據(jù)天沐了解,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(jié)構(gòu)簡單、可靠性能相對比較高,在早期應(yīng)用比較多。
EPS中扭桿式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)、原理:
扭桿式扭矩傳感器主要由扭桿彈簧、轉(zhuǎn)角-位移變換器、電位計組成。扭桿彈簧主要作用是檢測司機(jī)作用在方向盤上的扭矩,并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角值。
轉(zhuǎn)角-位移變換器是一對螺旋機(jī)構(gòu),將扭桿彈簧兩端的相對轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)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(dāng)輸入軸相對于輸出軸轉(zhuǎn)動時,滑塊按照輸入軸的旋轉(zhuǎn)方向和相對于輸出軸的旋轉(zhuǎn)量,垂直移動。當(dāng)轉(zhuǎn)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(xiàn)偏差。
該偏差是滑塊出現(xiàn)移動,這些軸方向的移動轉(zhuǎn)化為電位計的杠桿旋轉(zhuǎn)角度,滑動觸點(diǎn)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(zhuǎn)化為電壓。這樣扭矩信號就轉(zhuǎn)化為了電壓信號。
扭桿式扭矩傳感器的設(shè)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(shè)計關(guān)鍵是扭桿的設(shè)計。扭桿通過細(xì)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(zhuǎn)向輸出軸連接。
扭桿細(xì)齒形漸開線花鍵端部結(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)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(dāng)其受到扭矩T的時候,其扭轉(zhuǎn)的切應(yīng)力τ和變形角φ分別為:
其扭轉(zhuǎn)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(shù)
扭桿式扭矩傳感器在早期的EPS中應(yīng)用比較多,但由于是接觸式的,工作時產(chǎn)生的摩擦使其易磨損,影響其精度,將會被逐步淘汰。