的内径小于第一级孔的孔径；压圈上设有螺孔，通过螺丝将压圈固定到外圈上。如此即可保证在扭矩传感器发生多角度的倾斜或者倒置时，测试头能够保持在第一级孔内的相对稳定。

外圈的形状为方形，在旋转体转动时，带动测试头转动，为简化力矩的计算过程，提高测试的精度，对上述技术方案进一步优化：所述的第一级孔和第二级孔均为正方形孔，且第一级孔的深度大于第二级孔的深度。旋转体、测试头的转动轴心先与第一级孔和第二级孔的轴心重合，则测试头对第一级孔的两个相邻侧壁面产生力的作用时，该力在对应方向上产生力的效果相同。

在本实施例中，外圈的侧壁在第一级孔处对应的厚度为外圈边长的六分之一，外圈的侧壁在第二级孔处对应的厚度为外圈边长的四分之一。

所述的第一级孔的孔壁上设置有用于容纳力敏传感器的探槽。通过探槽对力敏传感器进行固定，使测试头与力敏传感器的接触更加准确稳定，测试的结果准确性更高。

测试头与力敏传感器的接触为面接触，接触面上的受力均衡，故对上述技术方案进行优化：所述的探槽为圆形槽，且相邻的两个探槽距离侧壁面拐角边的距离相等，且探槽与拐角边的距离小于探槽与该侧壁面另外一条边缘的距离。具体的，探槽的直径为第一级孔边长的四分之一，探槽距离拐角边的最短距离为第一级孔边长的八分之一。

在安装力敏传感器时，力敏传感器的感应区一般置于探槽内，其传输区需要连接至外部处理设备，故对上述技术方案进行优化：所述外圈的端面上设有方形孔，方形孔与探槽的位置一一对应，且方形孔连通探槽。方形孔的长度与探槽的直径相等。

在上述方案的基础上，本实施例采取一种优选的技术方案：即所述的力敏传感器为薄膜压电式力敏传感器，薄膜压电式力敏传感器的感应区位于探槽内，其传输区从方形孔中穿出。

为确保测试头与力敏传感器接触感应良好，将所述的接触压片设置于探槽内，且接触压片位于测试头与感应区之间，接触压片将测试头的压力传递给感应区。

在本实施例中，接触压片为圆形，接触压片的一个端面位于探槽内，另一个端面与测试头接触，且接触压片采用聚氨酯材料制成，其与薄膜压电式力敏传感器接触的平面为光面。

传感器的两面均需要平整的面接触，方能保证受力均衡，才能达到精确测量的结果，故对上述技术方案进行优化，在所述探槽的槽底设置有接触垫片，所述的外圈侧壁面上设置有螺纹孔201，螺纹孔内设有调节螺钉，调节螺钉抵紧接触垫片8，使得接触垫片与接触压片将感应区夹紧。当测试头处产生转动趋势时，通过接触压片将力传递至感应区，由力敏传感器测试产生电信号，而接触垫片作为底部衬托，确保里面传感器的平整面接触。在里面传感器与测试头之间的距离较大的情况下，可通过调整螺钉调节接触垫片，将力敏传感器往接近测试头的方向推进，将传感器与测试头之间的距离调整到最佳。

在本实施例中，接触垫片为方形或者圆形，采用聚氨酯材料制成，其与薄膜压电式力敏传感器接触的平面为光面。

实施例2：

本实施例公开了一种扭矩传感器，包括壳体，壳体的内部为方形的应变腔；壳体连接旋转体，旋转体的一端伸入应变腔且连接测试头；所述的测试头为方形结构件且与旋转体同轴转动，测试头与应变腔之间预留间隙；应变腔的一组相邻侧壁面上设有力敏传感器组，该组相邻侧壁面中的两个侧壁面上均设有一个力敏传感器；所述力敏传感器与测试头之间设有接触压片。

本实施例采用了与实施例1中不同的技术方案，具体不同之处在于：

应变腔对角线上的两组相邻侧壁面上均设有力敏传感器组，每个力敏传感器组包括两个薄膜式压电力敏传感器。

这样设置的意义在于，增加一组力敏传感器可使测试头在第一级孔内的安装更加稳定，也可便于提高转矩检测的精度。

本实施例中其他部件的结构和连接关系与实施例1中相同，此处就不再赘述。

以上即为本实用新型列举的几种实施方式，但本实用新型不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。