傳感器在機(jī)械設(shè)計(jì)方案中的應(yīng)用-任權(quán)

1、機(jī)械工程測試基礎(chǔ)論文傳感器在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用學(xué)院：農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院班級：機(jī)設(shè) 0803姓名：任權(quán)學(xué)號： 0812102590傳感器在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 摘要：文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展， 探討傳感器在機(jī)械設(shè)計(jì) 中的應(yīng)用，并分析我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向。在機(jī)械設(shè)計(jì)中， 傳感器處系統(tǒng)之首， 其作用相當(dāng)于系統(tǒng)感受器 官，能快速、 精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)， 是機(jī)械系 統(tǒng)達(dá)到高水平的保證。 如缺少這些傳感器對系統(tǒng)狀態(tài)和對信息精 確而可靠的自動檢測， 系統(tǒng)的信息處理、 控制決策等功能就無法 談及和實(shí)現(xiàn)。一、傳感器的研究現(xiàn)狀與發(fā)展 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成

2、可用輸 出信號的器件或裝置，主要用于檢測機(jī)械系統(tǒng)自身與操作對象、 作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，為有效控制機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)作提供必須的相關(guān)信 息。隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，電子信息種類日益繁多， 信息傳遞速度日益加快， 信息處理能力日益增強(qiáng)， 相應(yīng)的信息采 集傳感技術(shù)也將日益發(fā)展，傳感器也將無所不在。從 20 世紀(jì) 80 年代起， 逐步在世界范圍內(nèi)掀起一股 “傳感器 熱”，各先進(jìn)工業(yè)國都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開發(fā)和 生產(chǎn)。傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域， 傳感器及其系統(tǒng)生 產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)。二、傳感器在機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器是左右機(jī)械系統(tǒng) （或產(chǎn)品） 發(fā)展的重要技術(shù)之一， 廣 泛應(yīng)用于各種自動

3、化產(chǎn)品之中：1. 機(jī)器人用傳感器。 工業(yè)機(jī)器人之所以能夠準(zhǔn)確操作， 是因 為它能夠通過各種傳感器來準(zhǔn)確感知自身、 操作對象及作業(yè)環(huán)境 的狀態(tài)，包括：其自身狀態(tài)信息的獲取通過內(nèi)部傳感器（位置、 位移、速度、加速度等）來完成，操作對象與外部環(huán)境的感知通 過外部傳感器來實(shí)現(xiàn)， 這個過程非常重要， 足以為機(jī)器人控制提 供反饋信息。2. 機(jī)械加工過程的傳感檢測技術(shù)。（1）切削過程和機(jī)床運(yùn)行過程的傳感技術(shù)。切削過程傳感 檢測的目的在于優(yōu)化切削過程的生產(chǎn)率、 制造成本或 （金屬） 材 料的切除率等。 切削過程傳感檢測的目標(biāo)有切削過程的切削力及 其變化、 切削過程顫震、 刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態(tài) 及

4、切削過程辨識等， 而最重要的傳感參數(shù)有切削力、 切削過程振 動、切削過程聲發(fā)射、 切削過程電機(jī)的功率等。 對于機(jī)床的運(yùn)行 來講， 主要的傳感檢測目標(biāo)有驅(qū)動系統(tǒng)、 軸承與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、 溫度 的監(jiān)測與控制及安全性等，其傳感參數(shù)有機(jī)床的故障停機(jī)時間、 被加工件的表面粗糙度和加工精度、 功率、機(jī)床狀態(tài)與冷卻潤滑 液的流量等。（ 2）工件的過程傳感。 與刀具和機(jī)床的過程監(jiān)視技術(shù)相比， 工件的過程監(jiān)視是研究和應(yīng)用最早、 最多的。 它們多數(shù)以工件加 工質(zhì)量控制為目標(biāo)。 20 世紀(jì) 80 年代以來，工件識別和工件安裝 位姿監(jiān)視要求也提到日程上來。 粗略地講， 工序識別是為辨識所 執(zhí)行的加工工序是否是工 （零）

5、件加工要求的工序； 工件識別是 辨識送入機(jī)床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或 毛坯，同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規(guī)程要求的位 姿。此外，還可以利用工件識別和工件安裝監(jiān)視傳感待加工毛坯 或工件的加工裕量和表面缺陷。 完成這些識別與監(jiān)視將采用或開 發(fā)許多傳感器，如基于 TV或CCD勺機(jī)器視覺傳感器、激光表面 粗糙度傳感系統(tǒng)等。（ 3）刀具（砂輪勺檢測傳感。切削與磨削過程是重要勺材料切 除過程。 刀具與砂輪磨損到一定限度 （按磨鈍標(biāo)準(zhǔn)判定） 或出現(xiàn) 破損（破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀勺總稱） ，使它們失去切 （磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時， 稱為刀具 / 砂輪失效

6、。工業(yè)統(tǒng)計(jì)證明，刀具失效是引起機(jī)床故障停機(jī)勺首 要因素，由其引起的停機(jī)時間占NC類機(jī)床的總停機(jī)時間的1/5-1/3. 此外，它還可能引發(fā)設(shè)備或人身安全事故， 甚至是重大 事故。3. 汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術(shù)。 隨著傳感器技術(shù)和其它新技 術(shù)的應(yīng)用， 現(xiàn)代化汽車工業(yè)進(jìn)入了全新時期。 汽車的機(jī)電一體化 要求用自動控制系統(tǒng)取代純機(jī)械式控制部件， 這不僅體現(xiàn)在發(fā)動 機(jī)上， 為更全面地改善汽車性能， 增加人性化服務(wù)功能， 降低油 耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適 性，先進(jìn)的檢測和控制技術(shù)已擴(kuò)大到汽車全身。 在其所有重點(diǎn)控 制系統(tǒng)中， 必不可少地使用曲軸位置傳感器、 吸氣及冷卻水

7、溫度 傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。三、我國傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問題及發(fā)展方向 傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動控制、 自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 也是機(jī) 電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一， 其水平高低在很大程度 上影響和決定著系統(tǒng)的功能； 其水平越高， 系統(tǒng)的自動化程度就 越高。在一套完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)中， 如果不能利用傳感檢測 技術(shù)對被控對象的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行及時準(zhǔn)確地檢測出并轉(zhuǎn)換成易 于傳送和處理的信號，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無法獲得， 進(jìn)而使整個系統(tǒng)就無法正常有效 的工作。我國傳感器的研究主要集中在專業(yè)研究所和大學(xué)，始于 20 世紀(jì) 80 年代，與國外先進(jìn)技術(shù)相比，我們還有較大差

8、距，主要 表現(xiàn)在：（1）先進(jìn)的計(jì)算、模擬和設(shè)計(jì)方法；（2）先進(jìn)的微機(jī)械加工技術(shù)與設(shè)備；（3）先進(jìn)的封裝技術(shù)與設(shè)備；（4）可靠性技術(shù)研究等方面。因此，必須加強(qiáng)技術(shù)研究和 引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備， 以提高整體水平。 傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可 有幾方面：1. 加速開發(fā)新型敏感材料： 通過微電子、 光電子、生物化學(xué)、 信息處理等各種學(xué)科， 各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用， 可望 研制出一批基于新型敏感材料的先進(jìn)傳感器。2. 向高精度發(fā)展： 研制出靈敏度高、 精確度高、 響應(yīng)速度快、 互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。3. 向微型化發(fā)展： 通過發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器 微型化將是近十年研究的熱點(diǎn)。4. 向微功耗及無源化發(fā)展： 傳感器一般都是非電量向電量的 轉(zhuǎn)化，工作時離