壓導(dǎo)管機床專用力傳感器開發(fā)與研制

根據(jù)汽車發(fā)動機壓導(dǎo)管專機開發(fā)研制的工作要求，從機床設(shè)計具體結(jié)構(gòu)考慮，需要設(shè)計專用圓柱式電阻應(yīng)變力傳感器為機床的控制系統(tǒng)提供壓力數(shù)據(jù)信號。圓柱式電阻應(yīng)變力傳感器的設(shè)計重點在于彈性元件的設(shè)計。本文對彈性元件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，采用彈性力學(xué)變分法和有限單元法對彈性元件進行應(yīng)力應(yīng)變分析，兩種方法計算結(jié)果相吻合，最后對彈性元件進行了強度和壽命校驗。這些設(shè)計計算成果為該傳感器生產(chǎn)商的研制和生產(chǎn)提供了理論依據(jù)，也可供同類型力傳感器的設(shè)計計算借鑒。
關(guān)鍵詞：傳感器；彈性元件；變分法；有限單元法
中圖分類號：TP212.12?? 文獻標識碼：A???
一、前言
??? 發(fā)動機氣門導(dǎo)管是進、排氣門作往復(fù)直線運動的導(dǎo)向支撐，能使氣門和氣門座正常閉合，并且具有導(dǎo)熱作用。作為氣門支撐件的氣門導(dǎo)管裝配工藝，是汽車發(fā)動機配氣系統(tǒng)工藝中的一個重要環(huán)節(jié)。
??? 多數(shù)發(fā)動機是將氣門導(dǎo)管以壓配的方式嵌入缸蓋，即將一根導(dǎo)管壓配在氣缸蓋的導(dǎo)管孔中，導(dǎo)管和氣缸蓋導(dǎo)管孔之間采用過盈配合。而氣門導(dǎo)管工作時環(huán)境溫度較高，這對氣門的正常工作影響很大。因此，導(dǎo)管裝配后必須滿足相應(yīng)的工藝要求（該工藝要求是通過大量的實驗得出的），以確保在工作中，導(dǎo)管不會因為氣門的往復(fù)摩擦而松動；同時，導(dǎo)管也不能安裝得過緊，防止工作發(fā)熱后，因其內(nèi)孔發(fā)生變形而影響進、排氣門的正常工作。一般企業(yè)都制定了專門的控制壓力的工藝標準，用控制導(dǎo)管壓入缸蓋時的壓力值來間接地控制導(dǎo)管與導(dǎo)管孔之間的過盈配合精度，從而保證氣門導(dǎo)管的裝配質(zhì)量。
?壓導(dǎo)管機床就是為實現(xiàn)上述目的而設(shè)計的，它能在氣缸蓋上方將導(dǎo)管在夾持狀態(tài)下壓入氣缸體。按照裝配工藝范圍的規(guī)定，在不同的壓入深度，允許的壓力值是不同的，超出規(guī)定的工藝范圍則說明氣門導(dǎo)管外壁和氣缸蓋導(dǎo)管孔內(nèi)壁之間的過盈量太大或太小，此時系統(tǒng)發(fā)出報警信號，并終止加工。本文所述的機床裝有高精度的壓力數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，使導(dǎo)管在壓入過程中，其壓力變化的全過程可以得到監(jiān)視和控制。該數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)中的壓力數(shù)據(jù)信號來源于力傳感器，它的安裝結(jié)構(gòu)見圖1。
二、力傳感器彈性元件的設(shè)計要求
??? 本導(dǎo)管壓機對一個力傳感器的工藝要求為：工作時所受最大壓力范圍為0t~2.5t，本設(shè)計中，取最大壓力為3.5t，平穩(wěn)載荷，使用壽命不小于2年；由于結(jié)構(gòu)的限制，傳感器外徑為70mm，高為80mm，內(nèi)徑為20mm。本產(chǎn)品的用戶為大批量生產(chǎn)類型的汽車企業(yè)，由生產(chǎn)綱領(lǐng)分析其加工節(jié)拍為50s，因此，采樣全過程共需采集42個數(shù)據(jù)，平均每秒鐘采樣3次。
??? 綜合考慮機床結(jié)構(gòu)、傳感器精度和工作狀況的要求，最終確定采用空心圓柱式電阻應(yīng)變力傳感器。