亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        大型船舶便攜式扭矩計(jì)量裝置傳感器彈性體的設(shè)計(jì)研究

        2013-06-25 11:57:12馬仲翦
        機(jī)械管理開(kāi)發(fā) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:薄片彈性體扭矩

        馬仲翦,趙 軍

        (92493部隊(duì)89分隊(duì),遼寧 葫蘆島 125000)

        0 引 言

        扭矩參數(shù)是大型船舶性能的最關(guān)鍵參數(shù),反映了船舶主動(dòng)力系統(tǒng)的性能狀況,并決定其操作人員的判斷,關(guān)系到艦船主動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)性、船舶的安全性和機(jī)動(dòng)可靠性。大型船舶利用扭矩測(cè)量?jī)x測(cè)量扭矩參數(shù),可以進(jìn)行船體、主機(jī)、螺旋槳的良好匹配;可以進(jìn)行整個(gè)船舶航行燃油的損耗及節(jié)能管理;可以進(jìn)行大型船舶多臺(tái)主機(jī)功率平衡的控制;可以進(jìn)行主機(jī)超扭故障的預(yù)警;可以進(jìn)行航行安全姿態(tài)的控制等。因此測(cè)量扭矩參數(shù)具有重大意義,保證扭矩參數(shù)的精確性尤為重要。

        鑒于大型設(shè)備的實(shí)際安裝情況,如按要求每年將傳感器裝置與測(cè)量?jī)x表拆卸后送檢、并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量會(huì)有很大實(shí)際困難,因此研發(fā)高精確度專用的便攜式扭矩儀計(jì)量校準(zhǔn)裝置就很重要。大型船舶裝艦扭矩儀的最大允許誤差為±1%FS,為能對(duì)其提供可靠比對(duì)校準(zhǔn),扭矩儀計(jì)量校準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)最大允許誤差為±0.5%FS。標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器系統(tǒng)是整套設(shè)備的核心部件,其由彈性體、應(yīng)變片等零部件組成。工作原理是:當(dāng)軸受扭產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)時(shí),裝在固定器具上的彈性體產(chǎn)生相應(yīng)變形,粘貼在彈性體上的應(yīng)變片產(chǎn)生與扭矩近似成正比的應(yīng)變,后經(jīng)電橋電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電壓輸出。彈性體是其關(guān)鍵部件,彈性體材料是高性能扭矩傳感器研制成功的基礎(chǔ)[1]。標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器是扭矩現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的基準(zhǔn),它的準(zhǔn)確度決定了校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確度,應(yīng)有良好的線性度、足夠?qū)捄銖椥苑秶⒏叻€(wěn)定性,因此,彈性體制造材料選擇與薄片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),就成為研發(fā)便攜式扭矩計(jì)量裝置的重要內(nèi)容。

        1 扭矩傳感器的方案選擇

        目前,用于大型船舶主軸扭矩的測(cè)量有三種形式:采用應(yīng)變式扭矩傳感器的扭矩測(cè)量?jī)x(包括雙彎曲式和單彎曲式)、鋼弦式扭矩傳感器、直接將應(yīng)變片粘貼在主軸上進(jìn)行扭矩測(cè)量。采用應(yīng)變單彎曲式扭矩傳感器更能滿足該項(xiàng)目對(duì)扭矩傳感器提出的技術(shù)要求。

        1.1 應(yīng)變式扭矩傳感器

        扭矩的測(cè)量是根據(jù)被測(cè)軸受扭矩后,在軸向變形距離L產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形角θ。根據(jù)材料力學(xué)公式:

        式中:M為扭矩;θ為被測(cè)軸扭轉(zhuǎn)變形角;J為極慣性矩;L為變形長(zhǎng)度(即卡環(huán)刀口距離);G為被測(cè)軸彈剪彈性模量。

        由公式(1)知,當(dāng)被測(cè)軸材料確定后,則扭轉(zhuǎn)變形角θ與扭矩M成正比。由于卡環(huán)夾緊在被測(cè)軸上(禁止滑動(dòng));因此兩卡環(huán)之間的相對(duì)位移△為:

        式中:γ為軸中心線與傳感器中心線之間的距離。扭矩傳感器安裝在傳感器固定器具上,當(dāng)軸受扭時(shí),傳感器固定器具的兩卡環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)θ角,相對(duì)位移△,使扭矩傳感器變形。

        1.2 鋼弦式扭矩傳感器

        鋼弦式扭矩傳感器是采用振弦作為扭矩感受的敏感元件,測(cè)量中根據(jù)振弦的固有頻率與張力間的函數(shù)關(guān)系,將扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)檎裣业膹埩?,通過(guò)測(cè)量振弦的頻率來(lái)測(cè)量扭矩。由于軸旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力及溫升會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差,雖然用了兩只傳感器對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償,但其誤差還是較大。

