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设计的目的和意义
1.1现代化生产中，生产机械越来越智能化人性化，这就必需对设备和系统进展实时监控、实时调试和实时反响，以便最好的把握系统的运行状况，机械设备的使用状况，生产出合格而优质的产品传感器在这方面的应用是越来越多也越来越重要而其中对各种力的测量是一大局部，金属切削机床要求对切削力准确掌握，高速主轴要求对轴的轴向力和径向力进展掌握，以便掌握转子的平衡所以测力传感器的应用必不行少，而其中压电式测力传感器灵敏度高，反响快速，并且输出为电荷或者电压，便于测量和观看压电元件是一种典型的力-电变换元件，承受压电元件的压电式传感器可用于测量最终能变换为力的非电量，如力、压力、力矩、加速度等［］压电元件构成的二维力传感器为直接输出型传感器，不需要对输1出信号进展解耦运算，和它配套的测量电路以及低噪声、小电容、高绝缘电缆的消灭，使压电式传感器在工程力学、生物医学、电声学等很多领域得到了广泛的应用⑵另一方面，由于所学的专业为机械工程及自动化，方向是机电方向，因此，选择压电式测力传感器设计作为毕业设计，可以在了解行业状况，论证设计方案到传感器各项数据选择计算以及后来的画图各个环节中，对我大学四年来所学学问进展综合的运用，是对我在去企业工作前实际工作力量考验，也是一个很好的熬炼时机国内外争论现状
1.2压电现象是多年前居里兄弟争论石英时觉察的现在人们利用压电效应制作出了应100用于各种场合的传感器，包括压电式压力传感器，压电式加速度传感器等，广泛应用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与掌握经过多年的进展，传感器100也从最初的对被测量的直接测量到现在的与计算机结合，完成系统的实时测控和反响力传感器的争论成果是黄心汉等提出了一种三梁非径向对称构造的六维腕力传感器网，袁哲俊等研制了一种型的六维腕力传感器⑷，卢江跃等争论的型压电式车削测力仪⑸，曾庆钊等研发了一种型车轮六维力传感器［］中科院合肥智能所和中国纺织大学先后研制了十字6,构造六维力传感器⑺，等众多力传感器，孙宝元等争论了一种型径向测量轴承网压电材料也从最初的单一石英晶体进展到了现在类压电陶瓷、压电半导体、以偏聚氟乙烯〕PZT（PVDF（薄膜）为代表的有机材料等型材料其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的锯酸锂以及铝酸锂、钱酸锂、错酸钠等压电陶瓷的优点是烧制便利、易成型、耐湿、耐高温缺点是具有热释电性，会对力学量测量造成干扰，使输出具有扰动，非线性误差大有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料有机压电材料可大量生产和制成较大的面积，的、线性的或非线性的问题以及热传导、流体流淌和电磁学中的问题都可以用有限元方法进展分析解决是一种广泛的商业套装工程分析软件它在机械构造系统受到外力负载所消灭的ANSYS反响，比方应力、位移、温度等，依据该反响可知道机械构造系统受到外力负载后的状态，进而推断是否符合设计要求一般机械构造系统的几何构造相当简单，受的负载也相当多，理论分析往往无法进展想要解答，必需先简化构造，承受数值模拟方法分析，在机械、电机、土木、电子和航空等领域的使用，都到达某种程度的可信度，颇获各界好评使用该软件，能够降低设计本钱，缩短设计时间［151用进展模态分析
3.
