壓電測力儀結(jié)構(gòu)熱影響研究.pdf

1、隨著測試與自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，壓電測力儀以其良好的靜/動態(tài)特性在切削力測量、發(fā)動機推力測試、重載裝備自動控制等領(lǐng)域受到了廣泛應用。降低環(huán)境干擾的影響能夠提高壓電測力儀測試精度，特別是熱影響。熱作用對壓電測力儀的影響主要表現(xiàn)為輸出信號隨熱量的流入產(chǎn)生偏差，影響測量的準確性。因此，研究熱場作用對壓電測力儀輸出的影響有重要意義。
　　本文對壓電測力儀在熱影響下輸出信號產(chǎn)生偏差的現(xiàn)象進行研究，闡述了熱影響下測力儀結(jié)構(gòu)熱應力對測力儀輸出

2、的影響規(guī)律。提出相應的改進方案，研制出了在熱影響下能夠保持測試信號穩(wěn)定的測力儀。
　　首先，本文基于溫度均勻分布假設(shè)分析了壓電測力儀中預緊結(jié)構(gòu)熱變形以及熱熱應力，通過有限元方法對熱場作用下壓電傳感器的螺栓預緊結(jié)構(gòu)熱應力變化過程進行仿真。結(jié)果表明，在熱場作用下，壓電晶組在預緊力作用方向上應力變化明顯，測力儀預緊結(jié)構(gòu)的熱變形以及由其引發(fā)的熱應力變化是熱場作用下測力儀輸出信號產(chǎn)生偏差的主要原因。
　　其次，本文基于熱影響機理，對測

3、力儀結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。改進了螺栓預緊方法，用一跟螺桿同時對兩個壓電傳感器進行預緊，改變了預緊件與壓電傳感器之間剛性并聯(lián)的關(guān)系，使得熱應力變化成為傳感器之間的內(nèi)力變化。結(jié)合適當?shù)膫鞲衅髡{(diào)試方法，理論上能夠消除熱應力變化對測力儀輸出的影響。通過有限元分析方法以及加熱實驗，驗證了改進的預緊結(jié)構(gòu)對熱場作用影響有明顯的抑制效果。
　　最后，對設(shè)計的測力儀進行安裝、調(diào)試以及標定，并在加熱狀態(tài)下進行加載實驗。標定結(jié)果表明，在600N作用力范圍下測力