水泵轴向力弹性元件设计及传感器标定

发布时间：2017-09-04 20:09

  本文关键词：水泵轴向力弹性元件设计及传感器标定

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【摘要】：随着时代的不断发展，水泵越来越多的应用在各个部门，水泵轴向力的大小是影响水泵能否可靠安全运行的关键因素之一。如果水泵轴向力过大，会影响水泵的安全运行、减少水泵的使用寿命，，造成严重的后果。所以，轴向力问题对水泵能否处于安全可靠运行状态起到了重要的作用。 本文介绍了水泵轴向力测量的国内外相关文献，阐述了水泵轴向力的产生原因，了解了国内外轴向力测试的发展现状和意义。介绍了ANSYS有限元法的特点和思想，以及测力弹性元件的基本结构，利用有限元法通过有限元模型建立、网格划分、求解和后处理等步骤对弹性元件进行仿真分析，对压强加载、多点集中力加载和单点分散力加载三种加载方式进行分析和比较，在均匀受力的时候应选择压强加载方式，弹性元件的最大应变为238με，最大应力为235MPa，最大应力在材料的屈服极限443MPa之内。对轴向力弹性元件结构进行了优化设计，分别改变对施力面角度、测力环厚度和施力面个数，并且对其进行有限元分析，通过比较各个结构的最大应变值、最大应力值、灵敏度和轴向位移压缩量，得到弹性元件的优化结构设计。介绍了轴向力的测力方法，本文采用了间接测力的方法进行轴向力测试。设计了硬件测试系统，主要由应变传感器、电桥激励电路、前置放大电路和采集系统构成，对各个电路部分进行了详细的设计和分析，抑制了电路零漂的缺点。电路的采集系统应用了数据采集卡，为USB-1608FS型号，说明了采集卡的特点和用处。利用LabVIEW软件编写上位机程序，介绍了LabVIEW的特点和界面设计。本文对静态特性进行了描述，介绍了静态特性参数，给出了静态标定系统的原理框图，详细的描述了静态标定的各个步骤及环节。通过加载卸载的试验标定，得到了系统静态标定的拟合曲线。 最后用设计好的弹性元件和测力系统对水泵轴向力进行了测试，根据静态标定得到的曲线，计算得到了轴向力的大小。
【关键词】：轴向力 弹性元件 有限元分析 测试 静态标定
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH38;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 水泵轴向力的产生原因10-11
• 1.3 轴向力测试的发展现状11-14
• 1.4 LabVIEW 虚拟仪器技术14-15
• 1.5 论文工作的主要内容15-17
• 第二章 轴向力弹性元件的有限元分析17-30
• 2.1 ANSYS 有限元法基本思想17-18
• 2.2 弹性元件的基本结构18-20
• 2.3 弹性元件的仿真20-28
• 2.3.1 有限元的创建20-22
• 2.3.2 有限元的加载计算22-28
• 2.4 取值路径上的应变数据分析28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 轴向力弹性元件结构的优化设计30-41
• 3.1 角度影响30-31
• 3.1.1 减小角度30-31
• 3.1.2 增大角度31
• 3.2 厚度影响31-34
• 3.2.1 测力环厚度为 20mm31-32
• 3.2.2 测力环厚度为 17mm32-33
• 3.2.3 测力环厚度为 14mm33-34
• 3.3 施力面个数的影响34-39
• 3.3.1 减少施力面个数34-37
• 3.3.2 增加施力面个数37-39
• 3.4 优化比较39-40
• 3.4.1 灵敏度39
• 3.4.2 屈服极限39
• 3.4.3 最大位移压缩量39-40
• 3.4.4 优化结果40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 水泵轴向力测力系统设计41-57
• 4.1 轴向力测力方法41-42
• 4.2 硬件测力系统框图42-43
• 4.3 应变传感器43-44
• 4.4 应变电桥激励源44-48
• 4.5 前置放大电路48-52
• 4.6 数据采集系统52-55
• 4.6.1 数据采集卡52-53
• 4.6.2 LabVIEW 程序设计53-55
• 4.7 测试系统55-56
• 4.8 本章小结56-57
• 第五章 传感器的静态标定57-72
• 5.1 传感器的静态特性57-59
• 5.2 弹性元件的静态标定59-62
• 5.3 数据拟合62-66
• 5.4 数据处理66-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 结论72-73
• 参考文献73-75
• 附录 A 系统的测试电路75-76
• 在学研究成果76-77
• 致谢77

【参考文献】

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本文编号：793567