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制动式动态扭矩传感器校准装置的设计与仿真

制动式动态扭矩传感器校准装置的设计与仿真

作者：况现桃贵州师范大学

学位级别：硕士

动态扭矩传感器广泛应用于航空航天伺服机构测试系统,动态扭矩参数溯源是伺服机构测试系统参数准确可靠的保证。由于航空航天等领域对幅值范围大的动态扭矩参数溯源需求多,目前动态扭矩参数溯源方法能实现的扭矩幅值最大为200Nm,不能满... 详细信息

动态扭矩传感器广泛应用于航空航天伺服机构测试系统,动态扭矩参数溯源是伺服机构测试系统参数准确可靠的保证。由于航空航天等领域对幅值范围大的动态扭矩参数溯源需求多,目前动态扭矩参数溯源方法能实现的扭矩幅值最大为200Nm,不能满足行业使用需求。针对以上问题,本文基于制动式动态扭矩传感器校准原理,研建了一套动态扭矩幅值范围100～250Nm、频率范围10～40Hz动态扭矩传感器校准装置,并通过校准实验证明校准装置设计方案的可行性。主要工作如下:(1)制动式动态扭矩传感器校准装置总体设计。根据制动式动态扭矩传感器校准原理及总技术指标,提出了装置的总体设计要求,确定了装置的总体结构及工作方式。(2)转动机构的设计与仿真。标准惯量盘是转动机构产生扭振频率的关键部件,基于制动式动态扭矩校准理论模型,计算了10～40Hz标准惯量盘的结构参数,利用ANSYS仿真软件对装配不同标准惯量盘的转动机构进行模态分析,确定了满足10～40Hz扭矩激励频率要求的标准惯量盘密度、半径和高度结构参数为:ρ=7850kg/m,r=300mm,h=135mm;ρ=7850kg/m,r=222mm,h=95mm;ρ=7850kg/m,r=175mm,h=95mm;ρ=7850kg/m,r=160mm,h=58mm。(3)立式机架结构设计与仿真分析。对设计的立式机架受力分析,利用ANSYS仿真软件对立式机架进行瞬态、模态仿真分析。输出的立式机架X、Y、Z方向变形位移最大值为0.0205mm,应力最大值为2.437MPa,满足立式机架承受峰值力矩的强度要求;输出的前六阶固有频率为259.29～348.16Hz,与外部激励频率相比,避免了机械共振。(4)制动式动态扭矩传感器校准装置动力学仿真。利用ADAMS与ANSYS仿真软件,对刚柔耦合转动机构摩擦制动模型进行动力学仿真分析。基于摩擦制动模型仿真结果,建立刚柔耦合转动机构反向力矩制动仿真模型和有阻尼单自由度扭振数学模型进行联合分析。102.6°/s、50.4°/s两组初始角速度下输出的惯量盘的角位移曲线产生了呈衰减状态10Hz扭振频率,转动机构制停后扭矩轴的变形角度为0.232°、0.188°,激励力矩为250Nm、202Nm。随着初始角速度减小,扭矩轴的变形量越小,激励力矩越小。(5)制动动态扭矩传感器校准实验与分析。将研建的装置设计图交付外协制造与安装,调试完成后装配30Hz标准惯量盘和扭矩传感器模拟轴进行预实验,然后再安装奇石乐4503B型应变式扭矩传感器进行校准实验。校准实验的圆光栅采集系统采集的转动机构频率约为33Hz,角速度幅值约为4°/s,与理论计算角速度值4.43°/s接近,证明了校准装置设计的可靠性。

关键词：动态扭矩校准制动式固有频率法结构设计仿真

数字工业摄像技术用于转轴动态扭矩测量原理的研究

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中国激光 2015年第2期42卷 230-236页

作者：资新运耿帅赵姝帆王迎秦万军军事交通学院工程实验中心天津300161

基于数字散斑相关计算和转动轴表面匹配方法，提出一种利用双相机直接测量转轴动态扭矩的新方法。分别在轴两端使用两个工业相机采集无扭矩时的轴面图像序列，作为参考图像。同步采集扭矩作用下转轴轴面应变图像，对应变图像进行匹配方... 详细信息

