自预紧压电三维测力单元研制

发布时间：2017-10-17 07:45

  本文关键词：自预紧压电三维测力单元研制

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【摘要】：在采用镜像铣的方法加工大型火箭薄壁外板的过程中,支撑力的大小和方向不仅对壁板的加工质量和效率有决定性的影响,而且是实时反映铣削力状态的重要指标。在线监测支撑力的大小及其变化趋势,综合薄壁外板的加工要求,可以对铣刀的转速、进给速度等加工参数及时调整,使大直径外板在减薄铣削过程中始终保持高度的稳定性和高效性。针对镜像铣加工方法中对支撑力的实时测量需求,结合大型薄壁构件加工中支撑力测量末端的结构特点,以压电效应为理论基础,研制了一种适用于受限空间支撑力测量的压电式三维测力单元。该测力单元中间布置一个三向力传感器作为力电转换元件,实现了加工过程中支撑力三个正交方向力的同时测量。根据测量支撑力空间受限测试条件,参考测力单元的量程和灵敏度要求,设计了传感器的结构并计算晶片尺寸,讨论了测力单元的预紧方案,并计算出预紧力大小和预紧件直径、校核了切向量程,设计上下压块的结构并选择合适材料。利用ANSYS软件对传感器的晶组和晶体壳进行静态分析,选择使测力单元具有高刚度的尺寸参数,对测力单元进行静态分析和模态分析,验证其具有良好的线性、较小的干扰和较高的固有频率。在实验室条件下,对测力单元进行静态标定,结果表明该测力单元具有良好的静态特性。建立测力单元动态标定实验装置,采用冲击法对测力单元的动态性能进行标定,得到测力单元具有较高的固有频率。该测力单元的各项技术指标都满足要求,即该测力单元能够满足动态支撑力的实时测量,为实现大型薄壁件镜像铣加工过程中稳定性的提高提供了可靠保证。
【关键词】：受限空间 三维力 压电效应 测力单元 静动态标定
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题的来源与意义9
• 1.2 压电传感器与测力仪研究现状9-15
• 1.3 测力单元研究现状15-19
• 1.4 课题主要研究内容19-20
• 2 总体方案设计20-27
• 2.1 测力单元测试需求分析20-22
• 2.1.1 支撑力测量末端装置结构20-21
• 2.1.2 测力单元指标要求21-22
• 2.2 测力单元的结构设计与力传递分析22-23
• 2.3 测力单元灵敏度分析23-24
• 2.4 静态标定实验24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 测力单元设计27-40
• 3.1 传感器设计27-33
• 3.1.1 传感器组成27-29
• 3.1.2 石英晶片尺寸计算29-30
• 3.1.3 晶体盒设计30-33
• 3.2 自预紧技术33-37
• 3.2.1 自预紧方案选择33-35
• 3.2.2 预紧力大小、预紧件直径的确定35-36
• 3.2.3 切向量程校核36-37
• 3.3 上下压块结构设计及材料选择37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 测力单元仿真分析40-57
• 4.1 传感器的静态分析40-47
• 4.1.1 传感器参数选择40-45
• 4.1.2 传感器加载分析45-47
• 4.2 预紧件的静态分析47-48
• 4.3 测力单元静态分析48-55
• 4.3.1 测力单元变形分析48-50
• 4.3.2 测力单元加载分析50-55
• 4.4 模态分析55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5 测力单元性能实验57-70
• 5.1 静态标定57-66
• 5.1.1 三向正交力标定58-66
• 5.1.2 误差分析与改进措施66
• 5.2 动态标定实验66-69
• 5.3 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-73
• 附录A 实物照片73-75
• 致谢75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 戴恒震,孙宝元,李万全,高长银;一种多功能测力仪标定加载器[J];现代机械;2003年06期

2 张会庭;中国航天发射业开拓国际市场对策分析(上)[J];中国航天;2005年02期

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本文编号：1047636