专利名称：测量转轴动态特性的变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及变换器，具体涉及测量转轴动态特性的变换器，该变换器具有两个同心部件，该同心部件支承在同心部件之间的弧形传感器。
背景技术：
已知各种应变测量装置。双梁传感部件是这些已知装置中的装置，这种传感部件包括由平行的隔开梁部件整体连接的分开的端壁部件，这些梁部件仅在一个方向是相当柔性的或者可以弯曲的。端壁中的一个壁一般连接于支承件，而另一端壁在操作上或者直接连接于转轴。
还已知其他装置，这些装置在转轴部件和负载传感器装置之间形成悬臂连接。这种连接的悬臂特性增加了装置的厚度或者宽度，因此增加了安装这种装置所需要的空间。
这种技术的代表是Eddens(1990)提出的美国专利No.4899599，该专利公开一种应变传感装置，用于测量腹板或者带部件上的张力，该腹板或者绞合线部件包括框架部件、轴部件，该轴部件从框架部件伸出，并具有啮合装在该框架部件上的腹板或者绞合线部件，这种应变传感装置将轴的一部分支承在框架部件上。
先有技术的变换器不很紧凑，而且它们也不能用作皮带轮系统的整体部分。
需要的是一种变换器，这种变换器包括同心的同平面部件，这种部件支承位于它们之间的弧形传感部件。需要的是一种变换器，这种变换器可以装在皮带轮中。需要的是一种变换器，这种变换器包括同心的共平面部件，这种同心共平面部件支承配置在它们之间的弧形传感器部件，并具有负载自动准直特性。本发明可以满足这些需要。
发明概要本发明的主要目的是提供一种变换器，这种变换器包括同心共面部件，该同心共面部件支承配置在这些同心共面部件之间的弧形传感器部件。
本发明的另一目的是提供一种可以装在皮带轮中的变换器。
本发明的再一目的是提供一种变换器，该变换器包括同心的共面部件，这些同心共平部件可以支承本配置在这些同心共面部件之间的弧形传感器部件。并具有负载自动准直特性。
通过本发明下面的说明和附图，可以明显看出或者指出本发明的其他方面。
本发明包括一种检测转轴动态特性的变换器。该变换器包括支承在内部部件和外部部件之间的弧形传感器部件，至少一个应变计连接于该弧形传感器部件的表面，从而可以检测由转轴动态特性引起的表面应变。该内部部件、外部部件和弧形传感器部件基本上是共平面的。该内部部件包含将变换器连接于安装表面的装置。该内部部件还包括自动准直部件，从而可以优化传感器的灵敏度。
附图的简要说明包含在本文中构成本说明一部分的附图，示出本发明的优选实施例，该附图与说明相结合可以说明本发明的原理。
图1是变换器的透视图。
图2是变换器的透视图。
图3是变换器传感器环的平面图。
图4A是变换器的平面图。
图4B是沿图4A的B-B线截取的横截面图。
图4C是从图4B的4C-4C线看去的侧视图。
图5变换器的透视分解图。
图6是自动准直部分的局部平面图。
图7是自动准直部分的局部平面图。
优选实施例的详细说明图1是变换器的透视图，该变换器相当紧凑，可以用在皮带轮中，测量转轴负载或者转轴动态特性。这种测量包括测量轮毂负载，因此可以测量皮带张力。轮毂负载是皮带驱动系统中由皮带张力加在皮带轮和其转轴上的负载。该变换器还可以用来测量转轴的振动。
变换器100一般包括弧形内部部件或者轮毂环101、传感器环102和弧形外部部件或者外部环103。轮毂环101包括孔104，该孔起将变换器固定在安装平面上装置的作用。紧固件例如螺栓可以通过孔104啮合轮毂环101，将变换器连接于安装表面。该轮毂环101是相当刚性的，从而形成将变换器连接于安装表面的牢固装置。该轮毂环101还包括将轮毂环固定于安装表面的一体的轴。该轮毂环101由连接部件或者部件108连接于传感器环102。
传感器环102连接在轮毂环101和外部环103之间。传感器环102具有弧形形状，该弧形形状与轮毂环101和外部环103的弧形形状同心配置。在轮毂环、传感器环和外部环之间的同心关系，使得本发明的变换器具有最小的直径，从而更适合用在有限的空间，例如用在皮带轮中。
槽510形成在传感器环102和外部环103之间。槽511形成在传感器环102和内部环101之间。在负载作用下，传感器环102将发生形变，变成细长的形状，或者形成在方向A-A具有长轴而在方向B-B具有短轴的椭圆形状，见图3。槽511的宽度由在负载作用时在方向B-B的传感器环102的总的要求形变确定。槽511的宽度也是传感器环102厚度T的函数。该厚度T由传感器环受到作用的动态状态确定。