基于数字散斑相关计算和转动轴表面匹配方法，提出一种利用双相机直接测量转轴动态扭矩的新方法。分别在轴两端使用两个工业相机采集无扭矩时的轴面图像序列，作为参考图像。同步采集扭矩作用下转轴轴面应变图像，对应变图像进行匹配方法，搜索其对应的参考图像，分别对两路应变图像和参考图像进行整像素相关计算、梯度法的亚像素位移计算，得到轴两端扭转角位移，最终计算出轴扭矩。为验证所提方法测量精度，运用Ansys有限元分析软件对轴上扭转位移进行计算，并与所提方法比较，两者结果误差为1．39％，具有较高一致性；进行了不同转速、扭矩下的台架实验，并与标准传感器测量结果比较，两者误差在1．4％～5.3％之间。实验结果表明，数字工业摄像的扭矩测量系统有较高精度，系统结构简单，克服了传统方法安装复杂、信号易受干扰等缺点，适用于转轴动态扭矩测量。

关键词：测量动态扭矩数字工业摄像测量梯度法数字散斑相关

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轧机接轴动态扭矩测量及反馈控制模型的研究

仪器仪表学报 2005年第5期26卷 537-541页

作者：刘彬杨海马刘瑾燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

利用传递矩阵法建立起一种基于传递函数的轧机接轴动态扭矩测量模型,根据轧制负载对电机输出扭矩的影响,构造了一条控制电机输出功率的反馈回路,实现了电机的实时控制要求,达到了抑制接轴危害性扭振产生的目的,为预防接轴损坏和断裂提... 详细信息

利用传递矩阵法建立起一种基于传递函数的轧机接轴动态扭矩测量模型,根据轧制负载对电机输出扭矩的影响,构造了一条控制电机输出功率的反馈回路,实现了电机的实时控制要求,达到了抑制接轴危害性扭振产生的目的,为预防接轴损坏和断裂提供了参考。

关键词：接轴控制模型扭矩测量轧机传递矩阵法测量模型动态扭矩传递函数输出扭矩反馈回路输出功率控制电机控制要求危害性

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动态扭矩加载器的校定研究

振动．测试与诊断 2007年第4期27卷 316-319页

作者：白文普杨俊锋韩佩富景常海燕山大学机械学院秦皇岛066004 燕山大学信息学院光电子系秦皇岛066004

由于动态扭矩测量缺乏较为准确的校定设备,研制了非接触式变频变幅动态扭矩加载器,采用振动的反问题方法进行校定。从多通道光电编码器实时采集的扭振系统的瞬时角位移、角速度和角加速度的值,代入相应数学模型,间接求得动态扭矩的瞬时... 详细信息

由于动态扭矩测量缺乏较为准确的校定设备,研制了非接触式变频变幅动态扭矩加载器,采用振动的反问题方法进行校定。从多通道光电编码器实时采集的扭振系统的瞬时角位移、角速度和角加速度的值,代入相应数学模型,间接求得动态扭矩的瞬时值。校定实验证明,此方法是可行的。本加载器具有在线施加变频变幅动态扭矩并实时记录数据的特点,所加扭矩为非接触且加载精度不受加载器温度变化和磁饱和程度的影响,是在线校准扭矩传感器动态特性的较理想设备。

关键词：校定扭矩加载器光电编码器动态扭矩

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制动式正弦法动态扭矩传感器校准装置设计

宇航计测技术 2023年第2期43卷 7-13页

作者：金冉朱永晓张旺伍权况现桃贵州航天计量测试技术研究所贵阳550009 贵州师范大学机械与电气工程学院贵阳550009

针对目前静态扭矩校准无法完全满足使用需求的问题,设计了一种制动式正弦法动态扭矩传感器校准装置,利用伺服电机、磁粉制动器等装置组成制动扭矩激励系统,用标准惯量盘作为负载,用圆光栅测量惯量盘扭摆的角加速度,将动态扭矩溯源至惯... 详细信息

针对目前静态扭矩校准无法完全满足使用需求的问题,设计了一种制动式正弦法动态扭矩传感器校准装置,利用伺服电机、磁粉制动器等装置组成制动扭矩激励系统,用标准惯量盘作为负载,用圆光栅测量惯量盘扭摆的角加速度,将动态扭矩溯源至惯量和角加速度参数。通过建模和数值分析,阐述了校准装置的工作原理,利用研制的校准装置样机进行激励试验,试验结果证明了设计思路的可行性。

关键词：动态扭矩惯量角加速度校准

基于动态扭矩的高速电梯曳引机主轴状态检测与寿命预测方法

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中国电梯 2023年第7期34卷 32-35,38页

作者：郭俊吕焕培潘以军苏万斌嘉兴市特种设备检验检测院浙江嘉兴314050 宁波财经学院浙江宁波315000

针对高速电梯曳引机主轴在动态扭矩作用下难以进行寿命预测的问题,提出了一种基于动态扭矩的主轴状态检测和寿命预测方法。分析了高速电梯曳引机主轴在启动和制动过程中所受的转矩和弯矩大小与主轴温度、振动和转速等主轴状态参数间的关... 详细信息

