一种锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器，包括底座、薄壁弹性体、质量块，还包括有粘贴于薄壁弹性体外表面的应变片，粘贴于底座上表面的焊盘，通过螺杆将传感器底座中心孔的螺孔与被测锤头连接紧固，质量块受到加速度作用时将力传给薄壁筒形弹性体，从而引起弹性体产生弹性变形，使粘贴在薄壁弹性体外表面的应变片产生变形、引起阻值变化，通过焊接与焊盘且固定于底座侧面的穿线孔穿过的引出线将信号输出，所述信号线穿过信号线固定槽并用胶水粘接牢固，所述薄壁弹性体的材质为TC4合金。本发明专利技术具有结构简单、疲劳寿命长、抗过载能力强的特点，用于长期在线检测锻锤的打击力能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种加速度传感器，具体地说，涉及一种锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器。
技术介绍
锻锤是利用锤头与砧座之间的撞击能量对金属进行压力变形，因而产生很大的冲击力，它具有操作简单、通用性强、工艺性好等特点，是一种重要的锻压设备。锻锤打击锻件时，落下部分的能量除一部分使锻件产生塑形变形外，还有相当一部分消耗于锤头的弹跳、砧座的振动和机架的弹性变形。锻锤在工作过程中的打击能量和打击力不能准确获知，锻件的变形能也无从确知，对于现场锤击轻重的指导、设备和模具的安全运行等无法提供实时参考，因此，准确检测打击力能，不仅关系到锻锤能量的有效利用，同时也影响着模具寿命、锻件质量和生产率等技术经济问题。通过检测锻锤打击过程的加速度，再经过相应的数据处理就可以得到锤击过程的力能，因此传感器是其中的关键。检测锻锤打击时的加速度是获得打击力能的有效手段，由于市场上商品化的加速度传感器普遍存在抗过载能力差、寿命短而不能满足长期在线检测，因此需设计一种耐疲劳、长寿命的加速度传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的结构复杂、疲劳寿命短、抗过载能力差的缺陷，提供一种锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器。其具体技术方案为：一种锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器，包括底座3、薄壁弹性体2、质量块1，还包括有粘贴于薄壁弹性体2外表面的全桥方式连接的四片应变片4，粘贴于底座3上表面的焊盘5，使用时通过螺杆将传感器底座3中心孔的螺孔与被测锤头连接紧固，质量块1受到加速度作用时将力传给薄壁筒形弹性体2，从而引起弹性体产生弹性变形，使粘贴在薄壁弹性体2外表面的应变片4产生变形、引起阻值变化，分别将对应的应变片4的引线与焊盘5和固定于底座3侧面的从信号线固定槽7穿过的信号线6焊接起来，以输出测量信号，所述信号线6穿过信号线固定槽7并用胶水粘接牢固，所述包括薄壁弹性体2的一体结构材质为TC4合金。优选地，所述加速度传感器为圆筒式应变加速度传感器。进一步，所述薄壁弹性体2的壁厚0.3mm，高度为8mm，圆筒内径为8.5mm。优选地，所述质量块1的质量为7g。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术用于检测单一方向的撞击加速度，具有结构简单、疲劳寿命长、抗过载能力强的特点，用于长期在线检测锻锤的打击力能。附图说明图1为锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器的结构示意图。图2为壁厚对传感器综合性能的影响；图3为弹性体高度对传感器综合性能的影响；图4为质量块质量对传感器综合性能的影响。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。参照图1，一种锻锤打击力能检测一体结构的应变式加速度传感器，包括底座3、薄壁弹性体2、质量块1，还包括有粘贴于薄壁弹性体2外表面的应变片4，粘贴于底座3上表面的焊盘5，通过螺杆将传感器底座3中心孔的螺孔与被测锤头连接紧固，质量块1受到加速度作用时将力传给薄壁筒形弹性体2，从而引起弹性体产生弹性变形，使粘贴在薄壁弹性体2外表面的应变片产生变形、引起阻值变化，通过焊接与焊盘且固定于底座3侧面的穿线孔穿过的引出线将信号输出。