至少一个应变计固定在传感器环上，如图3所示。用向量600表示负载的力向量。传感器环102具有充分的形变性，从而可以在轮毂负载作用于轮毂环时，在应变计的位置上如实表现表面的应变。传感器环102通过弧形连接部件512连接于外部环103和部分107。该部分107和连接部件108基本上位于传感环102的相对两侧。用部件512将传感器环102连接于外部环103可以增强传感器环102的形变，因此可以增加沿轴线A-A受到轮毂负载力600作用时传感器环102的表面应变。虽然示出的力向量600具有特定的方向，但是变换器能够检测具有任何方向负载的力向量。当然，总的灵敏度取决于力向量600和应变计位置之间的空间相对关系。
当变换器受到负载作用时，各个部件512局部地与传感器环102一起形变。部件512具有预定的弹簧刚度，该刚度是变换器承受的动态负载的函数，具体是由传感器环承受的动态负载的函数，该预定弹簧刚度又确定各个部件512的弧形形状。
可以看到，在操作期间，传感器环102总是受到振动的作用和周期性负载。这种作用和负载又将应力作用在传感器环102和外部环103之间的连接部分。因此部件512的弧形形状增加了变换器的操作寿命，因为这种形状可以将原本作用在传感器环102和外部环103之间连接部分的应力升高分散，因而可以降低应力的升高。因此，这又尽量降低了在连接部分由应力上升引起的潜在疲劳破裂。
在外部环103上的孔105和106，用于帮助将应变计301和304装在传感器环102上，见图3。
支架500用于安装应变计的信号调节装置。该支架500固定于外部环103。该支架形成为或者浇铸为外部环103的整体部分。
外部环103向装置提供一种增强结构，而且也形成一种使变换器啮合轴承和皮带轮的装置。该外环103可以压配合在皮带轮轴承中，该轴承又与啮合皮带的皮带轮啮合。外部环103具有足够刚性，从而在皮带驱动系统中，允许皮带轮绕变换器进行转动。
轮毂环101、传感器环102和外部环103基本上是共平面的。具体是，各个环同心地一个环嵌套在另一环中。这种环的嵌套可以将本发明装置的厚度降低到最�。佣沟帽浠黄骺梢杂迷谄ご种校缬迷诎沧翱占涫芟拗频南钟衅登岸烁ㄖ璞盖魃�。本发明变换器可以用来代替现有皮带轮系统中的皮带轮，只需要对现有系统进行极少的改变或者完全不改变便可以更新仪表的安装。该变换器还可以用在张紧皮带轮和张紧皮带轮轴上的张紧臂之间的张紧装置上，以便测量轴的动态特性或者张紧装置臂的动态特性。
在优选实施例中，本发明的变换器可以用一整块材料例如金属加工形成。该装置也可以用适当材料例如塑料或者陶瓷铸造形成，这取决于变换器承受的负载。
在另一实施例中，该变换器包括由粘接剂或者螺钉结合起来的三个部分，即轮毂环、传感器环和外部环。在一种实施例中，该轮毂环和外部环包括陶瓷材料，而传感器环包括金属材料。在另一种实施例中，特别是在低负载应用时，该轮毂环和外部环可以包括塑料。该塑料只需要足够大的模量，并具有极好的耐热性，以便能够承受其上安装该环的发动机操作温度。
在另一种实施例中，该传感器环和外部环包括一个单一的加工部分，而轮毂环用螺钉或者粘合剂固定于传感器环。在此实施例中，传感器环和外部环包括金属材料，而轮毂环包括陶瓷材料。在相当低负载情况下，该轮毂环还可以包括塑料。这种塑料只需要具有足够大的模量和具有足够大的耐热性，以便能够承受其上安装该轮毂环的发动机操作温度。
图2是变换器的透视图。该变换器100图中示出装在皮带轮200中。一个或者多个轴承205压配合在外部环103的外周，从而占据内部环103和皮带轮200之间的环形空间。支架用紧固件501和502固定于变换器100。
图3是变换器传感器环的平面图。该传感器环102图中示出具有以完全桥式结构安装在该传感器环上的应变计301、302、303、304。由导线401、402、403和404连接该应变计。导线402和403通到支架500，连接于仪表的导线。应变计301和304通过孔105和106固定于传感器环102。应变计这样配置，使得力向量的轴线A-A垂直于应变计之间的想象线B-B。
图4A是变换器的平面图。这是一个轮毂环101、传感器环102和外部环103分开的实施例，如本文另一处说明的。传感器环102用螺钉203和204固定于外部环103。轮毂环101用螺钉201和202固定于传感器环102。固定这些环的其他装置包括焊接、粘接剂、铆钉，或者在这种技术中已知的其他适当装置。如图所示，螺钉201、202、203和204是相对于轮毂负载轴线配置的。