5.2ANSYS模态分析是用来确定机械整体构造的固有频率和振型，也是谐响应分析和瞬态响应分析的起点在中，模态分析是线性分析，将无视任何非线性特征ANSYS模态分析过程由建模及划分网格，加载和求解，扩展模态和结果分析四个步骤组成第一步建模及划分网格由于动力学分析对模型的几何特征要求不高，所以在进展模态分析时去掉支架外面的预紧螺母，去掉内部的连接圆柱体，简化模型后，用建模，外部零件组合一起形成外solidworks壳，内部零件组合一起形成内芯，在系统中，用弹簧将内芯和外壳联接起来形成整体ANSYS模型，弹性元件承受弹簧钢65Mn单元类型设置单元类型选择为单元类型选择为11typel SOLID45,2type2C0MBIN14o2模型材料属性设置弹性模量为E=2xellGpa,泊松比为「
0.3,密度为p=7800弹簧刚度计算令模型下部为全约束，竖直方向加力由于3k F=1N,1贝也=V=
0.65283e-7,=
1.53/y Vy建模及划分网格后图形如以下图〕所示
3.1图
3.1建模及网格划分其次步加载和求解指定分析类型为选择模态提取方法为法模态分析施加的载荷只Model,Powerdynamics包括位移约束，不包括压力进展求解第三步扩展模态重进入求解器，指定扩展的模态数位重进展求解第四步结果分析ANSYS4,进入通用后处理器［求出传感器的前四阶固有频率如下表所示POST1,
3.4表34传感器的固有震惊频率［Hz）阶次1234频率
1010.
31034.
11555.
81647.1各阶固有频率变形图如下所示:图
3.2一阶固有频率变形图图
3.3二阶固有频率变形图图
3.4三阶固有频率变形图图
3.5四阶固有频率变形图通过以上分析，说明设计的传感器构造具有较高的一阶固有频率设计任务书
1010.3Hz,中给定的最大主轴转速为可以估量出传感器接收的振动力最大频率为依据12023r/min,200Hz,机构固有频率大于所要求的频率两倍（400Hz）来比较，一阶固有频率
1010.3Hz远远满足的频率要求，不会产生共振现象0-400HZ压电式测力传感器测量电路设计4传感器测量电路功能和要求分析
4.1传感器测量电路的作用
4.
1.1现代工业生产中，无论是对生产过程的检测和掌握，还是对生产设备的运行状况检测，都需要传感器来测量反响与掌握，以提高生产效率和到达高质量的要求传感器所猎取的各种信号，必需经过信号调理电路进展处理，将之变成可以直接读取、记录和应用的信号［161信号调理电路是将信号进展变换放大处理后、变成易于后续处理的较强信号的电路，一般称之为传感器电路组合式压电测力传感器选用的敏感元件为压电传感器，由于压电传感器相当于平板电容器，所以内部阻抗很高，因此输出信号很弱小不能直接显示和记录，需要进展阻抗变换和信号放大，所以设计的测量电路的作用是
①阻抗变换器，将高阻抗变为低阻抗；
②信号放大器，进展电压放大和电荷放大测量电路（阻抗电荷、电压非电量可用电荷、电压・压电元件压电-----------------------变换放大作用）元件1测量电路框图如下图
4.1测量电路框图传感器测量电路的要求
4.
1.2压电式传感器输出的电信号格外微弱，且与电路之间的连接具有肯定的距离,为了保证传感器能够准确的测量输出信号，必需对传感器的电路有肯定的要求准确度精度传感器电路具有高精度，是实现准确测量被测对象状态或参数的重要11根底为了实现高精度，电路应具备以下性能
①低噪声与高抗干扰力量;
②低漂移、高稳定性；
③有适宜的通频带；
④线性；
⑤有适宜的输入与输出阻抗；响应速度快2可调性好3牢靠性好45经济性强［⑺测量电路的组成
4.2传感器的测量电路由信号放大电路、滤波电路、抗干扰电路、过载指示电路等组成放大电路一般应具有以下要求［输入阻抗远大于信号源内阻；〕抗共模电压干扰12力量强；在频带宽度内增益稳定、线性度好、漂移和适调小，信噪比高；⑷便于增益调整3［⑻考虑压电式传感器的输出为电压或者电荷，比较电压放大器和电荷放大器的优缺点，选用电荷放大器测量电路还应包括滤波电路由于承受同一轴上安装两个压电传感器测量相反方向的力，所以还有对两个信号进展相加的电路，为了测量的力值准确，对相加后的信号进展平均，还需要一个放大倍数为的反相比例运算放大器综上，测量电路由电荷放大
0.5器，滤波电路，加法运算放大器，反相比例运算放大器组成各组成局部的设计
4.3电荷放大器
4.
