压电测力仪结构热影响研究

发布时间：2017-07-26 15:28

  本文关键词：压电测力仪结构热影响研究

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【摘要】：随着测试与自动控制技术的不断发展,压电测力仪以其良好的静／动态特性在切削力测量、发动机推力测试、重载装备自动控制等领域受到了广泛应用。降低环境干扰的影响能够提高压电测力仪测试精度,特别是热影响。热作用对压电测力仪的影响主要表现为输出信号随热量的流入产生偏差,影响测量的准确性。因此,研究热场作用对压电测力仪输出的影响有重要意义。本文对压电测力仪在热影响下输出信号产生偏差的现象进行研究,阐述了热影响下测力仪结构热应力对测力仪输出的影响规律。提出相应的改进方案,研制出了在热影响下能够保持测试信号稳定的测力仪。首先,本文基于温度均匀分布假设分析了压电测力仪中预紧结构热变形以及热热应力,通过有限元方法对热场作用下压电传感器的螺栓预紧结构热应力变化过程进行仿真。结果表明,在热场作用下,压电晶组在预紧力作用方向上应力变化明显,测力仪预紧结构的热变形以及由其引发的热应力变化是热场作用下测力仪输出信号产生偏差的主要原因。其次,本文基于热影响机理,对测力仪结构进行设计。改进了螺栓预紧方法,用一跟螺杆同时对两个压电传感器进行预紧,改变了预紧件与压电传感器之间刚性并联的关系,使得热应力变化成为传感器之间的内力变化。结合适当的传感器调试方法,理论上能够消除热应力变化对测力仪输出的影响。通过有限元分析方法以及加热实验,验证了改进的预紧结构对热场作用影响有明显的抑制效果。最后,对设计的测力仪进行安装、调试以及标定,并在加热状态下进行加载实验。标定结果表明,在600N作用力范围下测力仪的三向输出均有良好的静态性能。各向非线性误差为0.15%、0.37%、0.99%,向间干扰不超过5%,说明该测力仪能够用于力学测量,并具有较高精度。加热状态下的加载实验结果表明,在15min的实验过程的各个阶段中,测力仪的三向总输出稳定,变化速率均不超过4mV/min。实验结果与设计原理相符,说明改进的预紧结构能够明显地抑制热场作用对测力仪输出的影响。
【关键词】：压电测力仪 热应力 结构设计
【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】：TH823
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题来源与研究意义9
• 1.2 课题研究概况9-15
• 1.2.1 压电石英测力仪结构研究现状9-13
• 1.2.2 测力仪输出的热影响研究13-15
• 1.3 课题主要研究内容15-16
• 2 测力仪测量原理与热影响研究16-25
• 2.1 压电石英传感器原理16-17
• 2.2 螺栓预紧结构对测力仪输出的影响17-20
• 2.2.1 螺栓结构对传感器输出影响18-19
• 2.2.2 螺栓结构热应力对传感器输出影响19-20
• 2.3 螺栓预紧结构热应力有限元分析20-24
• 2.3.1 分析模型的建立20-23
• 2.3.2 有限元分析结果23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 测力仪结构的改进25-36
• 3.1 螺栓预紧方案设计及原理25-29
• 3.1.1 预紧结构设计25-26
• 3.1.2 作用力与电荷输出关系26-29
• 3.2 传感器间参数偏差的修正29-31
• 3.2.1 输出信号极性修正29-30
• 3.2.2 修正系数的确定30-31
• 3.3 改进结构热应力有限元分析31-34
• 3.3.1 分析模型的建立31-33
• 3.3.2 有限元分析结果33-34
• 3.4 基于改进结构的测力仪设计方案34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 预紧结构热影响验证实验36-45
• 4.1 实验系统组成36-38
• 4.2 预紧结构量程标定38-41
• 4.2.1 预紧结构标定38-40
• 4.2.2 原预紧结构测力仪标定40-41
• 4.3 热影响对比实验41-44
• 4.4 本章小结44-45
• 5 测力仪性能标定及热影响实验45-70
• 5.1 预紧结构静态标定实验45-61
• 5.1.1 1#预紧结构静态性能标定45-53
• 5.1.2 2#预紧结构静态性能标定53-61
• 5.2 测力仪静态性能标定61-66
• 5.2.1 X向标定62-63
• 5.2.2 Y向标定63-65
• 5.2.3 Z向标定65-66
• 5.3 热场干扰加载实验66-69
• 5.4 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-73
• 附录A 实验相关照片73-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76

【参考文献】

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1 肖才伟;基于切削力感知的智能切削刀具设计及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：577026