1、eeee题 目 称重传感器预加载机（机械式）结构设计 学生姓名 ee 学号 ee 所在学院 机 械 工 程 学 院 专业班级 ee 指导教师 ee _ _ _完成地点 院内 _2011 年 6 月 10 日ee称重传感器预加载机（机械式）结构设计ee（ee）指导教师:ee摘要：本文结合电阻应变式称重传感器在生产检验时，进行预加载过程中采用手动液压加载式进行加载测试，效率低，工人劳动强度大等缺点，开发出一种采用电机自动加载，人工手动夹紧传感器方式的称重传感器预加载机。该预加载机可以通过电气部分的控制，准确高效的执行传感器的预加载任务。预加载机由两部分组成，即夹紧系统和加载系统。夹紧系统采用偏心圆
2、盘自锁进行加紧，夹紧后，通过偏心盘的自锁，稳定可靠的将传感器夹紧。加载系统由伺服电机，联轴器和 JWB 型滚珠丝杠升降机三部分组成，它能通过电气系统的闭环反馈控制回路，准确的对称重传感器进行预加载，部件紧凑，精度高。通过称重传感器预加载机的开发加快了传感器的生产周期、降低了工人的劳动强度、提高了生产效率、从而曾强了企业的市场竞争力。关键词：称重传感器 预加载 装备设计eeWeighing sensor pre load machine (Mechanical) structure designee（ee）Tutor:eeAbstract:This combination of resistan
3、ce strain weighing sensor in the production process of the pre loading inspection, the manual hydraulic loading loading test, low efficiency, high labor intensity of workers and other shortcomings, developed aused motor automatic loading, weighing sensor pre loading machine manualclamping sensor mod
4、e. The pre loading machine can control the electrical part of the sensor, pre loading tasks accurately and efficiently. Pre loading machine is composed of two parts, namely, the clamping system and the loading system.The clamping system uses an eccentric disk self-locking are stepping up, after clam
5、ping, the self-locking eccentric disk, stable and reliable sensor clamp. The loading system comprises a servo motor, coupling and JWB type ball screw lift is composed of three parts, it can feedback control loop by loop electrical system,pre load, is weighing sensor accurate component compact, high
6、accuracy.Through the development of weighing sensor pre loading machine speed sensorproduction cycle, reduces the labor intensity, improve production efficiency,which has strong market competitiveness of the enterprises.Keywords: weighing sensor pre load equipment designee目 录目 录 .51 绪论 .11.1 选题的目的及研
7、究意义 .11.2 国内外关于称重传感器预加载机的研究现状 .21.3 国外应变式称重传感器技术现状及发展特点 .31.4 发展趋势 .41.5 应用领域 .41.6 本课题主要研究内容 .51.7 本课题的设计方案 .61.7.1 设计能稳定夹持传感器夹持端的夹具 .61.7.2 设计自动实现预载力的反复加载机构 .71.8 本章小结 .82 称重传感器预加载机加载部分 .92.1 加载部分的原理设计分析 .92.2 加载系统的设计 .92.2 加载系统的动力选择 .112.3 上层平台支持台的设计 .142.4 升降机加载立柱的参数校核及其改良 .152.5 本章小结 .163 称重传感器
8、预加载机的夹紧自锁机构 .173.1 夹紧自锁系统的原理分析 .173.2 偏心圆盘的设计计算 .173.3 偏心盘转轴的设计计算 .183.3 夹紧系统的辅助结构设计 .193.4 压紧系统的支架设计及安装 .203.5 安装支座及其立柱的设计校核 .213.6 本章小结 .21ee总结 .23致谢 .24参考文献 .25ee1 绪论1.1 选题的目的及研究意义称重传感器是称重传感式衡器上使用的一种力传感器，实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。电阻应变式称重传感器能将作用在被测物体上的重力按一定比例转换成可计量的输出信号。电阻应变式称重传感器利用电阻应变片变形时其电阻也随之