3.1电荷放大器的根本原理如图〕所示，运放的反相端与传感器相连，输出经电容
14.2C反响到输入端电容两端的电压为U=/,电荷放大器的输出是c/CU=-0/，所以电荷放大器的输出电压与输入电荷量成正比，与反响电容成反比，o/C与电路其他参数无关图
4.2电荷放大器原理图电荷放大器框图2图
4.3电荷放大器框图可知，灵敏度为:[
4.2电荷变换器是整个仪器的核心，它由运算放大器和反响网络组成所以则减小使增大S81/C,C sQQ适调与滤波承受比例放大器的适调级，精度取决于比例电阻的精度，也与运算放大器的增益有关低通滤波器承受有源滤波输出级使输出的电压、电流满足后续电路的要求值过载指示防止放大器工作进入非线性区，过载时通过继电器，使仪器复位电荷放大器的等效电路图3图
4.4电荷放大器等效电路图图中，C—压电式传感器电容；R一传感器泄露电阻；s sC一传感器电缆电容；C一运算放大器的输入电容;e iR一运算放大器的输入电阻；C—反响电容；i一并联在反响电容两端的反响电阻；R把、等效到的输入端时，等效电阻等效电容C RN R”=M1+K,=C.1+K,K为运算放大器N的开环放大倍数，⑴为传感器供电角频率，则输出为jsKOU=-
4.3o+yR+l+K/H]+jco[C+C+C+1+K・C]s iS ciJcoORU=-
4.401+JCOOT运算放大器的选择要求4低漂移、宽频带、高增益和高输入阻抗；所选带宽大于规定带宽，带宽上限N100KHz,增益A80dB,高增益有利于连接长电缆电荷放大器的各项参数选择5
①反响电容的计算选用的压电传感器的灵敏度为S=400pc/N1设计的传感器的灵敏度初定为S=10mV/N
4.5电荷放大器的灵敏度%
4.6〕由于S=S-S
4.712s可以计算出反响电容的容量c=-
4.8负号表示电荷方向和给的方向相反，在计算电容容/S量的时候无视掉所以C=3_4x10-1=4x10-8［F=
0.04［四
4.9/S~~W~
②反响电阻的阻值计算设电荷放大器响应时间t=2ms,要求精度误差小于依据计算电荷放大器的放电常数,e
0.5%e=
0.5%,t由于T=-
4.10e计算出t J=2X10-2=4⑸
4.11e
0.5%又由于=R・C
4.12f f可以计算出反响电阻的阻值T4R=一一二-----------=1x108=100［MQ
4.13f C4x10-8滤波电路
4.
3.2由无源电路和有源的运算放大器构成的滤波器，称为有源滤波器它具有体积小、频率特性RC好等优点［］如以下图所示
194.5轴的最高转速为转/分，折合频率为承受有源低通滤波器，设上12023200Hz,限截止频率为/上限截止频率较低，应选用容量较大并适用于低频的电容=400Hz o0器才能满足要求依据各种电容的参数和使用环境，选用独石电容器CT又由于
4.14图
4.5有源低通滤波器o2nR C142设电容值为可以计算出电容值为C=o.luF,11R==__________________=
3.9789x103—4KQ
4.1527ifc271x400x0,1x10-61402有源滤波器的电压放大倍数:低|=1广心®_
4.16u J1+CD/CD2当3=0时，\A|=1+%F
4.17□m R15所以，选择电阻值R=1KQ,R=1KQ.3F15加法运算放大器
4.
