挠性接头刚度测量中传感器的研究
引 言
动力调谐挠性陀螺仪[1]是一种利用挠性支承悬挂陀螺转子,并将陀螺转子与驱动电机隔开,其挠性支承的弹性刚度由支承本身产生的动力效应来补偿二自由度陀螺仪。挠性接头作为动力调谐陀螺的弹性支撑和调谐补偿元件,它把转子和驱动轴连接起来,是引起陀螺基本误差的元件[2]。挠性接头由上环、中环、下环构成,两对细颈将这3个环连接成一个整体式接头。成对的细颈对称分布,两细颈轴线与驱动轴线正交于支撑中心点。作为补偿力矩关键因素的角位移刚度指标实际上就是细颈处的刚度,是挠性接头一项重要的技术指标,其大小对整个仪表 的品质起着决定性的作用,直接关系到陀螺仪的控制精度和灵敏度等性能指标[3-4]。但在目前的挠性接头制造技术[5-6]中,细颈部位的刚度值难以得到保证,是依靠反复测量其刚度值、不断对其变形部位尺寸进行加工修正来保证加工精度的,这给批量生产带来了难题。因此,研制挠性接头刚度测量系统非常必要,测量系统的精度及测量方法的方便程度决定了加工的精度及难易程度。
国内生产挠性接头的大多数单位仍在沿用挂砝码法[7]进行刚度测量。这种测量方法在测量过程中易受挠性接头弯矩和小角度本身测量精度的限制,测量误差较大。另外,操作使用不方便,工人的劳动强度大,对重复性要求高的批量生产很不适合。文献[7]提出了谐振激励测量方法,此方法适合测量刚度较大的弹挠性零件,而且还处在试验阶段。用此方法测量挠性接头的力矩-转角刚度还有待于进一步研究。
1 测量原理
在实际工作中,挠性接头受到外加力矩引起在细颈处发生转动,即所对应的刚度指标为力矩-转角刚度,定义为外加力矩M与其作用下挠性接头角位移θ的比值,即
测量原理如图1所示。首先,将辅助测量元件测量环装在挠性接头上,然后将装有测量环的挠性接头装在夹具中夹紧,为了减小传感器的迟滞误差,采用两点法测量方式来消除对测量精度的影响。上升力传感器与测量环接触,对挠性接头预加一个初始力,使挠性接头有一个微小的转角,此时力为F0,位移为S0。再上升力传感器到适当位置,此时力和位移为F1和S1,则外加力矩M=(F1-F0)L(L为测量环半径)。因转角很小,所以相应的角位移θ≈tanθ=
2 传感器的研制
2.1 位移传感器的研制
由于本测量系统是高精度测量,因此测量角位移时不能受测量力的影响,必须采用非接触式测量。考虑到挠性接头的最大转角很小,因此在小角度范围内,采用弧线位移折算的方法实现角位移的测量,将测量角位移转化为测直线位移。电感式位移传感器具有结构简单、安装和调试方便、工作可靠寿命长、灵敏度和分辨率高及传感器输出信号强等优点。位移传感器选用螺管型电感式传感器,在几十微米内传感器的非线性误差可达到0.05%。虽然它的频率响应较低,但是本测量系统是静态测量,因此满足使用要求。采用差动连接方式将灵敏度提高一倍,还降低了温度变化和电源波动等外界干扰,提高了抗干扰能力。零位残余电压的存在会造成零位附近有不灵敏区,易使放大器末级趋于饱和,影响电路的正常工作。为了尽可能地减小零位残压,制造时要求上下磁路对称,提高线圈的品质因素。因此,在自制传感器线圈时充分考虑了上下磁性材料特性的一致,导磁套、衔铁的配套,线圈均匀排列,松紧一致,并使线圈每层匝数相等。在传感器制造的过程中还充分考虑了材质的性能。铁芯为材质均匀的软铁,并经过氢气保护退火除去机械应力,改善其磁性。电感线圈的骨架采用有机玻璃,该材料热膨胀系数小,防潮性好,有一定的机械强度,易于加工。
相关文章
- 2022-01-09嵌入式实时操作系统设计及应用
- 2022-08-30利用F-P干涉仪测量固体材料线膨胀系数
- 2023-12-13太阳能半导体制冷装置设计与性能分析
- 2022-12-05新型128导大脑磁刺激仪的研制
- 2024-02-06高频电刀主变换器工作原理及故障分析
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。