9、改变的原理，将电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后，以适当的方式组成电桥，从而将物体的质量转换成电信号。称重传感器主要有两部分组成，第一部分是弹性敏感元件，他将被测物体的压力质量转换为弹性体的应变值；第二部分是作为传感元件的电阻应变计，他将弹性体的应变同步的转换为电阻值的变化。它常用于静态测量和动态测量，压缩形式，具有较好的精度。它的机械部分是由一整块的金属部分组成，所以这个基本的测量元件和它的外壳部分没有焊接过程，从而使尺寸更小，并且加强了保护等级，这种点部测量的结构，具有 8 个压力测量，减少因负载的不完善的应用带来的误差。在现代工业中，传感器的应用场合多种多样，从各类产品的出厂称重，到高
10、速公路入口处的载重检测支路，对于称重传感器而言，称量范围为 300 克至数十吨，大部分电子衡器均采用电阻应变式传感器。称重传感器的性能指标主要有线性误差、滞后误差、重复性误差、蠕变、零点温度特性和灵敏度温度特性等。称重传感器在封装后需要进行预加载试验，以检测其达到满载状态时的最大输出电压和回零电压。目前，企业大多采用手动液压加载式进行加载测试，需要先将传感器的夹持端手工夹持，再利用手动加载的方式进行加载，效率低，工人劳动强度大。为了改善这种情况，就急需设计出一种能自动进行传感器预加载实验的机器，减轻工人的劳动强度，提高生产效率，且能消除人工加载载荷的不稳定性。毕业设计是培养学生设计能力的重要实
11、践环节，通过设计掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养学生分析和解决实际问题的能力，使学生成功的走向工作岗位。我设计的题目为：称重传感器预加载机（机械式）结构设计，通过本次设计毕业设计对传感器的原理，生产检验方法，目前该行业的状况和前景加以了解；通过预加载机的设计掌握设计一般机械式增力机构的基本方法,并且对连杆式增力机构的设计作进一步了解；通过该预加载机的设计培养和锻炼自身的工程素质和工程实践能ee力。1.2 国内外关于称重传感器预加载机的研究现状1938 年美国加利福尼亚理工学院教授 E.Simmons（西蒙斯）和麻省理工学院教授A.Ruge（鲁奇）分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变
12、计，以他们名字的字头和各有二位助手命名为 SR 一 4 型，由美国 BLH 公司专利生产。为研制应变式负荷传感器奠定了理论和物质基础。1940 年美国 BLH 公司和 Revere 公司总工程师 A.Thurston（瑟斯顿）利用 SR 一 4型电阻应变计研制出圆柱结构的应变式负荷传感器，用于工程测力和称重计量，成为应变式负荷传感器的创始者。1942 年在美国应变式负荷传感器已经大量生产，至今已有 60 多年的历史。前 30 多年，是利用正应力（拉伸、压缩、弯曲应力）的柱、筒、环、梁式结构负荷传感器的一统天下。在此时期内，英国学者杰克逊研制出金属箔式电阻应变计，为负荷传感器提供了较理想的转换元
13、件，并创造了用热固胶粘贴电阻应变计的新工艺。美国 BLH 公司和 Revere 公司经过多年实践创造了负荷传感器电路补偿与调整工艺，提高了负荷传感器的准确度和稳定性，使准确度由 40 年代的百分之几量级提高到 70 年代初的 0.05 量级。但在应用过程中出现的问题也很突出，主要是：加力点变化会引起比较大的灵敏度变化；同时进行拉、压循环加载时灵敏度偏差大；抗偏心和侧向载荷能力差；不能进行小载荷测量，这些缺点严重制约了负荷传感器的发展。后 30 多年，经历了 70 年代的切应力负荷传感器和铝合金小量程负荷传感器两大技术突破；80 年代称重传感器与测力传感器彻底分离，制定 R60 国际建议和研发出
14、数字式智能称重传感器两项重大变革；90 年代在结构设计和制造工艺中不断纳入高新技术迎接新挑战，加速了称重传感器技术的发展。 1973 年美国学者霍格斯特姆为克服正应力负荷传感器的固有缺点，提出不利用正应力，而利用与弯矩无关的切应力设计负荷传感器的理论，并设计出圆截工字形截面悬臂剪切梁型负荷传感器。打破了正应力负荷传感器的一统天下，形成了新的发展潮流。这是负荷传感器结构设计的重大突破。 1974 年前后美国学者斯坦因和德国学者埃多姆分别提出建立弹性体较为复杂的力学模型，利用有限单元计算方法，分析弹性体的强度、刚度，应力场和位移场，求得最佳化设计。为利用现代分析手段和计算方法设计与计算负荷传感器开
15、辟了新途径。 ee70 年代初中期，美、日等国的衡器制造公司开始研发商业用电子计价秤，急需小量程负荷传感器。传统的正应力和新研制的切应力负荷传感器都不能实现几公斤至几十公斤量程范围内的测量。美国学者查特斯提出用低弹性模量的铝合金做弹性体，采用多梁结构解决灵敏度和刚度这对矛盾。设计出小量程铝合金平行梁型负荷传感器，同时指出平行梁负荷传感器是基于不变弯矩原理，使利用平行梁表面弯曲应力的正应力结构，具有切应力负荷传感器的特点，为平行梁结构负荷传感器的设计与计算奠定了理论基础，形成了又一个发展潮流。90 年代，由于称重传感器的设计与计算等基本技术趋于成熟，称重传感器的发展侧重于工艺研究和应用研究，在产