        1.3 直接將應(yīng)變片粘貼在主軸上進(jìn)行扭矩測(cè)量

        當(dāng)軸受純扭矩時(shí),其橫截面上的最大剪應(yīng)力τmax與軸上承受的扭矩關(guān)系為:

        式中:W為軸截面的抗扭模數(shù);M為軸上承受的扭矩值。

        彈性極限范圍內(nèi),剪應(yīng)力τmax對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)變r(jià)為:

        式中:G為軸的剪切彈性模量。從式(2)知,扭矩M與應(yīng)變量r成正比,測(cè)出應(yīng)變r(jià)就等于測(cè)出扭矩[2]。由于將應(yīng)變片直接粘貼在被測(cè)軸上,扭矩測(cè)量的誤差只能由現(xiàn)場(chǎng)操作人員的應(yīng)變片粘貼水平和經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制,無(wú)法對(duì)整個(gè)扭矩測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)扭矩標(biāo)定的形式來(lái)對(duì)扭矩測(cè)量的誤差進(jìn)行評(píng)定(一般誤差均在3%以上)。

        1.4 方案選擇

        通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),第二種和第三種方式的誤差過(guò)大,不宜在實(shí)際中應(yīng)用;應(yīng)選用第一種應(yīng)變式扭矩傳感器的設(shè)計(jì)方式。接著對(duì)雙彎曲式結(jié)構(gòu)和單彎曲式結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇?,F(xiàn)按實(shí)驗(yàn)對(duì)象被測(cè)軸的軸徑為416 mm,軸中心線與傳感器中心線之間的距離為263.5 mm,根據(jù)式(1),選取L=0.1 m,G=8.10×1010Pa,則軸 416 mm承受1 200 kN·m扭矩產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角為(5.82×10-4)rad。再按式(2),裝在 416 mm軸上扭矩傳感器產(chǎn)生的位移是2.02×102μm。根據(jù)上述計(jì)算,分別對(duì)二種結(jié)構(gòu)形式的彈性體進(jìn)行了有限元分析,分析的結(jié)果如下:

        1)雙彎曲式結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1:從分析圖看出,最大的應(yīng)力值為10.762 MPa,在靠近彈性體薄片二兩邊的位置。彈性體薄片當(dāng)中貼應(yīng)變片位置的應(yīng)力值在(7.175~9.566)MPa之 間 。 平 均 值 :σˉ=(7.175+9.566)/2=8.37 MPa.應(yīng)力相對(duì)變化量:

        圖1 雙彎曲式結(jié)構(gòu)

        2)單彎曲式結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖2。從分析圖看出,最大的應(yīng)力值為9.911 MPa,在靠近彈性體薄片二邊的位置。彈性體薄片貼應(yīng)變片位置的應(yīng)力值在(5.606~6.607)MPa之間。平均值:σˉ=(5.606+6.607)/2=6.057 MPa.應(yīng)力相對(duì)變化量:σˉ=(6.607~5.606)/6.057=16.5%.

        圖2 單彎曲式結(jié)構(gòu)

        3)結(jié)構(gòu)對(duì)比結(jié)論:相同的受力情況下,單彎曲式所受的最大應(yīng)力小于雙彎曲式。彈性體薄片貼應(yīng)變片位置所受的應(yīng)力單彎曲式均勻于雙彎曲式。從獲得較高的線性度、重復(fù)性的角度考慮,貼應(yīng)變片處有較均勻的應(yīng)力場(chǎng)會(huì)更有利,因此,彈性體的結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇單彎曲式。

        2 扭矩傳感器彈性體的材料選擇

        彈性體材料的性能直接影響扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性。20世紀(jì)70年代以來(lái),一些新型彈性材料相繼問(wèn)世,提供了更廣泛的材料選擇空間。選擇材料的技術(shù)要求如下:1)拉伸強(qiáng)度σb要大,至少>140 kgf/mm2;2)彈性模量最好E<11 000 kgf/mm2;3)彈性模量E的溫度系數(shù)不能太大,約為20×10-61/℃;4)疲勞強(qiáng)度要高;5)遲滯后效要??;6)加工性能好。

        根據(jù)要求條件,如下材料可供選擇,見(jiàn)表1。衡量彈性材料的好壞,常用“比彈性”概念,即彈性極限和彈性模量之比:σb/E。見(jiàn)表2,比彈性大的材料遲滯后效較小??紤]到材料的價(jià)格、加工性能等因素,我們選擇3J58恒彈性材料合金[3]。

        表1 材料特性

        表2 比彈性

        3 彈性體薄片厚度的設(shè)計(jì)

        彈性體薄片厚度的設(shè)計(jì)原則是:貼應(yīng)變片處的應(yīng)力場(chǎng)相對(duì)較均勻,據(jù)此原則,進(jìn)行有限元分析。

        1)厚度1.6 mm,見(jiàn)圖3。從分析圖看出,最大的應(yīng)力值為10.762 MPa,在靠近彈性體薄片二邊的位置。彈性體薄片當(dāng)中貼應(yīng)變片位置的應(yīng)力值在(7.175~9.566)MPa之間。平均值:σˉ=(7.175+9.566)/2=8.371 MPa.應(yīng)力相對(duì)變化量:△σˉ=(9.566~7.175)/8.371=28.6%.