3.3加法电路是运放的反相输入端有两个输入信号，同相输入端接地，加法运算电路如以下图所示
4.6图
4.6加法运算放大器它的计算式为,R D〃二一U+u
4.181717R R1io201626式中负号表示输出电压和输入电压反相为了让u=一5+U
4.1911020成立，取R=R=R=2KQ,则R=R HRHR=
0.7KQ17162627171626反相比例运算放大器
4.
3.4反相比例运算电路是一电压并联负反响电路，同相输入端接地本次设计的放大倍数为即=幺=-上乙令，就可以得到
0.5,4=
0.5,R=5K R=10KQuf uR F1/1总体电路绘制
4.4由设计好的电荷放大器、滤波器、放大器等组合成完整的电路原理图对整体电路图进展细节修正完整的电路图中还包括正负电源，运放的正极接正电源，负极接负电源，并且要在正负电源的接口处并联电容，并联电容的作用是去耦滤波，保证运放工作环境，以便保证运放工作在线性范围内，工作稳定压电传感器的输出电荷量输入测量电路的电荷放大器，经电荷放大器转化和放大成电Q压信号，进入滤波电路，经滤波器将频率大于的的信号滤掉，输出的电压信号进入比例400Hz运算电路进展正负两个方向的信号相加和平均，最终输出两个信号的平均值，进入后续的记录显示电路使用进展电路图的绘制Protel99SE测量电路仿真
4.5传感器的测量电路要求输出准确，响应速度快等，所以要对设计好的测量电路进展仿真测试选择用软件对测量电路进展仿真测试EWB软件是加拿大公司推出的用于电子electronics WorkbenchEWB InteractiveImage Technology电路仿真的虚拟电子工作台软件它可以对模拟、数字或混合电路进展仿真该软件的特点是承受直观的图形界面，在计算机屏幕上仿照真实试验室的工作台，用屏幕抓取的方式选用元器件，创立电路连接测量仪器软件仪器的掌握面板外形和操作方式都与实物相像，可以实时显示测量结果软件带有丰富的电路元件库，供给多种电路分析方法作为设计工具，它可EWB以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据还是一个优秀的电子技术训练工具，EWB利用它供给的虚拟仪器可以用比试验室中更敏捷的方式进展电路试验，仿真电路的实际运行状况，生疏常用电子仪器测量方法搭建电路1利用里供给的各元件搭建简易电路，搭建好的电路图如下EWB图
4.7EWB仿真电路图图中，输入级选用波形发生器，输出级选用示波器图中各元件依据所设计的电路图中的元件参数设置仿真测试2波形发生器调到正弦波，频率调到电压分别调到完整的波形和稳定时候200Hz,10mVo的波形图分别如以下图所示
4.8[
4.9图
4.8200Hz完整波形图图
4.9200Hz稳定波形图波形发生器调到正弦波电压调大完整波形和稳定波形如以下图300Hz,10mV,[
4.10所示
4.11图
4.10300hz完整波形图图
4.11300Hz稳定波形图以上图中，竖直线在的位置是波形开头稳定的位置，从方框可以看出此时竖线和1T11波形相交的点的电压和响应时间竖线放置的位置是波形已经稳定的时候，它与波形相交点2的参数是竖线的参考值从图中可以看出，波形没有失真，响应1速度也很快附波形发生器的参数设置界面图图
4.12波形发生器的参数设置界面压电式传感器性能指标5灵敏度
5.1设计的压电式测力传感器选用的是型压电传感器作为敏感元件，它的灵敏度为YD-25-A=声整体灵敏度400/N,S=10mV/No量程
5.2压电式测力传感器的灵敏度可测量的最大力为电荷S=10mV/No F=100N,max放大器放大倍数为所以经电荷放大器出来的电压最大值4=10U=S-F-A=10x10—3x100x10=10%,由于力的方向有正有负，所以测量值范〃max max围为量程为-10V〜+10V,20Vo频率特性
5.3设计的压电式测力传感器具有很好的低频响应特性精度
5.4设计的压电式测力传感器的精度为误差小于
