挠性接头刚度测量中传感器研究.pdfVIP

挠性接头刚度测量中传感器的研究 王广林 王慧峰 陶崇德 孙国光 卢泽生 （哈尔滨工业大学机电工程学院 哈尔滨，150001） 摘要 分析了挠性接头的角刚度的测量原理，研制了螺管型电感式位移传感器和四孔平行梁和差动式螺管电感传感 器组合的力传感器，搭建了以二种传感器为核心组成的挠性接头刚度测量系统，进行了挠性接头刚度测量实验，结 果表明，本文的两种传感器的组合力传感器的研制是有效的，测量的重复性精度优于±1%。 关键词 挠性接头 刚度 测量 传感器 精度 中图分类号 TH703.1 引言 [1] 动力调谐挠性陀螺仪 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的新型二自由度陀螺仪。由于其高性能、低 成本并且以挠性支承代替传统的悬浮技术而带来一系列优点，故而在惯性导航系统中得到广泛应用。 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，两对细颈将这三个坏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] [5][6] 。但是在目前的挠性接头制造技术 中，细颈部位的刚度值在加工时难以得到保证， 是依靠反复测量其刚度值，不断对其变形部位尺寸加工修正的方法来保证加工精度的，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，而测量系统的精度及测量方法的方便 程度也就决定了加工的精度及难易程度。 国内进行挠性接头刚度测量研究和生产的单位有十几家，但大多数单位仍在沿用挂砝码法[7] 。 挂砝码法这种刚度测量方法在测量过程中易受挠性接头弯矩和小角度本身的测量精度的限制，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应。[7] 中指出了谐振激励测量方法，这是一种有发展前途的动态测量方法，但是此方法适合测量刚度较大 的弹挠性零件，而且还处在实验阶段。用此种方法测量挠性接头的力矩-转角刚度，还有待于进一步 针对挠性接头的特点进行研制，实现工业化和产品化。 1 测量原理 L 实际工作中，挠性接头受到外加力矩引起其 F 在细颈处发生转动，即其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： S M （1） Kθ, M θ 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 1 2 3 4 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 1-力传感器 2-位移传感器 3-工件 4-测量环 的影响。上升力传感器与测量环接触， 对挠性 图1 测量原理示意图 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F ， 位移为S ， 再上升力传感器 0 0 到适当位置，至此力和位移为F 和 S 。则外加力矩M (F −F ) ×L （L 为测量环半径），由于转角