小工作空間壓電式六維力傳感器研究.pdf

1、火箭發(fā)射的安全性和經(jīng)濟(jì)性與燃料貯箱柵格的精密加工密切相關(guān)。傳統(tǒng)加工方法難以達(dá)到柵格加工精度要求，鏡像銑削憑借其效率高、通用性強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，成為解決大型薄壁構(gòu)件加工問(wèn)題的有效途徑。為保證鏡像銑削的加工精度，應(yīng)準(zhǔn)確獲取支撐末端所受多維力、力矩信息并靈敏感知支撐力的微小變化，實(shí)時(shí)調(diào)整支撐末端的位置和支撐力的大小，為局部加工區(qū)域提供剛度補(bǔ)償。顯然，支撐力信號(hào)實(shí)時(shí)測(cè)量是火箭貯箱筒段柵格鏡像加工與裝備可靠運(yùn)行的重要保證。此外，支撐末端要求高度集

2、成，力傳感器單元被限制在Ф17mm的狹小工作空間內(nèi)。支撐力信號(hào)是由力傳感器獲取的，因此研制用于小工作空間內(nèi)多維支撐力測(cè)量的傳感器，并對(duì)其進(jìn)行精確標(biāo)定是保證艙壁柵格加工精度的基礎(chǔ)。
　　本文以支撐力信號(hào)測(cè)量為研究對(duì)象，針對(duì)支持力信號(hào)測(cè)量空間受限、多維、分辨率低的測(cè)試難點(diǎn)，從測(cè)試原理、理論推導(dǎo)、結(jié)構(gòu)仿真和實(shí)驗(yàn)標(biāo)定等方面，對(duì)支撐力測(cè)試的難點(diǎn)進(jìn)行分析研究，提出相應(yīng)的解決方案，研制出了在小工作空間內(nèi)用于六維支撐力測(cè)量的高靈敏度壓電力傳感器。

3、
　　首先基于支撐末端在工作中的受力情況，總結(jié)歸納出支撐力信號(hào)測(cè)試的難點(diǎn)。利用六維力作用下壓電晶片的應(yīng)力分布規(guī)律，求出感生電荷量與六維應(yīng)力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到晶組和電極片的組合形式，實(shí)現(xiàn)了小工作空間內(nèi)六維支撐力的測(cè)量。
　　之后對(duì)壓電力傳感器晶組、殼體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定了小工作空間內(nèi)力傳感器的預(yù)緊形式，建立預(yù)緊狀態(tài)下傳感器的力學(xué)模型，分析力在傳感器上的傳遞過(guò)程，得到了在不同量程內(nèi)預(yù)緊部件剛度的許用范圍。利用ANSYS Wo

4、rkbench軟件對(duì)傳感器進(jìn)行仿真建模，分別對(duì)傳感器進(jìn)行模態(tài)和靜力結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果均滿(mǎn)足鏡像銑削過(guò)程中對(duì)支撐力的測(cè)量要求。根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)分辨率的影響因素，對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)中各元器件進(jìn)行合理選型，完成了力測(cè)試系統(tǒng)的搭建。
　　最后對(duì)研制的壓電力傳感器進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，得到了力傳感器的靜、動(dòng)態(tài)標(biāo)定指標(biāo)。對(duì)靜態(tài)標(biāo)定指標(biāo)的影響因素進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析偏載對(duì)向間干擾的影響，提出了衡量加載點(diǎn)偏差程度的判別方法。針對(duì)機(jī)械連接偏載不可避免事實(shí)，提出了克服偏載