【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及新材料及新傳感器領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種新型轉(zhuǎn)動(dòng)軸及多量程動(dòng)態(tài)扭矩傳感器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的高熵合金材料、基于該材料的轉(zhuǎn)動(dòng)軸、基于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的多量程動(dòng)態(tài)扭矩傳感器。
技術(shù)介紹
1、扭矩傳感器又稱力矩傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀，通過(guò)電路，扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號(hào)，其作用是對(duì)各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上輸出扭矩進(jìn)行檢測(cè)。扭矩傳感器分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動(dòng)態(tài)扭矩傳感器的主要類型是金屬電阻應(yīng)變片式。市面上的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器一般包括外殼、轉(zhuǎn)動(dòng)軸（彈性體）、襯套和應(yīng)變片等元件構(gòu)成，常用于檢測(cè)汽車助力轉(zhuǎn)向、鉆探扭桿等機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中需要測(cè)量扭矩和計(jì)算功率的場(chǎng)合。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸受扭矩作用時(shí)，軸上的電阻應(yīng)變片發(fā)生形變并引起內(nèi)置電阻柵的阻值變化，通過(guò)電橋失衡來(lái)輸出該扭矩對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。
2、目前，在扭矩傳感器領(lǐng)域，制備轉(zhuǎn)動(dòng)軸的材料通常可分為兩大類，一類是諸如17_4ph、40crnimoa、sus316、sus630等屈服強(qiáng)度較高的金屬材料，這些金屬材料制造的傳動(dòng)軸，適用量程大、剛性好，但是由于材料的彈性模量大、彈性應(yīng)變小，導(dǎo)致扭矩傳感器靈敏度低；另一類是諸如7075-t6鋁合金等彈性模量低的金屬材料，可獲得優(yōu)異的傳感器靈敏度，但是其較低的屈服強(qiáng)度限制了傳感器的量程和體積。綜上所述，由于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)軸材料在強(qiáng)度和彈性模量上的矛盾，導(dǎo)致現(xiàn)有的扭矩傳感器無(wú)法兼具大量程、高靈敏度、小體積的特性。
3、需要說(shuō)明的是：本
技術(shù)介紹
僅用于介紹本專利技術(shù)的相關(guān)信息，以便于幫助理解本專利技術(shù)的技術(shù)方案，但
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、因此，本專利技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的高熵合金材料及基于此的高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及動(dòng)態(tài)扭矩傳感器。
2、根據(jù)本專利技術(shù)的第一方面，提供一種應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的高熵合金材料，一種應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分為ti、nb、zr、ta以及fe、hf、mo中的任意一種。
3、優(yōu)選的，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti?65.5%、nb?22.3%、fe?6%、zr?4.6%、ta?1.6%；或者，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti?40%、nb?30%、zr?10%、ta?10%和fe?10%。
4、優(yōu)選的，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti26.3%、zr26.3%、hf26.3%、nb10.55%、ta10.55%；或者，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti?37.5%、zr25%、hf12.5%、nb12.5%、ta12.5%；或者，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti21.7%、zr21.7%、hf?17.45%、nb17.45%、ta17.45%。
5、優(yōu)選的，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti30.5%、zr30.5%、nb13%、ta13%、mo13%；或者，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti39.4%、zr15.15%、nb15.15%、ta15.15%、mo?15.15%。
6、根據(jù)本專利技術(shù)的第二方面，提供一種基于本專利技術(shù)第一方面所述材料制成的高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸包括：高熵合金彈性體，其為圓柱狀，且在傳動(dòng)設(shè)備作用力下發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變；連接端，用于連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸與傳動(dòng)設(shè)備；軸套，用于固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其中，所述高熵合金彈性體的中部設(shè)置有應(yīng)變區(qū)，所述應(yīng)變區(qū)在傳動(dòng)設(shè)備作用力下發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變。
