小工作空間壓電式六維力傳感器研究.pdf

1、火箭發(fā)射的安全性和經濟性與燃料貯箱柵格的精密加工密切相關。傳統(tǒng)加工方法難以達到柵格加工精度要求，鏡像銑削憑借其效率高、通用性強、精度高等優(yōu)點，成為解決大型薄壁構件加工問題的有效途徑。為保證鏡像銑削的加工精度，應準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，實時調整支撐末端的位置和支撐力的大小，為局部加工區(qū)域提供剛度補償。顯然，支撐力信號實時測量是火箭貯箱筒段柵格鏡像加工與裝備可靠運行的重要保證。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。支撐力信號是由力傳感器獲取的，因此研制用于小工作空間內多維支撐力測量的傳感器，并對其進行精確標定是保證艙壁柵格加工精度的基礎。
　　本文以支撐力信號測量為研究對象，針對支持力信號測量空間受限、多維、分辨率低的測試難點，從測試原理、理論推導、結構仿真和實驗標定等方面，對支撐力測試的難點進行分析研究，提出相應的解決方案，研制出了在小工作空間內用于六維支撐力測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，總結歸納出支撐力信號測試的難點。利用六維力作用下壓電晶片的應力分布規(guī)律，求出感生電荷量與六維應力之間的對應關系，得到晶組和電極片的組合形式，實現(xiàn)了小工作空間內六維支撐力的測量。
　　之后對壓電力傳感器晶組、殼體的結構進行設計。確定了小工作空間內力傳感器的預緊形式，建立預緊狀態(tài)下傳感器的力學模型，分析力在傳感器上的傳遞過程，得到了在不同量程內預緊部件剛度的許用范圍。利用ANSYS Wo

4、rkbench軟件對傳感器進行仿真建模，分別對傳感器進行模態(tài)和靜力結構分析，結果均滿足鏡像銑削過程中對支撐力的測量要求。根據(jù)測試系統(tǒng)分辨率的影響因素，對信號采集系統(tǒng)中各元器件進行合理選型，完成了力測試系統(tǒng)的搭建。
　　最后對研制的壓電力傳感器進行標定實驗，得到了力傳感器的靜、動態(tài)標定指標。對靜態(tài)標定指標的影響因素進行分析，重點分析偏載對向間干擾的影響，提出了衡量加載點偏差程度的判別方法。針對機械連接偏載不可避免事實，提出了克服偏載