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电位计式扭矩传感器的概念


电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测量结构简单、可靠性能相对比较高,在早期应用比较多。

1.EPS中扭杆式扭矩传感器
EPS中扭杆式扭矩传感器器的结构、原理扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩,并将其转化成相应的转角值。转角-位移变换器是一对螺旋机构,将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向位移,由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动,同时滑块通过一个销安装到输出轴上,可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此,当输入轴相对于输出轴转动时,滑块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量,垂直移动。当转动方向盘的时候,钮矩被传递到扭力杆,输入轴相对于输出轴方向出现偏差。该偏差是滑块出现移动,这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转角度,滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化,电阻的变化通过电位计转化为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。

2.扭杆式扭矩传感器的设计
扭杆是整个扭杆扭矩传感器的重要部件,因而扭杆式扭矩传感器的设计关键是扭杆的设计。扭杆通过细齿形渐开线花键和方向盘轴连接,另外的一端通过径向销(直径D)与转向输出轴连接,基本结构如图2所示。图2圆柱截面扭杆结构图扭杆细齿形渐开线花键端部结构外直径d0=(1.15~1.25)d,长度L=(0.5~0.7)d,为了避免过大的应力集中,采用过度圆角时,半径R=(3~5)d,扭杆的有效长度为l,d为扭杆有效长度的直径。扭杆的扭转刚度k是扭杆的一个重要的物理量,可以参照下面的公式计算。当其受到扭矩T的时候,其扭转的切应力τ和变形角φ分别为:其扭转刚度为:其中d-扭杆直径,有效长度,Ip惯性矩,Zi抗扭截面系数如图3为某扭矩传感器扭杆的试验曲线,曲线的斜率即为扭转刚度k。扭杆式扭矩传感器在早期的EPS中应用比较多,但由于是接触式的,工作时产生的摩擦使其易磨损,影响其精度,将会被逐步淘汰。

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