0.5%本文从压电式测力传感器的根本原理、构造动身，始终到传感器的灵敏度、量程计算、固有频率和测量系统的设计，系统的完整的对压电式测力传感器设计进展了论述本文主要从事的工作有设计了压电式测力传感器的构造从转子试验台的测力需要动身，利用现有的压电传1感器，组合设计出了能够测量、双向力的传感器X Y建立了压电式测力传感器的机械构造模型，并进展固有频率的分析2设计了适宜的压电式测力传感器测量电路，并进展了的仿真模拟3EWB计算出设计的压电式测力传感器的各项性能指标4有待进一步争论的问题和以后的工作方向制作出完整的压电式测力传感器，争论传感器固有频率、仿真分析和实际数据之间存1在差异的缘由并进展改善对传感器测量电路做进一步的分析和改进，以到达提高测量精度，减小测量误差的目2的进一步争论压电式测力传感器在机械工业中其他方面的应用3它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有进展潜力的型电声材料压电式测力传感器现在已应用到工程机械、高速机床、物理化学、生物学等学科小型化，集成化，智能化，广泛化，标准化是压电式测力传感器的进展趋势但是压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要承受高输入阻抗电路或电荷放大器来抑制这一缺陷压电式测力传感器现在存在的问题是轴向灵敏度的幅值线性度问题和反响时间问题能不能准时准确的测量波动性大的力，能不能在灵敏度方面精度方面再提高一个层次，也是压电式测力传感器面临的问题设计的内容
1.3传感器的种类很多，而利用压电元件的压电效应制作的压电式传感器有自身独特的优点它频带宽、灵敏度高、信噪比高、构造简洁、工作牢靠和重量轻某些配套仪表和低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的消灭，使压电传感器的使用更为便利压电式测力传感器体积小，构造简洁，工作牢靠；测量范围宽，可测以下的力；测量精度较高；频率响应高，可达lOOMPa是动态力检测中常用的传感器，但由于压电元件存在电荷泄漏，故不适宜测量缓慢变化30kHz,的压力和静态压力本次压电式测力传感器设计主要内容为压电材料的选择，工作原理设计，压敏元件的布局设计，测量电路设计，机械构造和测量电路仿真参考文献LU杨宝清.现代传感器技术根底[M].第一版.北京国防工业出版社，
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2.1本次设计的压电式测力传感器的功能是测量高速转子的不平衡力高速转子在高速转动中，由于不平衡力的存在会产生振动，影响机械加工精度为了掌握这种不平衡力，就要对力进展测量，以便监控转子的转动，从而对系统进展调试，到达最好的加工性能对压电式测力传感器的性能要求是性能稳定，测量准确，误差小于灵敏度高，线
0.5%,性度好，固有频率高设计方案比较分析与确定
2.2通过对传感器的功能与性能分析可知，单纯的承受单个压电敏感元件不能到达测量轴和X轴双向力的功能，通过对压电传感器的现状分析，打算承受组合的方法设计压电式传感器Y组合式压电传感器承受现有的压电敏感元件，通过合理的机械构造设计将压电敏感元件嵌入进去，组合成具有传感器测力功能和轴承支撑功能的机构设计方案拟定
2.
2.1综合考虑功能与性能要求，结合相关资料，组合式压电测力传感器的构造，可拟定如下设计方案方案一差动式并联敏感元件承受电荷放大器的压电式测力传感器这种方案敏感元件的布局为在一个轴两个相反方向上放置两个一样的压电传感器,两个一样的压电传感器分别测量一个轴向两个相反方向的力，通过后接电路组成差动系统输出承受并联的方式，增加输出电压，便利测量显示数据放大器承受电荷放大器，将传感器输出的电荷放大并转换成电压输出，便利测量方案二串联敏感元件承受电压放大器的压电式测力传感器这种方案承受将同一个轴向的两个相反方向的压电传感器串联一起，承受电压放大器将传感器输出的微弱电压信号放大输出设计方案比较与确定
2.
