八角环测力刀架的改进设计.pdf

《八角环测力刀架的改进设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·7·八角环测力刀架的改进设计刘平芳，李宝福，樊俊伟(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)O引言性，有效降低贴片位置误差引起的测量误差。1贴片位置误差引起的测量误差●由于八角环测力仪结构简单、制造容易、成本低廉，可。，●以进行多个方向上分力的测量，所以得到了广泛的应用。由于八角环测力仪结构具有对称性，在切削力作用但是，和其他种类新发展出来的多向力传感器相比，八角下，八角环内外各面的应变分布也具有对称性。通过对各环测力仪的测量精度不高，被测力的各个分量之间的相互面的应变进行适当的组合，可

2、以反映一个方向上的分力、影响较大。抵消其他各分力的影响，实现各分力之间的“解藕”。例测力仪的测量精度和应如，图1中切削力在x方向上的分量可以通过耳环侧变片的贴片位置有着直接的面3、4、5、6及其关于ZOX面对称面7、8、1、2(图中未标出)关系。设计叭角环测力仪的等八个面上的水平应变而测得：理论基础是单个圆环或单个=(1+l

3、2一s一s++8l6一一I‘8)八角环的弹性变形理论⋯。(1)将两对八角环拆分成四个耳式中，K为比例系数；s(i=1，⋯，8)为i表面中心处的在环，作为测力的弹性体连接水平方

4、向上的应变。到刀架本体上，形成如图1图1传统的测力刀架Ff的测量所示的测力刀架。这种测力电桥如图2所刀架常用于车削力的测量。由于单个八角环和测力仪上示，图中的(的耳环的变形规律有一定的差异，所以八角环上的理论贴：1，⋯，8)表示片位置并不一定就是测力仪耳环上的对应位置。通过对是贴在表面的测力刀架进行整体有限元分析，不难求得贴片的理论位电阻式应变片。置。但是，应变片粘贴时不可避免地存在定位误差，由此注意到，8。、造成的测量误差无法通过标定来消除的。s⋯、占l‘8分别图2测量的电桥本文从改善八角环测力

5、刀架贴片处的应变分布着是上述表面的特定位置上的应变。而贴片时，总是存在一手，改进八角环测力刀架的局部结构，以提高贴片的工艺定的位置误差，由此引起的测量误差可以表示：虫里墨婴～一·8·的关系(如图5所示)。△F—主i=1(J争f+I挚Vif)表1贴片面的应变及其均匀度式中，△“和△分别为表面上应变片在水平“和竖直方向上偏离理论位置的距离。由式(2)可知，在无法进一步提高定位精度的情况下，提高贴片表面的应变均匀程度是降低测量误差的有效方法。2测力刀架的应变分布和测量误差2．1贴片面的应变均匀度应变均匀

6、程度可以表示为贴片理论位置处的应变梯度大小，也可表示为贴片表面的应变标准差和平均应变的比值。本文采用后者来量化表面应变均匀度。贴片面A上的应变占的均匀度定义为：S{√J=_(1)dA㈥式中：A为贴片面的面积，表示贴片面上的的平均值。一)÷猢蝼嘲磊蛊2．2有限元分析应用ANSYS软件对八角环测力刀架进行有限元分析，研究八角环贴片处的应变分布以及贴片位位置误差／(mm)置误差和力测量误差的关图5位置误差与力测量误差的关系图系。为了便于分析，适当由图4的应变等值线和表1中的数值可以看出，传统的对八角环测

7、力刀架的几测力刀架贴应变片处的应变均匀度比较低。贴片时若偏何模型进行了简化处理，图3传统的测力刀架的有限离理论位置，将引起显著的测量误差。“向较'13向位置误元简化模型过程如下：差对力的测量误差的影响大。当在“向上贴片误差为0．41)去掉刀架的压紧螺栓，把车刀直接和弹性体粘结mm时，力的测量误差将达到13％。这项误差是无法通过于一体；定标和校正来减小或消除的。因此，降低测量区域的应变2)弹性体后端面全约束；梯度，使之均匀化，对提高测量精度具有重要意义。3)对车刀进行刚化处理。3测力刀架应变均匀化设

8、计刀架和车刀都用Solid45离散，刀架材料为40Cr，车刀材料为高速钢。3．1改善结构对称性可提高应变均匀度在刀尖上施加F=由上述的有限元分析结果可知，八角环贴应变片处100N，Fy=100N，F=的应力分布是不均匀的，和单个八角环的弹陛力学分析结一100N，求解上述有限果有较大差异。这是由于传统八角环测力刀架就整体而元模型，得到刀架的应变言是对称的，但就单个耳环来看，连接它的八角环主体关分布，贴片面3的应变分于其上下端面的中心面是不对称的，由此影响单个耳环的布如图4所示。对有限应变分布。为了使

9、贴片处的应变均匀化，应用对称原理，不仅仅是八角环整体结构是对称的，八角环主体连接耳环元分析结果进行进一步后处理，得到各贴片面的图4面3贴片处的应变分布图的结构也要尽量对称，故本文在八角环主体的上下端面各添加了一个凸块结构。其结构示意图如图6所示。应变、梯度及均匀度(见表1)，贴片位置误差和测量误差·9·对改进结构差对测量误差的关系如图9所示。和原设计相比，当端的刀架进行有限位置误差为O．4mln时，的测量误差由原来的13％降低元分析。凸块高为4．9％，大大地提高了测量精度。度h=3