Nos métodos existentes de medição de força quadridimensional piezoelétricos, o torque pode ser determinado por cálculo a partir da força lateral ou por medição direta. O método de cálculo é amplamente aplicável, mas sofre grande influência do acoplamento cruzado entre forças. A medição direta possui maior precisão teórica, porém sua disposição dos sensores é limitada. Este artigo propõe uma solução de medição de força quadridimensional para medição direta do torque, adicionando um conjunto de cristais de quartzo dentro do sensor, sem depender de arranjo especial dos sensores. Inicialmente, determinou-se o esquema de layout do sensor, com a adição de grupo de cristais para medição da força de cisalhamento em cada sensor baseado na medição de força triaxial existente, para medição do torque; definiu-se o erro no processo de usinagem e montagem do sensor, estabeleceu-se um modelo de transferência do erro de medição de torque para dois métodos, realizou-se comparação da precisão de medição por simulação numérica; projetou-se e fabricou-se o dinamômetro, realizou-se análise paramétrica das dimensões chave; conduziram-se experimentos de verificação de desempenho estático e dinâmico, com base nisso, realizaram-se experimentos de calibração de carga de torque em múltiplos pontos, utilizando dois métodos de medição para cálculo do torque. Os resultados experimentais mostraram que o erro máximo de não linearidade e o erro de repetibilidade do dinamômetro são menores que 0,5%, a interferência entre direções é menor que 3%, as frequências naturais dos modos do dinamômetro são maiores que 1400 Hz, e os desempenhos estático e dinâmico atendem aos requisitos de projeto; no experimento de carga de torque em múltiplos pontos, o novo esquema reduziu o erro quadrático médio em 83,4% e o erro máximo de medição em 26,5%. Foi verificada a eficácia do novo esquema na melhora da precisão da medição do torque, com amplas perspectivas de aplicação.

Precisão do teste de torque; medição de força quadridimensional; sensor de força quadridirecional; projeto de dinamômetro; análise paramétrica