图4B是沿图4A的4B-4B线截取的横截面图。螺钉201和204在图中示出将传感器环102连接于外部环。支架500提供一种将应变计导线连接于仪表导线的装置，如本说明另外一处所述。
图4C是从图4B的4C-4C线看去的侧视图。螺钉201和204在图中示出将外部环103连接于传感器环102。
图5是变换器的透视分解图。轴承205加压装在变换器100的外部环103上。然后再将皮带轮200加压装在轴承205上。
图6是自动准直部分的局部平面图。为了优化变换器灵敏度，最好根据轮毂负载力向量600配置传感器环，使得力向量600与轴线A-A准直，由此可以使应变计与轴线B-B准直，见图3。采用自动准直部件700便可以实现这一目的。
具体是，在内部环的孔104中配置偏心的自动准直部件700。偏心部件700只是作为一个例子，不具有限制性，该偏心部件加压安装到孔104中。还可以看到，该部件700也可以完全是弧形内部部件101的整体部件，即该弧形内部部件包含具有中心705的孔701，该中心与变换器的几何中心不重合。
偏心部件700包括孔701。孔701的中心705偏心配置，与偏心部件几何中心704分开一段距离。该偏心部件几何中心704与变换器的几何中心和传感器环的几何中心仍然是重合的。轴承702压在孔701中。紧固部件703例如螺栓伸过该轴承702并固定该轴承，由此使变换器固定于安装表面(未示出)。利用轴承702的作用，变换器可以绕紧固件703自由转动。
在例示的情况下，图中示出轮毂负载力向量600作用于变换器。该轮毂负载力是张紧皮带BT引起的。在例示的情况下，力向量600起初侧向偏离中心孔705一段距离D。在加上轮毂负载力600以后，部件700的自动准直装置便操作，使得与变换器正确地准直。具体是，距离D起一种杠杆的作用，该杠杆使得转矩作用在偏心部件700上。该转矩使偏心部件700，因而使变换器100和传感器环102绕轴承702转动，直到力向量600与中心705重合，由此可以消除自动准直的转矩和恢复平衡。不管力向量600的方向如何，均可以应用这种自动准直的操作方式。
图7是自动准直部分的局部平面图。力向量与孔中心705重合。这种取向导致应变计301、302、303和304处于最佳的检测位置，即与轴线B-B重合。
可以看出，变换器可以装有或者不装有如图6和7所述的自动准直部件700。采用自动准直部件700取决于要求的变换器灵敏度。这也部分取决于操作期间力向量600的移动范围。变换器的灵敏度是应变计与负载力向量600准直程度的函数。例如，本发明的变换器用于力向量600位于很窄方向范围的惰轮上，则不太需要自动准直部件。在另一种情况下，当变换器用在由于张紧臂运动而具有相当大运动范围的张紧装置上时，应用自动准直部件有利于保持变换器需要的灵敏度。
虽然本文中已说明本发明的各种形式，但是技术人员可以明显看出，可以在结构上和部件的相对关系上进行改变，而不违背本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种变换器，包括外部部件；内部部件；用于检测应变的弧形传感器件；该弧形传感器部件支承在外部部件和内部部件之间；该外部部件和内部部件是共平面的。
2.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，还包括至少一个应变计，该应变计配置在弧形传感器部件的表面。
3.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，该弧形传感器部件、外部部件和内部部件是共平面的。
4.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，该内部部件是一种将内部部件连接于安装表面的装置。
5.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，该外部部件和内部部件是同心的。
6.一种变换器，包括外部部件；内部部件；检测应变的弧形传感器部件；该弧形传感器部件配置在外部部件和内部部件之间；至少一个应变计，该应变计配置在弧形传感器部件的表面上；该外部部件和内部部件是共平面的。
7.如权利要求6所述的变换器，其特征在于，该弧形传感器部件、外部部件和内部部件是共平面的。
