傳感器測傳動軸扭矩轉(zhuǎn)速課程設(shè)計論文-展示頁
2024-09-12 20:23本頁面
【正文】 件緊緊相連 , 以消除機件在運動時產(chǎn)生的微量角度位移 , 以防止套管式扭矩傳感器的上應(yīng)變片信號測量不準(zhǔn)。當(dāng)套管式扭矩傳感器 2 內(nèi)的傳動軸 1 ,在步進電機 7 的帶動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動時 , 此時 , 當(dāng)傳動軸 1 的另一端受到扭矩負(fù)載時 , 而步進電機 7 的轉(zhuǎn)子必然產(chǎn)生一個大小相等 , 方向相反的作用力傳遞給步進電機 7 的定子 (外殼 ) 上 , 步進電機 7 的外殼再將這個力傳遞給變速箱 6 的外殼 , 變速箱 6 外殼再將這個力傳遞給套管式扭矩傳感器 2 ,使套管式扭矩傳感器 2 的應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變信號 , 然后直接將這個信號從接線盒 8 上輸出 ,達到利用靜態(tài)的、不運動的套管式扭矩傳感器 , 測出運動中或運 動后的扭矩大小的目的。 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)圖 如圖 2 這種靜動態(tài)扭矩傳感器的主要結(jié)構(gòu)原理是 :在固定不動的套管式傳感器 2 ( 外殼 ) 上貼有應(yīng)變片 ,而旋轉(zhuǎn)的傳動軸 1 通過固定不動的套管式傳感器 2 ,傳動軸 1 的一端與變速箱 6 內(nèi)的行星齒輪系或步進電機 7 的轉(zhuǎn)子連成一體 , 另一端與扭矩負(fù)載相連 。以上講的是實驗室壽命 , 實際上使用壽命有可能更短些。 108 轉(zhuǎn)之間。 根據(jù)有關(guān)資料介紹 , 銀鎳合金集流環(huán)和銀石墨電刷的使用壽命一般在 3 179。為了將應(yīng)變信號輸出 ,碳刷集流環(huán)方式信號輸出的動態(tài)扭矩傳感器往往采用碳刷與集流環(huán)形式 , 將應(yīng)變信號從運動的扭力軸傳送到固定的外殼上的碳刷集環(huán)方式信號輸出的動態(tài)傳感器。綜上所述，本文所設(shè)計的方案是完全可行的。在動態(tài)扭 矩測量中 ,其主要問題是旋轉(zhuǎn)工況下，電源如何可靠地輸入到應(yīng)變橋路及信號如何可靠地輸出到顯示儀表，本設(shè)計采用滑環(huán)以及滑臂之間的電刷達到電源的輸入及輸出。這里采用變壓器傳輸方式完成電源的傳輸。 （ 6）液晶顯示：液晶顯示部分直觀地顯示出所測彈性軸的扭矩，是整個系統(tǒng)的作用完整顯現(xiàn)。 （ 4） A/D 轉(zhuǎn)換：將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 (2)信號放大 由于應(yīng)變電橋輸出的電壓只有 mV 級，所以必須對其放大，放大電路由高性能運算放大器搭成差動放大電路，其放大倍數(shù)在 80～ 120 之間可調(diào)。如圖 23 所示，初始條件應(yīng)變片電阻 R1=R2=R3=R4=R0，當(dāng)彈性軸受力矩 M 作用時，工作應(yīng)變片R R R R4 分別產(chǎn)生最大正負(fù)應(yīng)變。所以軸表面任何單元平面的法向應(yīng)力值都符合平面應(yīng)力狀態(tài)理論。 圖 22 扭軸橫截面上的剪應(yīng)力分布 轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)時切應(yīng)力處在縱向軸的徑向平面上，在軸表面用兩個橫截面，兩個徑向縱截面及兩個軸向縱截面截取出一個單元平行六面體來研究，因邊長均為微量，故此六面體非常接近于正六面體。 扭矩測量的基本原理 一根實心的圓軸在扭矩 nM 的作用下，其表面的剪應(yīng)力的大小為nnGWMGr ?? ? 1 第 3 頁 式中 G 為剪切彈性模量， ? ?UEG ?? 12 同時，相距為 L 的兩個斷面的相對扭轉(zhuǎn)角，其值的可有下 式?jīng)Q定：nnMGJL?? 式中 nJ 為斷面的極慣性矩，又 dAJn ?? 22 ?? 對于實心圓軸： nJ =? /32 4d ； 對于空心圓軸： ??nJ /32（ 44 dD? ）； 由上述各式可見，只要軸的尺寸 D 或 0D ， 0d 及 L 確定，材料的剪切彈性模量就一定，轉(zhuǎn)軸的剪應(yīng)變和相距 L 的兩斷面的相對轉(zhuǎn)角就只與扭矩有關(guān)，且成比例，即 nKM?? nGJLK? 為常數(shù)，所以 nM?? 因此，只要測量 ? 即可確定 nM 。應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)如下： 多數(shù)應(yīng)變式傳感器都是將應(yīng)變計粘貼于彈性元件表面彈 性元件表面的變形通過基底和粘結(jié)列傳遞給應(yīng)變計的敏感。基底是將傳感器彈性體表面的應(yīng)變傳遞到電阻敏感柵上的中間介質(zhì)，并起到敏感棚和彈性體之間的絕緣作用，面膠起著保護敏感柵的作用，粘結(jié)劑是將敏感柵和基底粘接在一起，引出線是作為聯(lián)接測量導(dǎo)線之用。由物理 學(xué)可知，金屬絲酌電阻值 R 與其長度 L 和電阻率ρ成正比， R=ρ L/A 從而當(dāng)金屬絲受力變形改變其長度與橫截面積而改變電阻值，而引起電壓值變化。 1 第 2 頁 2 扭矩測量及應(yīng)變片的基本原理 應(yīng)變片式傳感器的原理及結(jié)構(gòu) 應(yīng)變計的轉(zhuǎn)換原理基于應(yīng)變效應(yīng)。 1 1 傳感器測傳動軸扭矩轉(zhuǎn)速課程設(shè)計 設(shè)計說明書 1 2 目 錄 1 設(shè)計題目 1 設(shè)計分析與要求 1 2 應(yīng)變片式傳感器的原理及結(jié)構(gòu) 2 扭矩測量的基本原理 3 5 檢測裝置整體系統(tǒng)框圖 5 各部分功能的介紹 5 方案論證 6 4 傳感器的設(shè)計 7 傳感器類型的選擇 7 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)圖 7 靜動態(tài)扭矩 傳感器設(shè)計計算原理 8 圓管形扭矩傳感器的靜校方法 8 5 扭矩檢測系統(tǒng)各部分電路的設(shè)計 10 引言 10 電橋電路 10 電橋電路的選用 10 電橋電路的精度誤差分析 10 放大電路的設(shè)計及硬件的選用 11 放大電路的設(shè)計 11 放大電路的誤差分析 13 低通濾 波電路的設(shè)計 14 A\D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 15 單片機電路及硬件選取 19 LCD 顯示電路及硬件選取 20 硬件的抗干擾措施 24 6 軟件部分簡介 25 1 3 引言 25 數(shù)據(jù)處理子程序 27 LCD 顯示部分 27 7 精度誤差分析 29 8 結(jié)束語 30 9 參考文獻 31 附錄一 系統(tǒng)電路總圖
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