一种新型三维力/力矩传感器的研制

研制了一种新型的三维力/力矩传感器,运用正交试验法优化了传感器弹性体的结构尺寸,根据优化后的结构确定传感器的尺寸。在有限元分析软件ANSYS下,分析弹性体在各作用力下的应力和变形,确定应变片粘贴位置。最后阐述了传感器的测量原理及静态线性标定的测试,证明了传感器在实际应用中的有效性和可靠性。     

轻型商用车少片钢板弹簧疲劳裂纹扩展研究

通过商用车实车道路试验,对少片钢板弹簧型疲劳裂纹扩展进行研究.经减速带冲击工况试验得到板簧应力和疲劳裂纹扩展速率最大处,用此位置和距中心螺栓孔16mm处粘贴的应变片实时采集板簧应力,同时使用位移传感器实时采集中心螺栓孔相对车架位移.基于裂纹尖端附近应力场及应力强度因子的方法对数据进行分析,最终完成7种工况的实车道路试验.结果表明:距中心螺栓孔116mm处的疲劳裂纹扩展速率较大,与此类钢板弹簧容易发生疲劳故障的位置吻合.通过理论分析与试验验证此方法可以应用于板簧裂纹扩展速率预测.     

行星架应变片粘贴与标定

均载特性是星型齿轮系统最重要的性能参数之一,星型齿轮系统可以测量行星架上应力大小的方式对均载系数进行计算。文中介绍了行星架粘贴和标定应变片的方式,分析应变数据,最终得出行星架应变片最佳粘贴位置。     

一种机器人关节扭矩传感器的设计与研究

设计了一种轮辐式机器人关节扭矩传感器,主要用于实时监测机器人各个关节处的扭矩,进而利用力矩传感器实现机器人的柔性控制和人机协作。为了研究机器人的扭矩传感器,首先进行了力学分析,确定了应变片的粘贴位置;然后对应变片的变形进行了分析;进而运用有限元分析软件对扭矩传感器进行了材料的选择和本体的优化;设计了信号处理电路;最后利用标定装置对传感器进行了静态标定,通过分析获得传感器的灵敏度、线性度和迟滞等性能指标。     

溅射膜片微应变与精密测量弹簧组合技术用于毫米级位移测量的分析与实现

介绍溅射膜片微应变与精密测量弹簧组合测量位移技术,将0～5 mm位移转变为与其成比例的电压信号,分析、讨论了传感器工作原理与设计方法.地面和飞行试验结果显示,该组合技术具有良好的静态测量精度和动态响应性能,适用于飞行器动态环境小量程间隙的测量.     

电涡流法测量涡旋压缩机轴向间隙的可行性试验研究

介绍了电涡流法测量位移的基本原理和性能,设计了静态校正系统,对电涡流位移传感器进行了静态特性测试,并对不同测试材料的输出特性进行了试验对比。用设计的动态测试平台模拟涡旋压缩机中形成轴向间隙的动静盘间的实际运动情况,利用基于虚拟仪器技术的数据采集系统记录数据波形。试验结果表明,电涡流位移传感器静态和动态性能好、灵敏度高、输出信号强,能满足涡旋压缩机轴向间隙小位移量的测量要求,输出波形信号频率能精确反映压缩机的转速变化情况。指出了传感器用于涡旋压缩机实际测量时的安装要点。     

三维柔性触觉传感器静态标定方法研究

为了解决三维柔性触觉传感器的静态标定问题,本文对三维柔性触觉传感器标定的特殊性以及采用砝码标定法标定三维触觉传感器时标定装置中的静摩擦力引起的误差进行了分析,提出了基于六维力测量来标定三维触觉传感器的方法,研制了一种基于六维力测量的气浮式标定平台;该平台采用气浮的方法将一个矩形六面体结构的浮板完全浮起,通过测量每组气浮承压腔内的压力来求取作用在浮板上沿X、Y、Z坐标轴方向的外力和绕X、Y、Z坐标轴方向的外力矩;给出了作用在标定平台表面上任意力的大小、方向和作用点坐标的计算公式。实测数据表明,研制的气浮式标定平台性能可满足三维柔性触觉传感器的静态标定要求。     

