傳感器的選擇一般的應(yīng)變式動(dòng)態(tài)扭矩傳感器主要是集流環(huán)式， 它的主要結(jié)構(gòu)是傳感器中間有一根回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的扭力軸，并且在扭力軸上貼有應(yīng)變片。為了將應(yīng)變信號(hào)輸出，碳刷集流環(huán)方式信號(hào)輸出的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器往往采用碳刷與集流環(huán)形式， 將應(yīng)變信號(hào)從運(yùn)動(dòng)的扭力軸傳送到固定的外殼上的碳刷集環(huán)方式信號(hào)輸出的動(dòng)態(tài)傳感器。由于集流環(huán)和電刷之間是相互運(yùn)動(dòng)， 因而有可能產(chǎn)生跳動(dòng)和共振現(xiàn)象， 使電刷和集流環(huán)產(chǎn)生急速磨損，縮短了電刷與集流環(huán)的使用壽命， 并且增加了電刷與集流環(huán)之間的接觸電阻， 影響了信號(hào)的輸出質(zhì)量。根據(jù)有關(guān)資料介紹， 銀鎳合金集流環(huán)和銀石墨電刷的使用壽命一般在3 ×108 —6 ×108 轉(zhuǎn)之間。根據(jù)使用轉(zhuǎn)速情況不同， 動(dòng)態(tài)扭矩傳感器的使用壽命一般在半年至一年半之間。以上講的是實(shí)驗(yàn)室壽命， 實(shí)際上使用壽命有可能更短些。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出采用靜動(dòng)態(tài)圓管形扭矩傳感器的設(shè)計(jì)方案。

　　靜動(dòng)態(tài)扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)原理

　　在固定不動(dòng)的套管式傳感器2 （ 外殼） 上貼有應(yīng)變片，而旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)軸1 通過(guò)固定不動(dòng)的套管式傳感器2 ，傳動(dòng)軸1 的一端與變速箱6 內(nèi)的行星齒輪系或步進(jìn)電機(jī)7 的轉(zhuǎn)子連成一體， 另一端與扭矩負(fù)載相連; 套管式傳感器2 的一端與變速箱6 、步進(jìn)電機(jī)7 的外殼（定子） 連成一體，另一端由套管式傳感器2 的端部與機(jī)架固定。當(dāng)套管式扭矩傳感器2 內(nèi)的傳動(dòng)軸1 ，在步進(jìn)電機(jī)7 的帶動(dòng)下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 此時(shí)， 當(dāng)傳動(dòng)軸1 的另一端受到扭矩負(fù)載時(shí)， 而步進(jìn)電機(jī)7 的轉(zhuǎn)子必然產(chǎn)生一個(gè)大小相等， 方向相反的作用力傳遞給步進(jìn)電機(jī)7 的定子（外殼） 上， 步進(jìn)電機(jī)7 的外殼再將這個(gè)力傳遞給變速箱6 的外殼， 變速箱6 外殼再將這個(gè)力傳遞給套管式扭矩傳感器2 ，使套管式扭矩傳感器2 的應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變信號(hào)， 然后直接將這個(gè)信號(hào)從接線(xiàn)盒8 上輸出，達(dá)到利用靜態(tài)的、不運(yùn)動(dòng)的套管式扭矩傳感器， 測(cè)出運(yùn)動(dòng)中或運(yùn)動(dòng)后的扭矩大小的目的。

　　傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)圖

　　在這里必須指出的是， 在套管式扭矩傳感器2 的外殼與變速箱6 及步進(jìn)電機(jī)7 的外殼（定子） 相連的方，必須采用圓周端面齒相連的方式。外面用細(xì)牙螺紋將兩個(gè)機(jī)件緊緊相連， 以消除機(jī)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的微量角度位移， 以防止套管式扭矩傳感器的上應(yīng)變片信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)。可以看出，利用本方案設(shè)計(jì)的靜動(dòng)態(tài)扭矩傳感器， 無(wú)接觸式電刷2集流環(huán)的影響， 從而可以達(dá)到提高扭矩傳感器的使用壽命，并且簡(jiǎn)化制造過(guò)程， 不但能解決旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測(cè)量問(wèn)題， 而且可以方便的解決各種動(dòng)態(tài)扭矩螺栓裝配機(jī)的扭矩控制和測(cè)量問(wèn)題。

　　靜動(dòng)態(tài)扭矩傳感器原理對(duì)圓管形扭力軸的應(yīng)變：

　　ξ45°= -ξ135°=8 M/［（π/ d3）G］［1/（1 –d４0/ d４）］對(duì)圓柱管形扭力軸的外徑d：

　　式中：α為圓管形扭力軸的內(nèi)、外徑之比α= d0/ d; M 為額定的工作扭矩， N·m G 為材料的彈性模量， Pa d 為扭力軸的外徑， m ［τ］為扭力軸的材料的許可應(yīng)為力， Pa （N/ m2） 。扭力軸材料的許可應(yīng)力［τ］一般可取材料抗拉強(qiáng)度σb 的10 %～20 % 。扭力軸的直徑確定以后， 可按扭力軸變形角υ的要求，計(jì)算扭力軸的工作長(zhǎng)度。扭力軸的變形角一般取υ≈015°～1°之間， 約0101rad～0104rad 之間。

　　對(duì)圓管形扭力軸的長(zhǎng)度：

　　式中：υ為扭力軸的扭轉(zhuǎn)變形角。然后再根據(jù)以下公式求出圓管形扭矩傳感器的內(nèi)徑d0= ad 最后根據(jù)以上公式求出圓管形扭矩傳感器扭力軸的工作長(zhǎng)度L 。經(jīng)過(guò)反復(fù)的校對(duì)和計(jì)算， 畫(huà)出草圖， ，經(jīng)過(guò)靜校及使用， 最后才能確定圓管形扭矩傳感器的扭力軸的各部分尺寸套管式扭矩傳感器的材料一般可以選用Cr12MoV 或0Cr17Ni4Cu4Nb 。

　　圓管形扭矩傳感器的靜校方法

　　1、只要在圓管形扭矩傳感器的兩端安裝上輸入輸出部分的連接裝置， 在輸入輸出部分的連接裝置上可以施加砝碼或使用標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器施加標(biāo)準(zhǔn)扭矩， 就可以對(duì)圓管形扭矩傳感器進(jìn)行校正。一般按國(guó)家檢定規(guī)程對(duì)圓管形扭矩傳感器進(jìn)行檢定。

　　2、靜動(dòng)態(tài)扭矩傳感器取消了電刷和集流環(huán)， 因此粘貼在試件表面上的應(yīng)變片的使用壽命就是傳感器的使用壽命。在恒定幅值的應(yīng)變力作用下可以連續(xù)不斷的工作，而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)， 就是應(yīng)變片的使用壽命。據(jù)有關(guān)資料介紹應(yīng)變片在500Hz 的動(dòng)載荷作用下，循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到106 ～107 之間。在扭矩傳感器使用過(guò)程中，一般交變載荷使用的非常少。與電刷2集流環(huán)式扭矩傳感器相比， 如果按時(shí)間計(jì)算無(wú)電刷2集流環(huán)式傳感器使用壽命可達(dá)2～3 年以上， 與電刷集流環(huán)式扭矩傳感器相比可以提高使用壽命2～3 倍以上。