........ 28 3.3.2 离合器从动部分............................................................................................. 30 3.3.3 扭转减振器 ..................................................................................................... 30 3.3.4 电磁片式摩擦离合器的设计计算…………….............................................33结 论 .......................................................................................................................................... 37致 谢 .......................................................................................................................................... 38附录Ⅰ .......................................................................................................................................... 40附录Ⅱ .......................................................................................................................................... 51 第一章 绪论1.1 课题背景 根据材料力学推导出弹簧应力和变形的计算公式, 若无一定的实际经验,很难设计和制造出高精度的弹簧。
根据卷簧弹性计算公式 k=T/φ,我想本次设计的装置既然是测量卷簧弹性的装置,那么就应该从两个方面去考虑,第一点我十分关注国内外现有的测量扭矩的方法,第二点是测量转角的工具,那么首先介绍一下我通过查阅所了解的一些测量扭矩的方法。
1.1.1 扭矩的测量 扭矩由力和力臂的乘积来定义,单位是 Nm。
扭矩的测量以测量转轴应变和测量转轴两横截面相对扭转角的方法最常用。
应变式扭矩测量 由材料力学知,当受扭矩作用时,轴表面有最大剪应力 τmax。
轴表面的单元体为纯剪应力状态, 在与轴线成 45 度的方向上有最大正应力σ1 和 σ2,其值为|σ1||σ2|τmax。
相应的变形为ε1 和ε2 ,当测得应变后,便可算出τmax。
测量时应变片沿与轴线成 45°的方向粘贴。
若测得沿 45°方向的应变ε1,则相应的剪应变为 (1—1) 式中:E—材料的弹性模量; μ—材料的泊松比; 于是,轴的扭矩为 (1—2) 式中:Wn—材料的抗扭模量。
对于实心圆轴 测扭时,电阻应变计须沿主应变 ε1 及ε2 的方向与轴线成 45°及 135°夹角。
应变计的布置及组桥方式应考虑灵敏度、温度补偿及抵消拉、 压及弯曲等非测量因素干扰的要求。
图 1.1 测量扭矩时应变片的布置和组桥方式 图 1.1测量扭矩时应变片的布置和组桥方式为一轴体的表面展开图,图中给出几种布片及组桥方案。
a为双片集中轴向对称横八字布置,应变片 R1 及 R2 互相垂直,其敏感栅中心分别处于同一母线的两个邻近截面的圆周上, 组成半桥的相邻两臂。
这种布置方式的贴片及引线较为简单,但不能完全抵消弯曲影响,可用于轴体不受弯曲的场合。
b为双集中径向对称竖八字布置,与a之不同之处仅在于 R1 及 R2 处于同一截面周边的邻近两个点上,其适用条件同a。
c为四片径端对称的双横八字布置,应变片各按a的方式分别布置再在同一直径两个端点的邻近部位。
在轴体表面展开图中,互相垂直的两个应变片的中心共线,四片可组成半桥或全桥。
组成全桥时,输出灵敏度为a的二倍。
无论组成半桥或全桥皆可抵消拉压及弯曲的影响。
d为四片径端对称的双竖八字布置,可视为b的复合。
应变片分别处于同一截面同一直径两个端点的邻近部位,且在轴体表面展开图中四个敏感栅的中心共线。
e为四片均布的双竖八字布置,与d的区别仅在于四片圆周均布。
d与e可组成全桥或半桥方式,其灵敏度及抵抗非测力因素的性能同c。
首先采用自制夹具把卷簧固定在心轴上, 让卷簧外端固定在一个固定架上, 使心轴转动的时候能够带动卷簧的拉紧, 然后用应变片如上述方式组桥安在心轴上, 那么就能测量出心轴所受的扭矩的大小,从而能得到卷簧所受的扭矩。
还有其他一些液压测扭矩的装置, 其中我较为看好的是液压扭力扳手,其优点是结构结单,测量方便,精度也合适本次设计。
初步认为测力的方法很多,我个人采用了一个简单的机构来测量其扭矩。
试想我们首先要测的是弹簧扭转时产生的扭矩,如果我们用一个悬臂去连接心轴,手动或机动使悬臂绕心轴旋转,这样我们可以固定一个力臂, 那么我们只要测出在此力臂处卷簧所受的推或拉力就可以知道我们上面所需要得到的扭矩了, 这样一来,原来要测量扭矩的问题也就变成了测力的问题了。
我所关心的问题也就由测扭矩方法变成了关心测力的方法了。
力的测量 通过对机械零件和机械结构的力、 扭矩和压力的测量, 可以分析其受力状况和工作状态,验证设计计算,确定工作过程和某些物理现象的机理。
对设备的安全运行、自动控制及设计理论的发展等都有重要指导作用。
1 力的测试方法与测力传感器的选用 力值的测试方法可分为两类。
一类是直接比较法,即把待测力与基准量直接进行比较。
另一类是间接比较法,就是将被测力通过力传感器转换为其它物理量,然后与标定值进行比较。
此法不仅适用于静态测试,而且还广泛用于动态力的测试。
实现力值测试的关键装置是测力传感器。
测力传感器种类繁多,有电容式、 压阻式、差动变压器式、压电式、电阻应变式等。
在动态力测试中选用时,还应注意传感器的动态特性即幅频特性和相频特性。
因为一般的测力传感器进行动态力如车削力测试时都存在幅值误差和相位误差,这些误差都与被测对象的变化频率有关, 只有当被测力的变化频率远小于测力传感器的固有频率且进行误差补偿时, 测力传感器的输出值才接近动态被测力的实际值。
此外,多向测力时还应注意各方向力的交叉干扰——即一方向的被测力对另一方向被测力测量值的影响。
常用的测力传感器有如下几种: 1. 电容式力传感器 其特点是结构简单,灵敏度高,动态响应快,但是由于电荷泄漏难于避免,不适宜静态力的测量 电容式力传感器的结构原理。
2. 压电式力传感器 前面章节介绍过压电式传感器的原理和压电式振动加速度传感器, 测力传感器的结构类似。
其特点是体积小,动态响应快,但是也存在电荷泄漏,不适宜静态力的测量。
使用中应防止承受横向力和施加予紧力。
图 1.2 差动变压器式力传感器 3. 压磁式测力装置 其特点是硅钢材料受力面加大后,可以测量数千吨的力,且输出电势较大,甚至只需滤波整流,无需放大处理。
常用于大型轧钢机的轧制力测量。
使用中应防止因侧向力干扰而破坏硅钢的叠片结构压磁式测力装置的工作原理。
4. 差动变压器式测力传感器 其特点是工作温度范围较宽为了减小横向力或偏心力的影响,传感器的高径比应较小。
差动变压器式测力传感器的工作原理如图 1.1 所示。
电阻应变式和压电式测力传感器具有灵敏度高、线性度和稳定度好、结构简单、动态特性优良等优点,广泛应用于力的测试中。
5.电阻应变式力传感器 静态和动态力测试广泛应用由应变片与弹性元件组成的力传感器。
常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种形式 柱式弹性元件 通过柱式弹性元件表面的拉压变形测力。
应变片的粘贴和电桥的连接应尽可能消除偏心和弯矩的影响, 一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部。
柱式力传感器可以测量 0.13000 吨的载荷,常用于大型轧钢设备的轧制力测量。
梁式弹性元件 类型有等截面梁、 等强度梁和双端固定梁等,通过梁的弯曲变形测力,结构简单,灵
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