扭矩是馬達(dá)試驗中一個重要的參數(shù),尤其是在馬達(dá)效率評測中扭矩更是一個的被測量,扭矩測量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到馬達(dá)效率的評測的正確性。目前使用的扭矩測量方法按照測量原理可分為平衡力法、傳遞法和能量轉(zhuǎn)換法。
1.平衡力法
處于勻速工作狀態(tài)的傳動機(jī)械構(gòu)件,其主軸和機(jī)體上一定同時存在一對扭矩T和T′,并且二者大小相等、方向相反。通過測量機(jī)體上對齒輪減速機(jī)的T′來測量主軸上T的方法稱為平衡力法。設(shè)F為力臂上的作用力,L為力臂長度,則T′=LF。通過測量作用力F和力臂L即可得出T′和T。平衡力法的優(yōu)點(diǎn)是不存在傳遞扭矩信號的問題,力臂上的作用力F容易測得;缺點(diǎn)是測量范圍僅局限為勻速工作狀態(tài),無法完成馬達(dá)動態(tài)扭矩的測量。
2.傳遞法
傳遞法利用減速箱馬達(dá)傳遞扭矩時彈性元件的物理參數(shù)會發(fā)生某種程度的變化。利用這種變化與扭矩的對應(yīng)關(guān)系來測量扭矩。按照不同的物理參數(shù),可將傳遞法進(jìn)一步劃分為磁彈性式、應(yīng)變式、振弦式、光電式等,目前傳遞法在扭矩測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
3.能量轉(zhuǎn)換法
是指根據(jù)能量守恒定律通過測量熱能、電能等其它參數(shù)來間接測量扭矩。不但可以便捷的測量扭矩,而且對馬達(dá)的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)都能準(zhǔn)確測量。
馬達(dá)扭力的測試結(jié)果和傳感器精度有差異我們先從馬達(dá)扭力測試過程來了解,就可找到扭力測試的關(guān)鍵因素點(diǎn):
1.扭力傳感器的測量精度
有人說扭力傳感器的很簡單,每一個傳感器都有標(biāo)稱精度,直接查看其手冊資料就可以知道。確實無論國內(nèi)還是國外的扭矩傳感器,都有其標(biāo)稱的測量精度,但是扭矩傳感器都有其測量量程,如何選擇合適的量程也是至關(guān)重要的因素。根據(jù)“三五原則”,當(dāng)測試扭矩在1N.m以內(nèi)時,為保證測量精度,建議測量范圍不小于量程的三分之一,比如量程為1N.m的傳感器,建議最小測到0.33N.m;當(dāng)測量扭矩在1N.m以上時,為保證測量精度,建議測量范圍不小于量程的五分之一。只有這樣才能保證扭矩傳感器的測量精度。
2.測試儀器的測量精度
傳統(tǒng)的馬達(dá)測試系統(tǒng)是采用電參數(shù)表、扭力測試機(jī)等儀器對電參數(shù)和扭矩轉(zhuǎn)速參數(shù)分別測試進(jìn)行測量,在穩(wěn)態(tài)下測量精度可以保證,一旦進(jìn)行瞬態(tài)參數(shù)的測量將大大影響測量精度。因此在瞬態(tài)測試情況下必須使用功率分析儀此類高精度測量儀器,同步對電參數(shù)和扭矩轉(zhuǎn)速測試進(jìn)行測量,保持測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。
3.馬達(dá)(被測和負(fù)載)的扭力加載精度
當(dāng)我們能保證測量精度時,必須考慮系統(tǒng)的加載精度。比如系統(tǒng)在測試過程中,想測試5N.m力矩點(diǎn)時,通過控制器發(fā)送指令,控制電機(jī)進(jìn)行加載,此時系統(tǒng)必須要能同步監(jiān)測實際扭矩量,并實時通過PID進(jìn)行調(diào)節(jié),保證輸出力矩在5N.m(誤差大小視PID控制優(yōu)化程度而定)。
4.系統(tǒng)的機(jī)械安裝精度
機(jī)械安裝精度低,意味著測試臺架的機(jī)械對中角度偏差大,電機(jī)測試系統(tǒng)在長期運(yùn)行時將會出現(xiàn)測試臺架變形、異常振動、螺絲脫落、聯(lián)軸器斷裂等問題。因此必須保證對中精度,否則之前所做的一切都將化為虛有。