【摘 要】机床传动轴扭矩是机床工作状态的重要参数。扭矩测量的准确性关系到机床工作情况的准确判断和正常控制。本文将从多个方面阐明了扭矩测量误差出现的原因和解决的方案。本文所作分析有助于操作人员对机床的精准控制。
【关键字】扭矩；传动轴；误差分析
1、引言
传动轴扭矩是反映机床传动系统工作状态的重要指标，也是计算机床传动轴功率的主要数据。扭矩的测量是一种对于机床的运行状态实时监控手段，具有重要的实际意义。因此，必须精确测量扭矩，获得准确的扭矩数值。但是影响扭矩测量的因素比较多，进而造成系统测量误差。本文将从测量设备、传动轴弯矩、传动轴扭振等方面阐明误差成因和解决方法。源于：免费论文网www.808so.com
2、扭矩测量误差成因和解决方案
2.1测量工具造成的测量误差
（1）测量原理性误差。目前，传动轴扭矩的测量设备和技术已经发展成熟。基于各种测量原理的测量工具也已广泛应用。当前应用比较多的测量设备，按种类划分有：光电式、应变式、磁电式、压磁式等测量设备。本文将以应变式测量方法为例，研究扭矩测量过程中出现的各种误差和解决方法。
应变式测量方法就是以电阻应变片作为传感器，以单臂、半桥或全桥方式测量应变电压的变化，从而计算出扭矩值。测量误差主要是由于桥式测量电路的非线性造成的。常用的应变片桥式测量电路。这里如果采用单臂桥，则只有R1阻值变化为，其余三个电阻阻值不变都为R。单臂桥电压输出为：
为了计算方便，对公式进行简化，并根据电阻应变片的电阻变化率和应变关系公式（2），如下所示：
从式（5）可知，当应变测量值越大，误差越大。例如，当k=2，=0.2时，误差为20%。误差必须被补偿，因此，通过软件编程，设计补偿方案，可一定程度上减小线性化造成的误差。另外，由于温度和应变片导线电阻也会对应变测量值造成较大的误差。因此，在测量过程中，要将温度引起的电阻变化和导线电阻加入到公式（2）中，补偿系统误差。当然应变片灵敏度系数也不是完全准确的，所以也要对灵敏度系统进行补偿。以经过补偿的测量精度大大提高，但是由于以上补偿都是在一定范围内有效。如果测量过程中，影响因素超过允许的范围，误差就会大幅度增加。
（2）测量设备安装引起的误差。为了测量扭矩，一般要将测量工具或设备安装到传动轴上。在安装的过程中，由于安装问题也可能造成误差。例如，电阻应变片是要粘贴到传动轴上，如果粘贴不紧密或用胶太多，产生信号滞后现象，会影响扭矩测量。因此，可以通过多次加卸载实验方法，减小安装造成的误差。
通过以上分析可知，由测量设备造成的误差一般是不可消除的，只能采取一定方法将误差减小。目前，随着技术和制造工艺地不断提高，测量工具的误差都比较小，只要能够在工作过程中注意操作规则，即可将误差降到最低。
2.2弯矩对扭矩测量的影响
由于测量设备在安装过程中及运行过程并不能保证负载和原动机同心。这样被测轴上的附加结构和被测轴自身重力作用下会产生的弯矩。另外，被测轴高速转动时，离心力也会产生的弯矩。有些机床采用万向节作为传动轴的连接器。由于万向节两侧存在动平衡问题，同时由于万向节是实现变角度动力传递的机件，可以改变传动轴线方向的位置，如果传动角度比较大，就会造成传动轴转动不均匀，和动平衡问题一起最终造成传动轴弯矩发生变化，对扭矩测量系统造成影响。实验证明，弯矩和扭矩会产生组合应力，尤其是在应变片与传动轴成45度角和135度角的方向上最大。消除弯矩造成的误差可借助横梁应变理论。当弯矩加载到传动轴上时，只会令传动轴上下移动。轴上任意一点受弯矩产生的应力都是一样的大小。因此，只要将应变片安装在与传动轴轴线平行的母线上即可。在弯矩作用下，何一个应变片同时受到同样大小、同样性质的应力，在电桥的互补作用下就可以消除弯矩影响了。
2.3扭振对扭矩测量的影响
扭振就是轴在传递扭矩的过程中，由于扭矩的值的波动而引起的轴的扭转角度的波动。扭振广泛存在于各种回转轴系中，由于轴自身有谐振频率，当外界的施振频率与谐振频率接近的时候，引起振幅加大，这种放大作用到达一定的幅度，将引起轴系的破坏。
由于传动轴系统不但具有惯性，同时也具有弹性，使传动轴系统自由扭振的特点。另外，由于机床支架等系统随着机床运动，可产生周期性激振力矩，是产生扭振的外部原因。当激振力矩频率和系统固有频率相同时就会产生共振，最终产生附加扭振力矩。消除扭振是比较复杂的工作，主要是消除不应存在的激振力矩，加固机床支架等系统。
2.4加工负载对扭矩测量的影响
当机床加工零件时，传动扭矩会转化成输出功率。因此，机床空载和负载运行时，扭矩的测量是不完全一样的，主要会受到突加负载的影响。有些机床无法直接测量传动扭矩，可能会借助中间变量间接测量输出扭矩[3]。例如摇臂钻床。钻床会在加工工件时会产生切削扭矩，即刀具总切削力对主运动的回转轴线所产生的扭矩。因此，通过测量切削扭矩的方法获得传动轴扭矩。但是由于加工时，存在主轴打滑、液压系统油缸轴向移动时所产生的阻力、漏油等多种因素，会造成扭矩测量的误差。这些误差是可以通过选择合适的测量时机、修理机床故障等方法解决的。
3、结束语
综上所述，本文从机床本身到测量装置多个方面详细分析了传动轴扭矩测量出现误差的原因。这些误差会影响对系统是否处于正常运行状态的判断，有些误差如果不及时消除可能会造成机床系统故障，从而发生重大生产事故。因此，作为机床的控制、维修人员一定清晰、明了扭矩误差产生的原因和消除误差的常规方法。本文从多个方面进行了有益的的研究探索，本文所提方法一定会对广大机床操作人员的工作有重大借鉴意义。
试论传动轴有关传动轴扭矩过程中测量误差生
更新时间：2024-04-15
作者：用户投稿
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