所述信号线6穿过信号线固定槽7并用胶水粘接牢固。加速度传感器结构参数理论设计加速度传感器的使用条件和设计要求决定弹性元件的结构设计。一般在满足使用条件的前提下要求结构简单、保证准确的信号响应。针对被测对象为锻锤的长期在线监测，在保证满足设计要求的情况下，要结构简单，易于加工制作。因此实施例设计了一种一体结构的圆筒式应变加速度传感器。锻锤锤击过程中产生的撞击加速度信号的最高频率fmax约能达到1000Hz左右，最大加速度值超过2000g。为保证所设计加速度传感器能够准确测量锻锤锤击时的加速度，需要根据固有频率和加速度量程的技术要求，对传感器结构进行初步设计。传感器的设计固有频率f0和加速度要满足：f0≥(3～5)fmax(1)a≥2000g(2)对传感器来说，灵敏度和固有频率是其主要性能指标。固有频率约束：f0=12πKm≥3000HZ---(3)]]>式中：K——刚度系数(K＝πd0hE/l)；m——等效质量。m=m1+13m2---(4)]]>式中：m1——质量块质量，m1＝πd12h1/4ρ；m2——圆筒部分质量，m2＝πd0bh/ρ。将K、m整理后代入式(3-3)得：f0=12π12d0bEhρ(3d12h1+4d0bh)---(5)]]>式中：f0——固有频率；E——弹性模量；d1——质量块直径；b——圆筒壁厚；h1——质量块高度；h——圆筒壁高度；d0——圆筒内外径平均直径。灵敏度约束为：ϵ=4mEπ(D2-d2)a≥500μϵ---(6)]]>圆筒式加速度传感器中间部位应力：σ=4maπ(D2-d2)---(7)]]>式中：D——弹性元件外径；d——弹性元件内径。经理论计算，圆筒式加速度传感器弹性元件尺寸和质量块质量设计为：h＝10mm，D＝8.9mm，d＝8.5mm，m＝5g传感器结构的优化弹性元件的结构参数和质量块的质量直接影响传感器的固有频率和灵敏度，反映传感器性能的优劣。由于解析计算是理想条件下的设计结果，不准确而且误差较大，因此只能作为设计加速度传感器的参考，需要利用有限元模拟检验所设计加速度传感器是否满足要求的灵敏度和固有频率。在此，对传感器进行几何建模，并用ANSYS软件对其进行计算，应用虚拟正交实验分析弹性体的壁厚、高度和质量块质量对传感器性能指标的影响。1正交实验设计传感器性能的主要影响因素包括弹性元件壁厚、高度和质量块质量三个因素，根据前面理论计算的结果，每个因素设计三个水平。采用正交实验表L3(34)，9次实验包含了三因素三水平的均匀搭配，能够代表27次实验。正交实验中选取固有频率f0和灵敏度即本节定义的应变ε为两个实验指标的乘积W＝f0×ε为综合性能指标。W＝f0*ε(8)式中：f0——传感器固有频率；ε——传感器灵敏度。根据传感器的优化目标弹性体壁厚b、弹性体高度h、质量块质量m，分别取壁厚0.2mm，0.25mm，0.3mm，弹性体高度8mm，10mm，12mm和质量块质量5本文档来自技高网...

【技术保护点】
薄壁弹性体(2)、质量块(1)，还包括有粘贴于薄壁弹性体(2)外表面的应变片(4)，粘贴于底座(3)上表面的焊盘(5)，通过螺杆将传感器底座(3)中心孔的螺孔与被测锤头连接紧固，质量块(1)受到加速度作用时将力传给薄壁筒形弹性体(2)，从而引起弹性体产生弹性变形，使粘贴在薄壁弹性体(2)外表面的应变片产生变形、引起阻值变化，通过焊接与焊盘且固定于底座(3)侧面的穿线孔穿过的引出线将信号输出，所述信号线(6)穿过信号线固定槽(7)并用胶水粘接牢固，所述薄壁弹性体(2)的材质为TC4合金。

【技术特征摘要】
1.薄壁弹性体(2)、质量块(1)，还包括有粘贴于薄壁弹性体(2)外表面的应变片(4)，
粘贴于底座(3)上表面的焊盘(5)，通过螺杆将传感器底座(3)中心孔的螺孔与被测锤头
连接紧固，质量块(1)受到加速度作用时将力传给薄壁筒形弹性体(2)，从而引起弹性体
产生弹性变形，使粘贴在薄壁弹性体(2)外表面的应变片产生变形、引起阻值变化，通过
焊接与焊盘且固定于底座(3)侧面的穿线孔穿过的引出线将信号输出，所述信号线(6)穿
过信号线固定槽(7)并用胶水粘接牢...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆华，李付国，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61