        圖3 厚度1.6mm的分析對(duì)比

        2)厚度2.0 mm,見(jiàn)圖4。從分析圖看出,最大的應(yīng)力值為14.789 MPa,在靠近彈性體薄片二邊的位置。彈性體薄片當(dāng)中貼應(yīng)變片位置的應(yīng)力值在9.859~13.146 MPa之間。平均值,σˉ=(9.859+13.146)/2=11.503(MPa);應(yīng)力相對(duì)變化量,△σˉ=(13.146-9.859)/11.503=28.6%.

        圖4 厚度2.0mm的分析對(duì)比

        圖5 厚度2.4mm的分析對(duì)比

        3)厚度2.4 mm,見(jiàn)圖5。從分析圖看出,最大的應(yīng)力值為16.078 MPa,在靠近彈性體薄片二邊的位置。彈性體薄片當(dāng)中貼應(yīng)變片位置的應(yīng)力值在8.932~14.291 MPa之間。平均值:σˉ=(8.932+14.291)/2=11.612 MPa.應(yīng)力相對(duì)變化量:△σˉ=(14.291-8.932)/11.612=46.2%.

        4)厚度選擇:從上述分析圖得出結(jié)論,厚度1.6 mm、2.0 mm的應(yīng)力相對(duì)變化量相同,但厚度2.0 mm的所受應(yīng)力較大;厚度2.4 mm所受應(yīng)力較大,但厚度2.0 mm的應(yīng)力相對(duì)變化量較小。綜合來(lái)看,彈性體薄片的厚度為1.6 mm時(shí),綜合性能最佳;因此選擇彈性體薄片的厚度為1.6 mm。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)上述研究,我們選擇單彎曲式結(jié)構(gòu)的應(yīng)變式扭矩傳感器,3J58恒彈性材料合金,薄片厚度為1.6 mm,用于便攜式扭矩計(jì)量裝置彈性片的制作;選擇正確的彈性片制作方案,是解決扭矩傳感器核心部件的關(guān)鍵,為對(duì)大型船舶實(shí)施扭矩精確計(jì)量提供重要保障。

        [1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局計(jì)量司.力學(xué)計(jì)量[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2005.

        [2] 陳黎敏.扭矩傳感器的應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

        [3] 單輝祖.材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2009.

        猜你喜歡
        薄片彈性體扭矩
        電動(dòng)汽車扭矩濾波控制策略研究
        來(lái)自森林的植物薄片
        水垂比對(duì)管柱摩阻和扭矩的影響實(shí)驗(yàn)
        《彈性體》2021年(第31卷)總目次
        彈性體(2021年6期)2021-02-14 05:39:00
        你真好
        你真好
        液壓扭矩扳手的不確定度評(píng)定
        磁流變彈性體的磁致性能
        氣密封接頭最佳上扣扭矩計(jì)算與分析
        高性能彈性體SEBS中國(guó)造
        亚洲天堂av一区二区| 国产精品午夜波多野结衣性色| 国产午夜av一区二区三区| 精品成人av人一区二区三区| 国产日产亚洲系列最新| 欧美天欧美天堂aⅴ在线| 亚洲V无码一区二区三区四区观看 久久精品国产亚洲综合色 | 亚洲人成未满十八禁网站| 亚洲精品国产字幕久久vr| 风韵丰满妇啪啪区老老熟女杏吧| 91精品国产一区国产二区久久| 东北少妇不带套对白| 亚洲熟妇少妇任你躁在线观看| 国产亚洲一区二区三区夜夜骚| 91精品国自产拍老熟女露脸| 亚洲成av人片在www| 午夜片无码区在线| 精品视频一区二区杨幂| 一区二区三区高清在线观看视频| 国产真实强被迫伦姧女在线观看| 国产综合色在线视频| 国产av一区二区内射| 亚洲a无码综合a国产av中文| 亚洲日韩v无码中文字幕| 成人无码无遮挡很H在线播放 | 在线视频中文字幕一区二区三区| 手机看片久久国产免费| 欧美视频第一页| 日本一道高清在线一区二区| 18禁裸体动漫美女无遮挡网站| 精品欧洲av无码一区二区三区| 欧美日韩综合在线视频免费看 | 国产成人一区二区三区影院| 精品无码无人网站免费视频| 在线视频99| 日本高清无卡一区二区三区| 精品亚洲麻豆1区2区3区| 亚洲精品无码mv在线观看| 素人激情福利视频| 日本免费在线一区二区三区| 亚洲色在线v中文字幕|