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目前国内外在大型传动轴扭矩测量方面的研究少之又少，为了弥补这方面的不足，本文以某无缝厂穿孔机主传动轴为研究对象，自主设计了一套卡环式扭矩监测装置。通过Workbench软件对卡环和传动轴进行接触分析，当卡环上的螺栓承受最大的预紧力时，卡环不能够很好的卡在轴上，为解此问题，在载体所对卡环的内侧加工两个小卡槽，通过与传动轴上两个小凸台通过过盈配合，实现传动轴和卡环的不打滑。扭矩监测装置应该具备良好的各项性能，本文以Workbench软件为工具，对传动轴监测装置进行结构尺寸优化，最终得到了卡环的理想尺寸和结构，使卡环具有较高的灵敏度。卡环应该便捷的安装在传动轴上，因此对卡环做了相关结构的改进，将卡环一端螺栓连接改进为销连接，另一端不做任何改变。本文以相关技术人员对某无缝厂穿孔机主传动轴所测数据为数据支撑，将最终设计的卡环安装在传动轴的危险部位，通过有限元软件进行六组不同扭矩的静力学分析，将得到的切应变数据通过MATLAB软件进行曲线拟合，得到的拟合曲线为一条直线，证明了该卡环扭矩测量装置线性度良好，而且得到了该装置的灵敏度为0.5980/KM m。对实测曲线截取一段波动剧烈的切应变曲线，在Workbench动力学分析中加载近似曲线对应的扭矩曲线，得到的切应变曲线与实测切应变曲线有相同的动态趋势，说明有限元动力学分析结果所得曲线与实测曲线相吻合，证明了卡环良好的动态性能。通过动力学求解计算，得到了传动轴的固有频率为20.13Hz，卡环的固有频率是26.85Hz，卡环的固有频率比传动轴的固有频率高，证明了卡环能够较好的反应传动轴的受扭情况。通过传动轴疲劳寿命分析，得到传动轴的疲劳循环次数为138040次；将卡环安装在传动轴上，对整体进行疲劳分析，求解得到卡环的疲劳循环次数为159720次。卡环的疲劳寿命比传动轴的疲劳寿命大16%，在卡环投入使用后，卡环能够保证连续监测，不会因卡环发生疲劳破坏而使扭矩监测中断。