基于附加质量法的挠性接头刚度动态测量方法分析.pdf

仪器仪表/检测/监控
现代制造工程2010年第5期
基于附加质量法的挠性接头
刚度动态测量方法分析
王广林,卢坤宙,王慧峰
(哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001)
摘要:针对目前弹挠性零件刚度静态测量中传感器精度对测量结果影响较大的问题,就挠性接头刚度测量提出一种基
于附加质量法的动态测试方法。在介绍附加质量法刚度动态测量基本原理后,依据试件激励及信号处理方式的不同,初
步提出两种测量方案,经分析认为,频率计数法的固有频率测量能达到较高的精度,取得较好的测量结果。
关键词:刚度;动态测试;附加质量法;频率计数
中图分类号:TH16文献标识码:A文章编号:1671~3133(2010)05~0091-05
Analysis of dynamic stiffness measurement base on
additional quality act of flexible joint
WANG Guang-lin, LU Kun-zhou, WANG Hui-feng
School of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Haerbin 150001, China)
Abstract: Aimed at te problem that the measurement sensor accuracy ratly affect the measurements in current stifness static
measurement of the flexible part, advanced a dynamic measurement base on addi ional quality act for sti ness measurment of flex-
be join er iu he asic n of m ly sd tree pro rams according to different specimen
drive and if eent sial res in Analysis shows that natural frequency measurement of frequency count can obtain a prefera
ble measurement result
Key words: stifness; dynamic measurement additional quality act; frequency count
挠性零件测量提供借鉴。本文在介绍附加质量法动态
0引言
测量基本原理的基础上,初步提出基于数据采集计算法
弹挠性零件是弹挠性仪表的核心零件,起支承和和频率计数法两种测量方案,从原理上经过比较分析认
承载作用,主要包括弹簧管、挠性接头、挠性杆、扭杆为,频率计数法能取得较好的测量结果。
及石英摆片等。弹挠性零件不仅具有高尺寸精度、高
位置精度的要求,还有严格的物理特性刚度要求,从1弹挠性零件刚度的静态测试法
而对弹挠性元件的加工检测,特别是性能检测提出了
迄今,应用较为成熟的弹挠性零件刚度测量一直
很高的要求。国外对挠性元件的检测技术严格保密,采用的是静态测试法,即通过确定施加于弹挠性零件
国内尽管在弹挠性元件的检测方面做了许多工作,有上的力矩和转角(或力和位移)的大小,直接利用胡克
力地促进了弹挠性仪表零件的发展,但远未达到令人定律计算出刚度值。在静态测量法中大多仍沿用挂
满意的程度
砝码法,即把零件固定在光学分度头上,找正X、Y轴
目前,弹性零件刚度测量普遍采用静态法,存在位置,通过挂砝码加载,使之产生角变形,用准直光管
种种问题。例如,由于挠性接头受其加工尺寸小,刚和反射镜找正加载前后接头的位置,从分度头读出角
度差,易变形,定位、装夹困难等影响,很难达到高精变形。传统的静态测量方法劳动强度大、效率低,
度性能测量指标的要求叫。
且测量的精度也与操作者有关,为克服这些不足之
为了避免力和位移传感器测量精度对刚度测量的处,一些科研院所的学者进行了有益的探索。哈尔滨
影响,本文就挠性接头的刚度测量提出一种通过测量元工业大学已成功研制出一种通过各种传感器测量,
件固有频率来测量刚度的方法,为小刚度与较大刚度弹利用单片机控制的自动测量法,这种方法在一定程度
万方数据
现代制造工程2010年第5期
仪器仪表/检测/监控
上减轻了劳动强度,提高了测试效率。上海交通大学致计算值与实际值有较大的偏差,因此设法消除转动
赵辉等人通过利用摄像头(CD)检测系统连续不惯量对测量的影响是提高测量精度的途径之一。本
断地采集微小尺寸弹性零件加载前后边缘轮廓变形文采用附加质量法可以避免转动惯量的计算或者测
和位移的变化,计算得到零件的位移量,该项研究的量,其基本原理如下。
结论认为,该方法解决了传统静态测量方法下弹性元
测得系统固有频率のn后,在系统上附加一已知
件位移量很小、位移分辨率要求很高的问题。国防科微小质量△m,再用同一方法测得系统的固有频率
技大学的龙佑喜研究出一种基于微机的角刚度测量0a,由于附加质量,造成附加转动惯量△,因而使得
装置?,该装置通过微位移机构和标准弹簧片对接头系统固有频率a发生变化:a,=0n+Aa,由于K=
施加微力,从而使其产生角位移并通过位移传感器间.J=a2n(J+A),因此:
接测得;所施加的力则由标准弹簧片的变形计算间接
J+△J1,△
得到。北京兴华机械厂周琪提出利用微动台架和薄
片弹簧实现微力矩加载,通过微位移的测量间接得到
可以得到
转矩和转角的自动测量方法?,该方法在原理上和龙
△J
佑喜的方法一致,只是结构形式发生了变化。但是由
K=a J
(2
于标准弹簧或者薄片弹簧都是弱刚度弹性件,系统的
挠性接头细颈部位结构示意如图1所示,由于其
稳定性和精度受到局限。
他部位的刚度比细颈处的刚度要大得多,可以简化为
根据传统测量方法可以得出如下结论。
集中质量块,细颈作为弹性元件,因此该系统可以简
1)当刚度值K比较大时,由公式S=F/K可知,需化为具有一个等效质量的单自由度系统。细颈简化
要力值F变化较大的值才能引起被测点位移S的变过程所依据的原则是简化前后系统的动能应相等,简
化,这对力位移传感器的量程范围及位移传感器的分化后的力学模型如图2所示。对单自由度系统而言,
辨率提出了高的要求;并且此时夹具接触刚度会对测附加的微小质量Am可测,只要加载合适的位置,AJ
量结果产生较大影响。
便可以得到,由此可以不用再测量系统的转动惯量。
2)当刚度值K比较小时,由S=F/K可知,力值F
的较小变化将引起位移S的较大跳动,这对位移传感
器的量程范围、力传感器的分辨率以及测量电路稳定
性的要求较高。
静态测量法虽然具有测量简便、数据处理时可直
接得出加载特性曲线和刚度的线性度误差的优点,但
图1挠性接头细颈部位结构示意
是这种测量方法在测量过程中易受弯矩和小角度本
身测量精度的限制,对传感器及测量系统要求较高。
2附加质量法动态测量基本原理
角刚度动态测量法原理的基本思想是通过对接头
施加弯矩激励,使其产生一定的振动响应,继而通过测
图2细颈简化力学模型
振传感器测出接头振动的响应特性,