2.2比较方案一和方案二，可得方案一优点承受差动式构造，灵敏度可增大一倍，信噪比得到提高；可去除或削减环境量的影响；1抵消了共模误差，削减了非线性因子的影响2承受并联构造，输出电容大、电荷大，同时，时间常数=C R大，宜用于T缓慢信号的测量承受电荷放大器，可以抑制压电传感器的电压灵敏度随着电缆分布电容、传感器自身3电容而变化的缺点；同时可以抑制传感器绝缘电阻的下降导致测量系统的低频特性恶化的缺点方案一缺点电荷放大器简洁受到环境的干扰，从而产生误动作1方案二优点承受串联构造，将输出电压相加，可以提高输出电压值，便利测量，并且自身电容小1承受电压放大器可以得到很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，和高输出阻抗的压电传2感器匹配方案二缺点1承受电压放大器，电压灵敏度S==f AC,AC,AC随着:33v C+C+C CiQa ciAC,AC,AC而变化；a ci承受电压放大器，因所以减小而使
①增大,23RRC RII R-CTQQ/低频特性变坏综合以上分析比较可知，确定使用方案一，这样可以得到性能更好更稳定，功能更强的压电式测力传感器机械局部设计3压电式测力传感器的机械构造局部设计应主要完成以下方面的内容（）选择适宜的敏感元件，要求敏感元件稳定性好，具有较高的刚度和力-电转换效率1
（2）设计敏感元件的布局形式，要求敏感元件能获得X、Y双向的载荷信息，输出信号之间没有干扰
（3）设计支架支架应易于加工，所用材料性价比高机械局部的组成和作用
3.1支架支架的作用是支撑内部所以零件，并且能够代替轴承来支撑轴轴瓦轴瓦的作用是保护高速主轴，起到弹性体和主轴的连接弹性体弹性体的作用是储存变形和应力，起弹性支承和导向作用，将变形和应力传递给敏感元件力敏感元件力敏感元件是将非电量的被测量（压力）转化为可捕获到的电量〕的转1Q换元件传力块传力块的作用是使或丫轴向的力保持在垂直或水平方向X导向杆导向杆的作用是保持力的方向不变连接圆柱体连接圆柱体是将导向杆和传力块连接起来的零件预紧螺栓预紧螺栓的作用是在压电式测力传感器工作以前调整预紧力防松垫片作用是防止预紧螺栓由于振动而松弛预紧螺母作用和预紧螺栓一样，都是调解预紧力的机械零部件设计
3.2机械零部件的尺寸和构造打算了传感器整体的构造和尺寸大小，同时打算了整个传感器的固有频率本局部主要从支架、弹性体、传力块、导向杆、连接圆柱的设计方面阐述支架的设计
3.
2.1支架材料选择
（1）支架材料选用钢，性价比高，并且性能好45（）支架的构造2支架的整体构造打算了本组合式压电式测力传感器的构造和组成方式通过对试验室转子试验台的测量和争论，觉察载试验室转子试验台上，轴承座和工作台的连接使用的是的M5螺栓，通过类比，觉察只要所设计的支架厚度和刚度都大于的螺栓，那么支架的刚度性能M5可以满足要求支架的外形构造为圆柱被四边形切去形成的面，平面便利螺栓和支架的装配接触在水平方向打两个对称的螺栓孔，竖直方向上面打通孔，下面挖孔，两个孔的中心轴线在一条竖直线上，并且平行度要求很严水平孔的中心轴线和竖直孔的中心轴线要求严格垂直支架和试验台连接承受的螺栓连接，所以在支架上打中的通孔，以便利装配M
55.5mm弹性体的设计
3.