应变片焊接粘贴一体化装置

在电测应力试验中,应变片的焊接与粘贴质量将直接影响到电测结果的准确性。应变片的焊接与粘贴是由试验人员手工操作来完成的,由于在手工粘贴的过程中人为影响因素较大,在粘贴时容易出现应变片位置偏差或者按压不均匀,从而导致获得的数据不够准确。提出并设计了应变片自动焊接粘贴装置,通过该装置可准确、快速地完成应变片的焊接及粘贴。其粘贴质量可靠,节约了粘贴时间,具有较大的经济效益。     

混凝土泵活塞位移测量方法研究

分析了混凝土泵活塞工作情况,设计了混凝土泵活塞位移测量装置.将一个固定支架安装在水箱处,将拉绳式直线位移传感器和定滑轮安装在固定支架上,位移传感器的拉绳末端固定在混凝土泵活塞杆与混凝土缸活塞的连接法兰上,通过定滑轮对位移传感器的扭绳进行换向,测量混凝土泵活塞位移.试验结果表明.该测量装置能够精确测量混凝土泵活塞位移.     

基于ANSYS扭矩传感器的敏感元件设计

在应变式扭矩传感器的设计中,敏感元件的设计是最重要的部分。敏感元件的设计过程主要包括了选择敏感元件材料、设计敏感元件结构以及选取应变片黏贴位置等几个步骤。首先,根据实际情况选择了性能较好的弹簧钢作为敏感元件的材料。然后,运用ANSYS软件分析结构的应力应变,根据实际的应力应变情况将应变片的位置选在了弹性梁的应力值比较大并且适合粘贴应变片的地方。经研究分析,该设计适合采用直角应变花测量。最后,试验结果数据表明了设计的可靠性。     

高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端力学参数变化规律

为研究高频谐振式疲劳裂纹扩展试验中带有Ⅰ型预制裂纹的紧凑拉伸(CT)试件裂纹尖端力学参数的变化规律,利用动态有限元方法,采用ANSYS和MATLAB软件编写程序,计算了CT试件在高频恒幅正弦交变载荷作用下,在一个应力循环及裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域的位移、应变场及裂纹尖端的应力强度因子,并分析了其变化规律。在计算裂纹尖端应力强度因子时,首先采用静态有限元方法和理论公式验证了有限元建模和计算的正确性,然后采用动态有限元方法研究了裂纹扩展过程中裂纹尖端应力强度因子的变化规律。最后进行了高频谐振式疲劳裂纹扩展试验,采用动态高精度应变仪测量了裂纹扩展到不同阶段时裂纹尖端点的应变,并对有限元计算结果进行了验证。研究结果表明：在稳态裂纹扩展阶段,高频谐振载荷作用下Ⅰ型疲劳裂纹尖端位移、应变及应力强度因子均为与载荷同一形式的交变量;随着裂纹的扩展,Ⅰ型疲劳裂纹尖端的位移、应变及应力强度因子幅不断增大;静态应力强度因子有限元计算值和理论值的误差为2.51%,裂纹尖端点应变有限元计算结果和试验结果最大误差为2.93% 。     

杆式风洞应变天平动态实验、建模与补偿

杆式应变天平是一种6维力传感器,在风洞实验中测量飞行器模型所受的各个方向的力和力矩.但是,其动态响应的超调量大,调节时间长,即动态性能差,无法满足动态测试的要求.为此,设计了应变天平动态标定装置,进行动态标定实验;基于实验数据建立应变天平的动态数学模型,给出性能指标;研制基于DSP的动态校正系统,实现对应变天平6路输出信号的动态补偿,以加快应变天平的动态响应.所建的模型和所研制的系统得到实验结果的验证.     

Design,development and testing of a four-component milling dynamometer for the measurement of cutting force and torque

The cutting forces generated in metal cutting have a direct influence on generation heat, tool wear or failure, quality of machined surface and accuracy of the work piece. In this study, a milling dynamometer that can measure static and dynamic cutting forces, and torque by using strain gauge and piezo-electric accelerometer has been designed and constructed. The orientation of octagonal rings and strain gauge locations has been determined to maximise sensitivity and to minimise cross-sensitivity. The force and torque signals were captured and processed using proper data acquisition system. The dynamometer has been subjected to a series of tests to determine its static and dynamic characteristics. The results obtained showed that the dynamometer could be used reliably to measure static and dynamic cutting forces and torque.     

