彈簧管作為一種精密彈性元件,是航天、航海、航空領(lǐng)域常用的控制導航器件電液伺服閥的關(guān)鍵零件,其剛度參數(shù)對相應(yīng)器件的控制性能影響較大,因此,在彈簧管生產(chǎn)加工過程中,不僅對其尺寸和幾何形狀有很高的精度要求,而且對其剛度性能也有較高的要求。隨著制造技術(shù)水平的提高以及航空航天技術(shù)發(fā)展的需要,原有的傳統(tǒng)剛度測量方法已經(jīng)不能滿足測量精度要求,所以,研究新型精密彈性元件剛度測量技術(shù)有重要的現(xiàn)實意義。本課題旨在設(shè)計一套裝夾工件迅速便捷、加載和測量精度高、數(shù)據(jù)可自動采集分析處理、可靠性高的精密彈性元件剛度測量裝置。本文通過彈性力學理論,推導出橫力彎曲下彈簧管的位移公式,并將彈性力學位移公式、材料力學位移公式、有限元仿真所計算的彈簧管變形量進行了對比,為誤差分析提供了依據(jù)。其次,通過分析位移公式的使用條件以及課題要求,對剛度測量裝置提出了數(shù)點設(shè)計要求,由此設(shè)計出剛度測量系統(tǒng)總體方案。根據(jù)設(shè)計的剛度測量系統(tǒng)總體方案,結(jié)合生產(chǎn)實際,完成了剛度測量裝置的研發(fā)。該裝置以蝸輪減速機配套步進電機作為加載裝置,實現(xiàn)了微載荷的加載;通過選擇合適的測控硬件設(shè)備,開發(fā)了相應(yīng)的測控軟件,實現(xiàn)了剛度測量裝置的自動化測量;裝置設(shè)計的... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

電液伺服閥的典型結(jié)構(gòu)[4]

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-4-電液伺服閥的工作原理如下：由于力矩馬達左右是對稱的，所以當有電控信號通過時，銜鐵發(fā)生偏轉(zhuǎn)，擋板向相應(yīng)方向發(fā)生偏擺，導致通過對應(yīng)噴嘴的液壓加大，另一個減小，使兩噴嘴前腔形成壓力差，從而推動了閥芯移動；反饋桿的頭部與閥芯的槽嚙合在一起，由于反饋桿是一根具有特定剛度的金屬桿，閥芯的旋轉(zhuǎn)使之發(fā)生變形。之后，反饋桿頭部對閥芯的反作用力和閥芯旋轉(zhuǎn)后的液動力平衡了閥芯兩端的壓力，并且，彈簧管變形和反饋干變形產(chǎn)生的力矩與力矩馬達在電信號控制下產(chǎn)生的力矩達到了力平衡，這時，閥芯停止運動而保持其位移量。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析（1）傳統(tǒng)手工吊砝碼法[6]圖1-3手工吊砝碼法原理圖Fig.1-3Schematicdiagramofmanualliftingweightmethod目前國內(nèi)多家生產(chǎn)精密彈性元件的單位仍然采用傳統(tǒng)的手工吊砝碼方法作為彈簧管的剛度測量技術(shù)。其剛度測量裝置示意圖如圖1-3所示，使用夾具將彈簧管固定在剛度測量裝置的基面上，將一個工藝測桿插入彈簧管的內(nèi)圓，用細線將彈簧管的自由端與一個托盤連接，在托盤內(nèi)放入所需要質(zhì)量的砝碼[7]。通過托盤、砝碼和滑輪可以給彈簧管自由端部一個側(cè)向的集中力，使用讀數(shù)顯微鏡測量出被觀測點的位移，最后通過梁的純彎曲位移公式計算彈簧管的剛度值。這種方法的優(yōu)點是原理清晰易懂、方式方法簡單，但該方法的問題在于相應(yīng)的剛度計算公式并沒有考慮剪力對位移的影響；此外，剛度測量時，需要工人手動加載、人工讀數(shù)并記錄計算，數(shù)據(jù)的收集和處理以及數(shù)據(jù)庫的整理都需

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-9-要手動處理，極為不方便，同時，測量過程中大量的人工操作會帶來很多人為誤差，減少了剛度測量的結(jié)果的準確性;另外，彈簧管的體積較小導致安裝定位十分復雜，測量效率很低；最后，由于工人必須反復通過光學顯微鏡讀取細桿的位移值，過高的勞動強度也會對工人的視力造成很大的傷害。（2）電容測頭測位移法1996年國防科技大學研究出了電容測頭測位移法，如圖1-4，能有效的減少操作步驟、提高彈簧管剛度測量的自動化程度。該測量方法是將彈簧管固定在一個固定基座上，使用壓電陶瓷推動測力試件的基座發(fā)生微小移動直至與彈簧管端部接觸。此時，測力試件繼續(xù)向上移動S距離，對彈簧管端部加力，通過非接觸的方式，使用電容測頭位移傳感器測量測力試件和彈簧管自由端產(chǎn)生的變形量和，并有S-。將所測得的位移值和變形量代入下列公式便可求得剛度值。SkFK式中k——測力試件的剛度系數(shù)（N/m）——測力試件的變形量（m）——彈簧管的變形量（m）S——測力試件基座的移動距離（m）F——彈簧管和測力試件之間的相對作用力（N）圖1-4電容測頭測位移法原理圖Fig.1-4Schematicdiagramofdisplacementmeasurementmethodofcapacitiveprobe這種測量方法提高了剛度測量的自動程度，但有幾個問題：一是實際工作中，彈簧管所承受的實際載荷為純彎矩，而在剛度測量過程中，彈簧管受到的是橫向荷載，并且測量公式計算出的剛度與彈簧管抗彎剛度EI存在較大區(qū)別，因此剛度測量公式存在原理性誤差；二是電容位移傳感器易受振動影響，抗干擾能力較弱，并且測力彈簧的標定易出現(xiàn)人為誤差。（3）壓電晶體剛度測量裝置同濟大學萬德安教授[8][9]等人設(shè)計出了一種新型的剛度測量裝置，類似于電容測頭測位移法，該設(shè)備使用壓電晶

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]電液伺服閥滑閥級飽和理論及其應(yīng)用[J]. 郭江峰.  機床與液壓. 2019(03)
[4]基于MFC的地勢起伏度計算程序設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 趙強.  科技創(chuàng)新導報. 2017(25)
[5]CCD圖像傳感器的現(xiàn)狀及未來發(fā)展[J]. 孫莉,鄧敏.  現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備. 2017(08)
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[8]材料力學與彈性力學異同點對比分析[J]. 盧小雨,董春亮.  內(nèi)江科技. 2016(08)
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[10]最小二乘法和迭代法圓曲線擬合[J]. 陳明晶,方源敏,陳杰.  測繪科學. 2016(01)

博士論文
[1]電液伺服閥中彈簧管剛度精密測量技術(shù)的研究[D]. 李云峰.哈爾濱工業(yè)大學 2007
[2]基于CCD光電式兩車相對空間位置測量技術(shù)研究[D]. 付蕓.中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所） 2006

碩士論文
[1]銜鐵組件綜合剛度測量技術(shù)的研究[D]. 劉海茹.哈爾濱工業(yè)大學 2019
[2]線束開關(guān)壓旋檢測工作臺控制系統(tǒng)設(shè)計研究[D]. 徐晨.揚州大學 2018
[3]基于CCD的電液伺服閥精密彈性元件剛度測量儀的研制[D]. 林茹.哈爾濱工業(yè)大學 2011



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