针对高速电梯曳引机主轴在动态扭矩作用下难以进行寿命预测的问题,提出了一种基于动态扭矩的主轴状态检测和寿命预测方法。分析了高速电梯曳引机主轴在启动和制动过程中所受的转矩和弯矩大小与主轴温度、振动和转速等主轴状态参数间的关系,建立了高速电梯曳引机主轴状态检测分析模型。分析了高速电梯曳引机主轴寿命预测系统数据并进行了实际验证。该方法为不同工况下高速电梯曳引机主轴的运行状态研究提供理论依据,并为高速电梯曳引机主轴的寿命预测提供技术支持。

关键词：高速电梯曳引机主轴动态扭矩状态检测寿命预测

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负阶跃动态扭矩标准装置

船舶工程 2012年第S1期34卷 19-21页

作者：李涛徐姝菁干苗根姚钦忠中船重工第七〇四研究所国防科技工业大扭矩一级计量站上海200031 上虞市春晖风冷设备有限公司上虞312300

100N.m负阶跃动态扭矩标准装置用于校准扭矩传感器的动态性能。它通过测量扭矩传感器负阶跃激励时间τ而获得其固有频率ωn。文章阐述了该装置的工作原理、关键技术、试验数据、不确定度分析。装置的技术指标:量程范围100N.m;τ≦5ms;... 详细信息

100N.m负阶跃动态扭矩标准装置用于校准扭矩传感器的动态性能。它通过测量扭矩传感器负阶跃激励时间τ而获得其固有频率ωn。文章阐述了该装置的工作原理、关键技术、试验数据、不确定度分析。装置的技术指标:量程范围100N.m;τ≦5ms;不确定度U=5%,k=2。这是国际上首台动态扭矩标准装置。

关键词：动态扭矩负阶跃气缸

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正弦动态扭矩数据采集系统研究

船舶工程 2012年第S1期34卷 16-18页

作者：东方焦洋孙卫东刘玉波国防科技工业2311二级计量站哈尔滨150046

以计算机为核心的动态扭矩采集处理系统的研究一直是力学计量中动态力数据采集系统研究的热点,文章对动态数据高速采集系统的设计进行了分析和讨论,给出了完整的软硬件设计方案,并结合其中的关键技术问题,对采集系统的影响因素进行了分... 详细信息

以计算机为核心的动态扭矩采集处理系统的研究一直是力学计量中动态力数据采集系统研究的热点,文章对动态数据高速采集系统的设计进行了分析和讨论,给出了完整的软硬件设计方案,并结合其中的关键技术问题,对采集系统的影响因素进行了分析和讨论,对于进一步研究动态扭矩的采集系统具有一定的借鉴意义。

关键词：动态扭矩数据采集系统研究

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基于行为模型的电机动态扭矩测试研究

中国测试 2020年第6期46卷 7-12页

作者：张洋吴定祥李雯唐立军长沙理工大学物理与电子科学学院湖南长沙410114 近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室湖南长沙410114 长沙亿旭智能科技有限公司湖南长沙410000

电机动态扭矩一般使用扭矩传感器测量,但扭矩传感器应变片粘贴的角度容易发生改变,且长期使用容易变形,造成测量结果误差较大,无法实现对电机动态扭矩的长期测量。为此,提出一种扭矩传感器行为模型测量扭矩的方案,以直流无刷电机为负载... 详细信息

电机动态扭矩一般使用扭矩传感器测量,但扭矩传感器应变片粘贴的角度容易发生改变,且长期使用容易变形,造成测量结果误差较大,无法实现对电机动态扭矩的长期测量。为此,提出一种扭矩传感器行为模型测量扭矩的方案,以直流无刷电机为负载电机,利用标准扭矩传感器测量负载电机的电流和扭矩,通过采用线性回归的方法得到扭矩传感器的行为模型,再利用该模型替代扭矩传感器来测量电机扭矩。该方法克服因扭矩传感器的安装、应变片变形等对扭矩测量精度的影响。基于该方法设计行为模型测量动态扭矩的系统,以750 W永磁同步电机为被测对象,分别使用该系统与使用扭矩传感器方法测试比较,该方法测量动态扭矩时相对扭矩传感器测量的动态扭矩最大相对误差为1.90%,非线性误差为1.84%,重复性误差为0.084%。结果表明:使用行为模型可代替扭矩传感器测量电机动态扭矩,有利于对电机动态扭矩的长期稳定测量,且系统在体积、成本、结构以及操作维护方面都更具优势。

关键词：动态扭矩扭矩传感器行为模型线性回归