2.2材料选择1弹性元件的主要性能指标有弹性特性、灵敏度、刚度、有效面积和谢振频率由于要求其工作特性恒定，就应当用高抗微塑变形的材料，也就是具有高弹性极限的材料弹性极限越高，材料的弹性储能越大，非弹性效应也就越小材料的弹性储能为:1O2一一弹性极限P由式1可见，比值2/£越高越好，欲提高2/E,则可选用高弹性极限或低弹p P性模量的材料对弹性元件材料提出以下要求
①强度高，弹性极限高；
②具有高的冲击韧性和疲乏极限；
③弹性模量温度系数小而稳定；
④热处理后应有均匀稳定的组织，且各向同性；
⑤热膨胀系数小；
⑥具有良好的机械加工和热处理性能；
⑦具有高的抗氧化、抗腐蚀性能；
⑧弹性滞后应尽量小⑼综合以上因素，选择恒弹性合金它的弹性模量温度系数小在的温度范围内，3J53-60〜+100°C根本上是恒定的它的主要参数如下表
3.1恒弹性合金3J53的性能参数线膨胀系数\/密度屈服极限弹性模量机械品质因材料泊松比xlO-6C-i/MPa/MPa数/g•C/77-3恒弹性合金
8.
012507.5〜
8.
10.30-10003J53构造设计2为保证传感器精度，要求弹性体无摩擦无间隙由于弹性体直接装在轴瓦上，所以承受内圆的构造形式又由于弹性体外部和敏感元件相连，且敏感元件是正六方形的面，和弹性体承受的螺纹连接，所以外外表承受方形切圆形形成的外表在接触面为平面，非接触面为圆弧面，M5有利于机械加工
（3）尺寸设计弹性体和敏感元件的连接孔为要保证刚度要求，则内外表和螺纹孔的地面距离不能
6.3mm,小于最终取厚度为5mm,13mm最终设计，弹性体内径为
①外径为
①外径被宽为的正方形切掉14mm,
42.5mm,40mm传力块的设计
3.
2.3材料选择
（1）传力块应具有高的刚度，具有高的屈服强度和抗拉强度，综合各种碳素钢的性价比，选择钢作为传力块的材料它的主要性能参数如下表口450]表
3.245钢的性能参数推举热处理力学性能硬度屈服强收缩率牌度抗拉强未热正伸长率退火钢冲击功/JK号淬火退火度/MPa O处理/%火S/MPa不小于不大于45850840600600355164039229197
（2）传力块构造和尺寸传力块和导向杆承受圆柱体连接，为了加工便利，传力块设计成方形体，在中间挖圆柱形槽，便利放置圆柱体传力块高为长为宽为16mm,30mm,16mm导向杆的设计
4.
2.4导向杆材料选择
（1）导向杆材料和传力块材料选为一样的，都用钢45（）导向杆构造和尺寸设计2由于导向杆是传导力，掌握力的方向，保证力在水平和垂直方向的稳定，所以导向杆应和壳体严密连接，并且和预紧螺栓平滑、稳定无振动连接基于加工和装配便利，将导向杆设计为长圆柱体，在一面挖圆柱槽以便和连接圆柱接触并且为了装配便利，在导向杆的另一端铳一个很窄的方形槽，以便用螺丝刀等调整圆柱槽的方向
[11]O为了加工壳体的便利，将导向杆的直径取为连接螺栓的内径，为
①方形槽以中心线15mm0对称，深宽3mm,2mm连接圆柱的设计
3.
2.5（）连接圆柱材料选择1连接圆柱材料同样选为钢45连着圆柱尺寸2连接圆柱直径为
①，长为10mm24mmo机械零部件的选型
1.3选型局部从轴瓦、力敏感元件、预紧螺栓、防松垫片、预紧螺母的选型几个方面阐述轴瓦的选型
3.