8.如权利要求6所述的变换器，其特征在于，该内部部件是一种将该内部部件连接于安装表面的装置。
9.如权利要求6所述的变换器，其特征在于，该外部部件和内部部件是同心的。
10.一种变换器，包括外部部件；内部部件；检测应变的弧形传感器部件；该弧形传感器部件在第一位置连接于外部部件，而在第二位置连接于内部部件；第一位置和第二位置基本上位于该弧形传感器部件的相对两侧；该外部部件和内部部件是共平面的。
11.如权利要求10所述的变换器，其特征在于，还包括至少一个应变计，该应变计配置在弧形传感器部件的表面上。
12.如权利要求10所述的变换器，其特征在于，该弧形传感器部件、外部部件和内部部件是共平面的。
13.如权利要求10所述的变换器，其特征在于，该内部部件具有孔。
14.如权利要求10所述的变换器，其特征在于，该外部部件和内部部件是同心的。
15.一种传感器，包括弧形外部部件；弧形内部部件；用于检测应变的传感器部件；该弧形传感器部件连接在该弧形外部部件和弧形内部部件之间；至少一个应变计，该应变计配置在弧形传感器部件的表面上；该弧形外部部件和弧形内部部件是共平面的。
16.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，该弧形传感器、弧形外部部件和弧形内部部件是共平面的。
17.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，该弧形内部部件具有孔。
18.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，该弧形外部部件和弧形内部部件是同心的。
19.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，还包括在弧形传感器环和弧形外部环之间的弧形连接部件。
20.一种传感器，包括弧形外部部件；弧形内部部件；用于检测应变的弧形传感器部件；该弧形传感器部件连接在弧形外部部件和弧形内部部件之间，弧形连接部件连接弧形传感器环和弧形外部环；该弧形外部部件和弧形内部部件是共平面的。
21.如权利要求20所述的传感器，其特征在于，还包括至少一个应变计，该应变计配置在弧形传感器部件的表面上。
22.如权利要求20所述的传感器，其特征在于，该弧形传感器部件、弧形外部部件和弧形内部部件是共平面的。
23.如权利要求20所述的传感器，其特征在于，该弧形内部部件具有孔。
24.如权利要求20所述的传感器，其特征在于，该弧形外部部件和弧形内部部件是同心的。
25.一种传感器，包括弧形外部部件；弧形内部部件；用于检测应变的弧形传感器部件；该弧形传感器部件连接在该弧形外部部件和弧形内部部件之间；至少一个应变计，配置在弧形传感器部件的表面上；该弧形外部部件和弧形内部部件是共平面的；该弧形内部部件包括偏离传感器中心的孔，因此传感器可以绕传感器中心偏心转动。
26.如权利要求25所述的传感器，其特征在于，该弧形传感器部件、弧形外部部件和弧形内部部件是共平面的。
27.如权利要求25所述的传感器，其特征在于，该弧形内部部件具有孔。
28.如权利要求25所述的传感器，其特征在于，该弧形外部部件和弧形内部部件是同心的。
29.如权利要求25所述的传感器，其特征在于，还包括位于弧形传感器环和弧形外部环之间的弧形连接部件。
30.如权利要求25所述的传感器，其特征在于，还包括在偏心孔中配置的轴承，该轴承用于啮合紧固件。
全文摘要
一种检测转轴动态特性的变换器(100)。该变换器包括支承在内部部件(101)和外部部件(103)之间的弧形传感器部件(102)。至少一个应变计固定在该弧形传感器部件(102)上，以便检测由转轴动态特性引起的表面应变。该内部部件、外部部件和弧形传感器部件基本上是共平面的。该内部部件包括用于将变换器固定于安装表面的装置。该内部部件还包括优化传感器灵敏度的自动准直装置。
文档编号G01L1/22GK1685206SQ03823330
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月16日 优先权日2002年9月30日
发明者刘克铭, 苑静, I·阿里 申请人:盖茨公司
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