筒型测力传感器的静态测量及标定

发布时间：2017-03-28 21:10

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【摘要】：水泵的种类繁多、应用范围广泛且应用环境复杂,它是应用最为普遍的机械装置之一。水泵性能的优劣对水泵作业安全与否起到决定性作用。水泵主轴性能是评判水泵整体性能优劣的关键。水泵主轴在作业时受到的轴向力、弯矩及扭矩是影响主轴性能的主要因素。通过对上述各力的准确测量及分析各力过大的现象,并推断出该情况产生的原因,可及时避免严重后果的发生。因此,开展对轴向力、弯矩及扭矩的精确测量的研究对工业生产、生活的安全十分必要。本文介绍了水泵轴向力、弯矩及扭矩产生的主要原因,测试的发展现状及该研究目的和意义。本文针对水泵主轴的结构特点及其力学特性,选用筒型弹性元件作为测量单元。首先,根据已有的材料力学原理对筒型测力传感器的主体部分进行力学及应力、应变分析,求解出相应的力与应变的关系。利用ANSYS有限元仿真软件,对标准圆柱筒进行仿真分析,证明仿真的可靠性。然后,对筒型测力传感器进行建模、仿真分析,找出应变最大的位置。分别设计出测量轴向力的同时抗弯、抗扭;测量弯矩的同时抗拉、抗扭;测量扭矩的同时抗拉、抗弯的四臂全桥电路。设计出一种机械结构,该结构能够实现同时对筒型测力传感器施加轴向力、弯矩和扭矩的功能。利用该结构可对测力筒施加合力。对测力筒进行标定,其标定方式为:用WDW-50微控电子万能实验机分别对筒型测力传感器施加轴向力、弯矩及扭矩;在施力同时分别采集来自万能实验机的串口数据及来自数据采集卡的应变电桥输出电压信号,并通过LabVIEW存储数据,以便后续的数据处理、分析。利用最小二乘法对实际测量值进行直线拟合及分析处理。分析出传感器的线性度、灵敏度及迟滞误差均符合要求。最后对产生误差的原因进行深入分析,以便提高传感器的精确性。
【关键词】：筒型测力元件 有限元分析 轴向力 弯矩 扭矩
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景及意义9
• 1.2 轴向力的产生原因及测试方法9-11
• 1.2.1 轴向力产生原因9-10
• 1.2.2 轴向力的测试方法10-11
• 1.3 径向力产生原因及测试方法11-12
• 1.3.1 径向力产生原因11-12
• 1.3.2 径向力的测试方法12
• 1.4 扭矩的产生原因及测试方法12-13
• 1.4.1 扭矩产生原因12
• 1.4.2 扭矩的测试方法12-13
• 1.5 应用的软件平台13-14
• 1.5.1 基于ANSYS的有限元分析13
• 1.5.2 基于LabVIEW的虚拟仪器技术13-14
• 1.6 课题主要研究内容14-15
• 第2章 标准筒型弹性元件应力应变分析15-22
• 2.1 标准圆柱筒表面轴向力与应变关系15-16
• 2.2 标准圆柱筒表面径向力与应变关系16-18
• 2.3 标准圆柱筒表面扭矩与应变关系18-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 筒型测力传感器的仿真分析22-37
• 3.1 标准筒的轴向力仿真23-24
• 3.2 筒型测力传感器的径向力仿真24-27
• 3.3 筒型测力传感器的扭矩仿真27-29
• 3.4 测扭抗弯、抗拉桥路设计29-31
• 3.5 测弯抗拉、抗扭桥路设计31-34
• 3.6 测拉抗弯、抗扭桥路设计34-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 标定系统的机械结构设计37-43
• 4.1 轴向拉力标定系统的机械结构设计37-39
• 4.2 轴向压力标定系统的机械结构设计39-40
• 4.3 径向力标定系统的机械结构设计40-41
• 4.4 扭矩标定系统的机械结构设计41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第五章 数据采集及误差分析43-68
• 5.1 基于LabVIEW的数据采集43-47
• 5.1.1 LabVIEW采集来自数据采集卡的数据43-44
• 5.1.2 LabVIEW采集来自万能实验机的数据44-47
• 5.2 传感器的标定47-64
• 5.2.1 轴向压力的静态标定47-52
• 5.2.2 轴向拉力的静态标定52-55
• 5.2.3 径向力的静态标定55-64
• 5.3 误差分析64-67
• 5.3.1 系统误差分析64-66
• 5.3.2 随机误差分析66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第6章 结论68-69
• 参考文献69-71
• 在学研究成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：273028