和受力问题,一个新的测量方向便产生了,何不设计一个既能其支撑作用,就像轴承一样,又起测量作用个,就像传感器一样。如果要同时具有这两种作用,那么前面所说的电容式传感器、电涡流式传
f应变式测力传感器设计
感器及电感式传感器将不再适用。因为它们和支承这个概念相差太远,也可以说,在开始的设计目的里就压根不存在。那么在前面的系统里除掉这些不适用的传感器,就会只剩下控制系统、轴承及轴承座。很明显,这肯定完不成测控的任务。因为没有测量信号。但是,肯定不许加入传统的传感器产品。不然就违背了这次的设计目的。那只好在轴承或轴承座上做些文章了。
测力轴承这一概念也早已有了,国内也有针对性的一些研究。如浙江工学院浙西分校郑家锦写的测力轴承的原理和应用、浙江大学郭明等人编写的测力轴承的研究、湖南大学郭力写出的智能测力轴承的基本原理及应用。测力轴承的基本原理就是将普通的轴承进行结构上一定的改造,粘贴上应变片,接到后续测量电路中去,完成在线测控。后来经过研究,陶瓷球轴承用来做测力轴承功能上比较理想,它属于一种低温升、刚度高、转速高、寿命长的一类高速轴承。但是成本高,影响应变的因素比较多,测量复杂。
武汉理工大学王晓光等写过一篇名为力控制磁悬浮硬盘驱动器的研究,在这篇文章里提到了一种新结构,即十字梁结构。这种结构在机器人腕力传感器中比较常用。中国科学技术大学干方建等人也写过关于这种结构的文章,如一种应变式多维力传感器的优化设计、一种应变式六维力传感器的动态设计。在文中,作者进行了深入的分析研究。将这种结构运用到轴承座中便是此次设计的切入点。
12设计任务及要求
这次的设计任务是基于实验室转子试验台设计出可以测量径向力的应变式测力传感器。设计工作主要包括传感器弹性体的设计、应变片的选择、粘贴方法、电桥的设计、后续测量电路的设计及测试系统误差分析。最大径向力为117N,测量转速6000rmi
,测量误差小于1。要能测量被测信号的二次谐波。
13设计内容
应变式测力传感器主要由两大部分组成,一是机械部分,二是电子电路部分,即信号处理电路。机械部分由弹性体和应变片组成。其基本工作原理就是弹性体发生弹性变形,由应变片将应变量以电阻变化量的形式输出。测量电路可识别的信号一般为电压或电流量。由于设计的是应变式测力传感器,一般为电压输出。在这里采用惠斯通电桥,这种输出形式可以放大人们想得到输出信号,提高灵敏度。合适的布片位r