高速三维数字图像法测量手机跌落全场应变

为了测量手机跌落时的变形与应变,基于数字图像相关法及双目立体视觉原理,提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法,并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中,角度变化导致散斑匹配失败率高,变形应变场缺损严重的问题,利用高速相机高速采集图像,并改进图像匹配方法,采用顺序逐帧基准匹配,保证了测量精度,提高了应变场完整度。研制了光学测量系统,设计了试验方案,进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比,对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明,本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%,其位移动态测量精度为0.42%,应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求,与传统测量方式相比有明显优势,是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。     

Development of a new type of corrosive wear tester

A new type of corrosive wear tester has been developed, on which both static and transient corrosive wear tests can be performed. By combining the tester with an electrochemical measuring system and a dynamic strain gauge, studies can be done in fields such as polarisation curve measurement under conditions of corrosive wear, surface state and wear coefficient measurement, and dynamic observations of current under static potential, as well as the study of surface film rupture and recovery. Leakage of the solution was considered throughout the design, and was addressed by avoiding passing the rotating shaft through the electrolytic cell.     

底部钻柱近钻头动态力测量及声传输方法

为研究随钻测井时底部钻柱近钻头动力学特性,设计直梁应变片式测力传感器,研制一种基于虚拟仪器平台的模拟钻柱动态力无线测量装置,用于模拟钻柱旋转过程中轴向力、侧向力和转矩的多线程检测。在此基础上,比较井下数据传输方法,以纵波为传输载体,设计模拟钻柱声传输装置,对动态力数据进行脉冲时延和OOK(On-off keying)调制,沿管轴方向对有限长模拟钻柱施加纵向激励,进行模拟钻柱信道动态力测试信号的声传输试验。结果表明,系统在实验室内实现动态力数据经时延脉冲OOK信号调制后沿模拟钻柱信道的低频声波传输,为近钻头传感器测量数据的低频声传输系统的应用提供理论与试验依据。     

基于静态应变测试系统的应变与位移测试方法研究

简要介绍了基于静态应变测试系统的应力应变测试与位移测试的基本原理和特点;以某载重装置为例,给出了该装置在静载下应力应变、位移等参数的测试方法;用测试实例说明了采用该系统测试相关机械参数的简便可行性。     

二维数字图像相关方法的拉伸实验误差分析

对数字图像相关(DIC)方法的拉伸实验误差进行了系统分析。通过刚体运动实验,从软件模拟计算和硬件两方面研究了DIC方法的实验误差,同时,根据成像原理,分析了离面位移对实验结果的影响。为了检验测试系统的测量精度,将DIC方法与多晶铜试样拉伸实验相结合,比较了不同实验条件下DIC方法与应变片测量的结果,分析认为测量误差主要来源于摄像机噪声及离面位移。鉴于这两种误差难以消除,探索了一种误差修正方法,对系统误差进行修正并得到满意结果。     

An experimental rig for near-bit force measurement and drillstring acoustic transmission of BHA

An experimental rig for near-bit force measurement and drillstring acoustic transmission of bottom-hole assembly (BHA) is designed and implemented to investigate downhole dynamic behaviors of BHA. By using a developed dynamic force sensor device with a four-straight beam strain gauge, the rig can measure axial, lateral forces and torques exerted on simulated drillstring while rotating. For the upward transmission of downhole dynamic force data, drillstring acoustic telemetry method is further analyzed by transient numerical simulation. Considering acoustic signal attenuation and transmissibility, a narrow pulse on-off keyed modulated time-delay signal transmission method is developed. The near-bit force measurement experiments of BHA are performed under different weight on bit loads, deviation angles and drill pipe combinations. The obtained force data are transmitted via acoustic waves propagating along the simulated drillstring. The results show that acoustic transmission rate is approximated 77 bit/s along 6.4-m simulated drillstring under 1-W power excitation in the laboratory.