7、優(yōu)選的，所述高熵合金彈性體的楊氏模量為80gpa-200gpa，優(yōu)選為100gpa-180gpa；和/或，所述高熵合金彈性體的屈服強(qiáng)度為600mpa-3400mpa，優(yōu)選為1000mpa-2500mpa；和/或，所述高熵合金彈性體的硬度為500hv-1400hv，優(yōu)選為500hv-650hv。
8、根據(jù)本專利技術(shù)第三方面，提供一種動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，所述傳感器包括：如本專利技術(shù)第二方面所述的高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸、多個(gè)電阻應(yīng)變片、信號(hào)處理模塊、外殼，其中：所述多個(gè)電阻應(yīng)變片安裝在所述高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸的應(yīng)變區(qū)以用于根據(jù)高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)形變產(chǎn)生電信號(hào)并傳輸給信號(hào)處理模塊；所述信號(hào)處理模塊用于對(duì)電阻應(yīng)變片傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行處理獲得高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸扭矩；所述外殼用于固定所述高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
9、優(yōu)選的，所述高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸外徑為38mm,長(zhǎng)度為272mm。
10、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：1.本專利技術(shù)的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)軸采用特種高熵合金新型材料制備。相較于傳統(tǒng)的彈性體材料，其表現(xiàn)出顯著的力學(xué)性能改進(jìn)：新型合金的屈服強(qiáng)度顯著提升，增幅可達(dá)兩倍以上；同時(shí)，楊氏模量下降幅度顯著，可減少至少20%，并且具有更輕的重量特性。得益于此，所制備的傳動(dòng)軸在維持高強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提升了響應(yīng)表現(xiàn)，靈敏度得到了5倍以上的提升，且總體積縮小了50%，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊化和性能強(qiáng)化的雙重目標(biāo)。2.本專利技術(shù)的高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸不存在成形能力受限這一局限，同時(shí)該合金體系多、成分廣，可滿足不同使用場(chǎng)景下傳感器對(duì)彈性體材料的要求。3.本專利技術(shù)的動(dòng)態(tài)扭矩傳感器通過(guò)優(yōu)化彈性體材料，成功解決了多量程動(dòng)態(tài)扭矩傳感器在靈敏度與剛度之間難以調(diào)和的問(wèn)題，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有傳感器設(shè)計(jì)復(fù)雜化結(jié)構(gòu)，而是利用特種高熵合金的優(yōu)異力學(xué)性能以及獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，使得傳感器在多量程模式下的精度更高。4.本專利技術(shù)方案打破了傳統(tǒng)單量程傳感器的局限性，實(shí)現(xiàn)了在寬廣扭矩域內(nèi)的連續(xù)且高精度測(cè)量，有效規(guī)避了以往為適應(yīng)不同扭矩測(cè)量范圍而頻繁更換或組合使用多種傳感器的不便。
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1.一種應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分為Ti、Nb、Zr、Ta以及Fe、Hf、Mo中的任意一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：Ti65.5%、Nb22.3%、Fe6%、Zr4.6%、Ta1.6%，或者，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：Ti26.3%、Zr26.3%、Hf26.3%、Nb10.55%、Ta10.55%，或者，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：Ti30.5%、Zr30.5%、Nb13%、Ta13%、Mo13%；或者，
5.一種基于權(quán)利要求1-4任一所述材料制成的高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高熵合金轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其特征在于，所述高熵合金彈性體的楊氏模量為80GPa-200GPa，優(yōu)選為100GPa-180GPa；和/或，<...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分為ti、nb、zr、ta以及fe、hf、mo中的任意一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti65.5%、nb22.3%、fe6%、zr4.6%、ta1.6%，或者，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分以及各成分原子組成百分比為：ti26.3%、zr26.3%、hf26.3%、nb10.55%、ta10.55%，或者，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵合金材料，其特征在于，所述高熵合金材料包括的成分以及各...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魯文灝，王超，柳延輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院物理研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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