3.1轴瓦是连接主轴和弹性体的部件，也是保护轴在高速转动中少受冲击的部件，轴瓦的构造尺寸和轴配套，选用内径为外径为
①的轴瓦内外径距离为可以满足
①
9.5mm,14mm
4.5mm,轴转动时的强度要求力敏感元件选型
3.
3.2测试系统中，力传感器的作用是把振动量转换成相应的电信号为了准确进展测量，对力传感器有以下根本要求便于传感器的安装，有利于导线的引出；具有较宽的动态范围，12即对格外低和格外高的振动都能准确地响应；具有较宽的频率响应范围，并且在其频率响应3范围内具有良好的线性度；对环境干扰具有最低的灵敏度；构造结实,工作牢靠,能够长时45间保持稳定的特性目前，国内外力传感器所承受的力敏元件主要有电阻应变片、压磁体和压电晶体应变式力传感器是最早消灭的力传感器，机理和技术都比较成熟，精度和区分率都比较高，适合静态或准静态测量，一般用于传感器校准，并且由于其测量速度相对较慢、桥路受温度湿度影响较大，不太适宜应用在转子动力学系统中压磁式力传感器具有输出信号大、抗干扰力量强、过载力量强、构造简洁、可在恶劣环境下工作等优点，但是由于测量速度慢、准确性不高、存在磁滞，因此压磁式力传感器不太适宜于在转子动力学系统中压电式力传感器具有静态刚性好、灵敏度高、精度高、线性度好、固有频率高、稳定性好、体积小等优点，并且传感器的频带宽、频响好、测量速度快，特别适合动态测试，通过合理的构造设计即可实现多维力集成测试，但是对压电式力传感器输入阻抗要求较高由以上分析，结合转力学系统中频带宽、频响好、测量速度快等特点，本课题选择了压电材料作为测力传感器的敏感元件综合以上分析，选择型号为的压电式敏感元件它的主要性能如下YD-25-A表
3.3YD-25-A型压电式敏感元件的性能参数频率响应电荷灵敏度工作温度最大可测安装螺纹外形尺寸重量型号Hz±ldB力mm mm1[c pC/ms-2六方24xYD-25-A400PC/N1-10,000-4O~+8O100N M52920预紧螺栓的选型
3.
3.3为了协作导向杆的安装，预紧螺栓选用螺纹规格的光头级全螺纹螺栓性能等d=Mi6A SI,级为级，外表氧化螺纹承受细牙螺纹，螺距选为公称长度为以便利预紧的时
8.8imm,39mm候微调螺栓材料为钢标记为螺栓GB/T5783M16X39防松垫片的选型
3.
3.4依据预紧螺栓的型号，选择规格为材料为外表氧化的标准型弹簧垫圈，标记为16,65Mli垫圈GB/T9316O预紧螺母的选型
3.
3.5依据预紧螺栓选择螺纹规格为、性能等级为级、不经外表处理、级的型六角d=Mi68A螺母螺母材料为钢标记为螺母GB/T6170M16机械局部总成
3.4机械构造局部零部件设计完毕，依据从里到外的挨次依次安装对轴和轴瓦、轴瓦和弹性体、螺栓和壳体的装配使用协作公差，以保证安装精度轴瓦和轴的协作承受基轴制过盈协作
①/什，轴瓦和弹性体承受基轴制间隙协作尸，螺栓和壳体承受基孔制过渡协
9.5%77
①147/67作
①口16”7/73］机械构造系统仿真
3.5机械构造设计完成后，必需知道传感器的固有频率传感器的固有频率必需大于被测量频率的两倍以上依据任务书，转子转速为转/分，则被测量频率为则设计的传感12023200Hz,器的固有频率f必需大于400Hz才能正常的使用:⑷利用仿真0软件可以测试出固有频率/,验证机械构造是否合理0仿真软件选择有限元方法是用于求解工程中各类问题的数值方法应力分析中稳态的、瞬态。
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