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一种二维力/扭矩传感器的设计

摘要:针对用于测试旋转型行波超声电机工作状态下定子、转子摩擦力/力矩的特殊要求,并利用有限元法对传感器进行了结构优化,设计了组合式二维传感器,该传感器的一维测量法向正压力;另一维测量扭矩。

法向力的量程为0~200N,准确度为0.09%;扭矩的量程为0~2mm,准确度为0.41%满足了试验要求。
超声电机是一种基于压电陶瓷逆压电效应和超声振动的新型电机。
目前,超声电机已广泛应用于照相机及摄像机的自动调焦系统,在精密仪器以及航空航天领域也有许多应用。
[1]超声电机是通过摩擦驱动的其定子、转子摩擦系数和适当的预压力对其输出扭矩和使用寿命有直接影响。
[2]因此,准确的扭矩和法向力(预压力)的测量显得格外重要,这就需要研制专用的力传感器对其进行准确测量。
本文针对试验要求设计了一种力传感器,它可以测量量程为2N·m的扭矩,分辨力达到0.002N·m,同时,可以测量量程为200N的法向力,分辨力达到0.2N。
结构设计:弹性体设计是力/力矩传感器设计的关键在保证一定刚度的前提下,应尽量提高弹性体的灵敏度。
试验要求法向力和扭矩独立测量,为了将维间耦合影响尽量减少,分别设计了测量扭矩的弹性体和测量法向力的弹性体。
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