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電位計式扭矩傳感器的概念


電位計式扭矩傳感器主要可以分為旋臂式、雙級行星齒輪式、扭桿式。其中扭桿式測量結構簡單、可靠性能相對比較高,在早期應用比較多。

1.EPS中扭桿式扭矩傳感器
EPS中扭桿式扭矩傳感器器的結構、原理扭桿式扭矩傳感器主要由扭桿彈簧、轉角-位移變換器、電位計組成。扭桿彈簧主要作用是檢測司機作用在方向盤上的扭矩,并將其轉化成相應的轉角值。轉角-位移變換器是一對螺旋機構,將扭桿彈簧兩端的相對轉角轉化為滑動套的軸向位移,由剛球、螺旋槽和滑塊組成?;瑝K相對于輸入軸可以在螺旋方向上移動,同時滑塊通過一個銷安裝到輸出軸上,可以相對于輸出軸在垂直方向上移動。因此,當輸入軸相對于輸出軸轉動時,滑塊按照輸入軸的旋轉方向和相對于輸出軸的旋轉量,垂直移動。當轉動方向盤的時候,鈕矩被傳遞到扭力桿,輸入軸相對于輸出軸方向出現偏差。該偏差是滑塊出現移動,這些軸方向的移動轉化為電位計的杠桿旋轉角度,滑動觸點在電阻線上的移動使電位計的電阻值隨之變化,電阻的變化通過電位計轉化為電壓。這樣扭矩信號就轉化為了電壓信號。

2.扭桿式扭矩傳感器的設計
扭桿是整個扭桿扭矩傳感器的重要部件,因而扭桿式扭矩傳感器的設計關鍵是扭桿的設計。扭桿通過細齒形漸開線花鍵和方向盤軸連接,另外的一端通過徑向銷(直徑D)與轉向輸出軸連接,基本結構如圖2所示。圖2圓柱截面扭桿結構圖扭桿細齒形漸開線花鍵端部結構外直徑d0=(1.15~1.25)d,長度L=(0.5~0.7)d,為了避免過大的應力集中,采用過度圓角時,半徑R=(3~5)d,扭桿的有效長度為l,d為扭桿有效長度的直徑。扭桿的扭轉剛度k是扭桿的一個重要的物理量,可以參照下面的公式計算。當其受到扭矩T的時候,其扭轉的切應力τ和變形角φ分別為:其扭轉剛度為:其中d-扭桿直徑,有效長度,Ip慣性矩,Zi抗扭截面系數如圖3為某扭矩傳感器扭桿的試驗曲線,曲線的斜率即為扭轉剛度k。扭桿式扭矩傳感器在早期的EPS中應用比較多,但由于是接觸式的,工作時產生的摩擦使其易磨損,影響其精度,將會被逐步淘汰。

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