Разработка датчика, предназначенного для измерения сил, развиваемых энергетическими установками и агрегатами

 

 

 

 

 

 

7.3 Выбор ширины кольца.

Ширину кольца примем равную 10 мм, т.к. ширина тензорезистора 8 мм.

 

7.4 Выбор материала  упругого элемента.

Материал упругого элемента - сталь 36НХТЮ (Е=2,1 10¹¹ Па). Это высококачественная сталь, имеет хорошие упругие характеристики и очень часто применяется для изготовления упругих элементов.

 

7.5 Расчет внутреннего  диаметра.

Из формулы: , выразим r_b

h=r_н-r_b подставим в формулу. В_ε=0,6 - конструктивный коэффициент чувствительности     [4 стр.44 рис. 2.6].

,

2ε_l bE (r_n²-2r_nr_b+r_b²)= B_εr_nF+B_εr_b F

2ε_l bEr_n²-4ε_l bEr_nr_b+2ε_l bE r_b²- B_εr_nF+B_εr_bF=0

для удобства расчета подставим  значения:

2*0,682*10^-3*8*2,1*10¹¹*20²-4*0,682*10^-3*8*2,1*10¹¹*20r_b+2*0,682*10^-3*8*2,1*10¹¹ r_b²-0,6*20F+0.6*r_bF=0

2.29*10⁹r_b²+(0.6F-9.167*10¹⁰)r_b+9.167*10¹¹*12F=0

 

так например для F=100 Н

r_b100≈18.79

результаты остальных  значений занесены в таблицу 1.

 

7.6 Расчет толщины упругого элемента

h=r_n-r_b

так например для F=100 Н

h₁₀₀=20-18,79=1,21

результаты остальных  значений сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

F,Н	rn, мм	rb,мм	h,мм	zo,мм	f0,кГц	γl
100	20	18,79	1,21	13,05	5,12	9,44*10-5
200	20	18,02	1,98	18,71	6,55	5,77*10-5
500	20	17,53	2,47	18,14	9,15	2,96*10-5
1000	20	16,93	3,07	17,61	11,90	1,75*10-5
2000	20	15,54	4,46	16,99	15,52	1,03*10-5

 

Как видно из таблицы 1 наименьшая толщина упругого элемента составляет 2,91 мм, что технологически выполнимо, а наибольшая 7,02 мм, что приводит к несколько завышенному отношению h/z_o. Это свидетельствует о повышенной погрешности расчета, но на работоспособность и его характеристики такая погрешность не влияет. Поэтому данные расчета принимаются.

 

 

 

8. РАСЧЕТ ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА ДАТЧИКА.

 

Частотный диапазон работы датчика полностью определяется его собственной частотой. Чем выше частота, тем шире частотный диапазон работы датчика работы датчика и тем меньше влияние вибрации ускорения на его работоспособность. В разрабатываемом датчике можно считать, что жесткость в основном определяется жесткостью УЭ, и собственная частота датчика равняется собственной частоте УЭ.

Для кольца согласно [1 стр.58] при малых массах: , где

h- толщина кольца

ρ-плотность материала УЭ

Е- модуль упругости материала  УЭ

Для этого датчика  при заданном частотном диапазоне  работы будет наибольшая амплитудно-частотная погрешность, т.к. в датчик не предполагается вводить дополнительное демпфирование, а степень успокоения обусловленная внутренним трением в УЭ мала то для расчета воспользуемся формулой:   [1 стр.58], где β - степень успокоения, ∆f - частота частотного диапазона измерения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. КОНСТРУИРОВАНИЕ ДАТЧИКА.

 

1. Конструирование упругого элемента.

От конструирования упругого элемента зависит конструкция датчика. Поэтому конструирование датчика начнем с конструирования УЭ. Ранее был рассчитан УЭ и получены его размеры, которые позволяют определиться с конструкцией упругого элемента.

С целью унификации ранее задались d_н=const=41, т.к. он является наиболее трудным для изготовления. В местах сочленения поверхностей могут возникнуть большие термические напряжения, способные вызвать трещины при термообработке УЭ. Поэтому соединим наружную поверхность и поверхность жестких участков плавным радиусом (радиусом сопряжения), примем его равным 2 мм.

Жесткие участки необходимы для передачи силы УЭ и для закрепления  на объекте. Поскольку датчик должен измерять силы сжатия и растяжения, то такие датчики проектируются с различным ходом, которые вворачиваются в сило воспринимающую часть УЭ, поэтому верхний жесткий участок должен иметь резьбовое отверстие. С целью унификации выполним и в нижнем участке такое же резьбовое отверстие. Диаметр этого отверстия должен быть минимальным, но обеспечивать прочностные свойства.

Максимальная номинальная  сила для разрабатываемого датчика  равна F=2 кН. Поскольку в техническом задании задана величина перегрузки 20%, то максимальная сила должна составлять 2,4 кН.

Диаметр отверстий может  быть найден из приближенной формулы для получения обеспечения напряжения на срез: G=F/S, где S - площадь S=πdtW, W - число витков,

                                                                                                        t - шаг

Для защиты УЭ от внешнего воздействия необходимо защитить его закрытым корпусом. Для крепления корпуса и герметизирующей мембраны необходимо предусмотреть 4 резьбовых отверстия.

10.2 Конструирование датчика.

Важной деталью корпуса  датчика является основание, которое  крепиться с помощью винтов к УЭ. Это основание целесообразно использовать для крепления электрического разъема. Поскольку датчик должен крепиться к объекту  измерения с помощью винтового соединения, то в основании должно быть отверстие.

Для обеспечения герметичности соединения основания с УЭ устанавливается герметизирующая прокладка, крепление ее к поверхности верхнего участка осуществляется с помощью прижимного кольца.

Корпус датчика выполняется  тонкостенным, позволяющим произвести сварку с буртом основания и наружным контуром мембраны.

                                                                  

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

В данном курсовом проекте  был разработан датчик предназначенный  для измерения сил, развиваемых  энергетическими установками и  агрегатами и выдачи сигнала пропорционального силе на вход телеметрической системы. Предел измеряемых сил соответствует значениям технического задания. Частотный диапазон так же соответствует данным технического задания. Датчик имеет минимально возможные габаритные размеры и массу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА.

 

1. Тихонов А.И., Осадчий Е.П.  «Проектирование устройств автоматики и телемеханики»
2. Тихонов А.И., Осадчий Е.П., Карпов В.И., Чернецов К.Н., Спиридонов В.М. «Проектирование технических средств автоматики и телемеханики. Датчики механических величин».
3. Новичихина Л.И. «Справочник по техническому черчению».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

КАФЕДРА «АВТОМАТИКИ  И ТЕЛЕМЕХАНИКИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО КУРСУ: «ПРЕКТИРОВАНИЕ ДАТЧИКОВ»

на тему: «Разработка  датчика силы»

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы 96 ЗАС 1

Атаев А.С.

Принял: Тихонов А.И.

 

 

 

 

 

 

 

Пенза

2000 г.