16、品标准化、系列化、工程化设计和规模化生产工艺等方面都有很大进步，主要是：在结构与工艺设计中引入计算机拟实技术和虚拟技术；在弹性体加工中纳入柔性制造技术；在生产工艺中采用计算机网络技术；在稳定处理中移植了振动时效、共振时效新工艺；在测试检定中创造了自动快速检测和动态比对方法。1.3 国外应变式称重传感器技术现状及发展特点 应变式称重传感器的设计与制造技术，产品的种类和市场占有率，美、德等工业发达国家的著名制造公司处于国际市场引导者的领先地位，我国具有一定规模的称重传感器制造公司处于市场挑战者地位，大多数生产企业是处于市场追随者地位。家庭电子秤用称重传感器的研发和生产中心在中国，在深圳，制造技术、
17、工艺水平、产品质量和年产量逐年提高。 当今国际市场称重传感器技术的竞争，集中表现在产品的准确度、稳定性和可靠性的竞争；制造技术与制造工艺的竞争；应用高新技术研发新产品和自主知识产权产品的竞争。各称重传感器制造企业都在努力培植自己的核心竞争技术和打造核心竞争产品。 从近几年国际衡器工业展览会上展出的产品和对多家处于市场引导者地位的企业产品的分析可以得出这些企业的共同追求是：弹性元件材质更精良；电阻应变计、补偿元器件的技术要求和环境应力筛选更严格；制造工艺更精细；电路补偿与调整工艺更完善；外观质量更完美。 衡器发展历史源远流长，从古老的弹簧秤到现在基于各种原理的称重传感器，原理都是将被测物体的重力
18、转变成弹性敏感原件的应变，再利用敏感元件的应力应变关系来转化计算出被测物体的重力，从而得到其质量值。ee称重传感器属于现代工业生产中的精密元器件，在各行各业中发挥着巨大的作用，因此，在称重传感器的生产过程中，应该尽量使用全机械化、自动化的生产方式，这样才能保证每一个传感器的性能指标达到要求，而对于称重传感器的预加载实验，更应使用机器进行准确的加载，目前大多厂采用手动液压加载方式进行测试，效率低，加载不准确，工人劳动强度大。因此，设计一款全自动的传感器预加载机成为行业的一种迫切需要。1.4 发展趋势国内物联网应用正在全面深化，工业界也在考虑把物联网引入工业生产中，利用它独有的数据采集等优势，打造
19、高度自动化的生产模式。据此，传感器在工业生产中将大有可为。国内物联网应用正在全面深化，工业界也在考虑把物联网引入工业生产中，利用它独有的数据采集等优势，打造高度自动化的生产模式。据此，传感器在工业生产中将大有可为。与此同时，随着生产自动化规模不断扩大，传感器的应用将非常广泛，工业生产各个组成环节都需要传感器进行监控，并把数据反馈给控制中心，以便对出现异常节点进行及时干预，保证工业生产正常进行。当然，对制造厂商而言，时间就是金钱。只要制造的产品能够达到规定质量水平，高效的生产线就会尽可能快地持续运行，传感器重要性凸显。目前，传感器作为 21 世纪最具影响力和发展前景高新技术，正引起国内外电子信息
20、界的高度重视。光电行业开发协会(OIDA)预测，传感器的国际市场销售量将以每年 20%的高速度增长，传感器将在工业自动化时代扮演更加重要角色。因此，如何高效的进行传感器的生产是当前传感器产业所关注的问题，无疑全自动，标准化的生产线必将是未来行业发展的趋势，为了改进现代称重传感器的生产过程中还需要手工进行加载检测的情况，就需要设计出一款能高效进行称重传感器预加载的预加载机，这也是行业发展的趋势。1.5 应用领域随着科学技术的快速发展，传感器技术在人们的生活中被越来越多的应用到。其中，一种由称重传感器制成的衡器已经被越来越多的应用到各行各业中，从而实现了对物品器材的快速、准确的测量。特别是随着一些
21、微处理机的出现，以及工业生产过程中自动化程度的不断加深，称重传感器已然成为过程控制中一个必不可少的装置。称重传感器简单的说就是一种能够将质量信号转化为电信号输出的装置，在使用ee这种传感器前我们要观察使用的工作环境，这点对于选择使用正确的称重传感器来说是非常重要的，因为工作环境的好坏关系到传感器能否正常工作及其使用寿命，甚至关系到整个衡器的可靠性及安全性。现在称重传感器几乎在所有的称重领域都有所应用，比如从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等等。本课题研究的铝合金悬臂梁传感器适用于电子计价秤，台
22、秤，计数器规模等;钢悬臂梁传感器适用于电子皮带秤，秤等。随着称重传感器的应用领域越来越广泛，工业自动化的进程也越来越大，需要大量的传感器，并且对于传感器的质量提出了更高的要求，所以，自动化的检测设备必将是发展趋势，利用该种预加载机，可以对称重传感器进行量程内任意载荷进行测试，也能方便的实现多次测量，对于实现称重传感器全自动化的生产有着重要的作用，有着很大的应用前景。1.6 本课题主要研究内容电阻应变式称重传感器是在衡器上使用的一种力传感器。它能将作用在被测物体上的重力按一定的比例转换成可计量的输出信号（输出电压） ，经处理后以数字形式显示出被测物的质量。传感器在封装后需要进行预加载试验，以检测其达到满载状态时的最大输出电压和回零电压。通常情况，企业采用手动液压加载式进行加载测试，效率低，工人劳动强度大。课题要求：1）.搜集并阅读与本课题有关的资料，撰写开题报告； 2).了解应变式压力传感器的工作原理预加载方式； 3).设计一台机械式预加载机，实现传感器的自动预加载测试（设计要求：采用机械式加压，预加载压力 500kg2t ） 。用三维 CAD 软件进行设计建模、虚拟装配和运动仿真，并绘制详细设计图纸，编写设计说明书。
