筒型测力传感器的动态仿真及优化设计

发布时间：2017-12-02 02:18

本文关键词：筒型测力传感器的动态仿真及优化设计

【摘要】：水泵被广泛用于当代社会的各个行业中，是应用最为普遍的机械装置之一，其性能的优劣往往起到决定性作用。水泵主轴性能是评判水泵整体性能的关键，轴向力与径向力则是影响主轴性能的主要因素。对其进行实时监测，能够为水泵叶轮、力平衡装置的研发提供准确参数。为评定水泵工作状态提供可靠依据，从而有效提高水泵整体性能。因此，开展对轴向力与径向力精确测量的研究是极其必要的，而且具有重大的现实意义和学术价值。本文介绍了水泵轴向力及径向力主要的产生原因，，以及测试的发展现状、目的和意义。针对水泵主轴结构及其力的特性，基于测力传感器的工作原理设计一种筒型弹性元件。将测力筒固定于水泵泵轴之间，当水泵运转时该弹性元件将随着水泵一起转动，从而得到泵轴真实的受力情况。利用ANSYS有限元仿真软件，建立筒型弹性元件的仿真模型，在静态仿真时施加外力模仿水泵工作状态，建立取值路径提取出轴向应变、径向应变等，为应变片的粘贴位置提供了理论基础和参考。并确定了测量轴向力与径向力时不相互干扰的四臂全桥连接方式。考虑到弹性元件在电机的带动下作旋转运动时，静态仿真不能完全模拟出动态情况。因此为了更真实地模拟机构的动态性能，对弹性元件进行动态仿真，利用模态分析方法得到弹性元件的固有频率。并添加转速等条件进行动态仿真，与静态仿真应变值结果进行对比。对弹性元件进行多组实验对比，对其几何结构参数进行优化设计。以综合位移量为主要限制指标，尽量提高灵敏度及固有频率，调整测力筒内径的厚度及变化的长度，从多方面进行比较最终找出最优结构设计，使测力传感器具备最优性能，分析结果将为弹性元件的设计与制造提供依据。将应变片按照指定位置粘贴在弹性元件上，对构件施加不同大小的压力，利用应变仪测量1/4桥路的应变输出值，并与仿真结果进行对比。利用最小二乘法对实际测量值进行了直线拟合处理，具有良好的线性度，并对产生误差的原因进行了初步分析。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH38;TP212

【参考文献】

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