多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置

摘要

多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，包括用于容纳并约束磨粒群的腔体、用于采集磨粒群应力动态变化的多层环形应变片阵列、下位机、用于显示磨粒群的显示器以及带调速旋钮的驱动装置，腔体为密闭空心腔，腔体上设有带密封件的加料口，腔体的绕动中心轴与驱动装置的动力输出轴连；腔体底部内表面作为用于测定磨粒群应力的工作表面；多层环形应变片阵列包括若干用于采集磨粒群应力的应变片，应变片贴覆在腔体的工作表面上，应变片排布成多个同心的圆环；每个应变片的引线均与下位机的信号输入引脚电连，所述下位机的信号输出引脚与所述显示器的信号输入引脚相连。本发明的有益效果是：可以实时测定磨粒群之间应力变化。

权利要求

1.多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，其特征在于：包括用于容纳并约束磨粒群的腔体、用于采集磨粒群应力动态变化的多层环形应变片阵列、下位机、用于显示磨粒群的显示器、带调速旋钮的驱动装置以及活塞装置，所述腔体为密闭空心腔，所述腔体上设有带密封件的加料口，并固定有一个能够提供腔体一个可控的压力的活塞装置，所述腔体通过转盘与所述驱动装置的动力输出轴连接，实现腔体绕腔体垂直方向布置的绕动中心轴周向旋转；所述腔体底部内表面为工作表面，用于测定磨粒群应力；所述多层环形应变片阵列包括若干用于采集磨粒群应力的应变片，所述的应变片通过连接件固定在腔体的工作下表面上，连接件的中间是圆柱形的通管，应变片的导线穿过通管延伸出连接件外部，并且所述应变片排布成多个同心的圆环；每个所述应变片的引线均与下位机的信号输入引脚电连，所述下位机的信号输出引脚与所述显示器的信号输入引脚相连。

2.如权利要求1所述的多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，其特征在于：所述腔体的工作表面为下凸的弧形曲面。

3.如权利要求2所述的多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，其特征在于：所述腔体为空心的球形腔或者半球形腔。

4.如权利要求1所述的多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，其特征在于：同一圆环内的相邻应变片等距排列，同心圆环所在基圆半径等差排列，保证相邻圆环之间相应的应变片距离相等。

5.如权利要求4所述的多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，其特征在于：所述多层环形应变片阵列的层数为3层，即所述多层环形应变片阵列的同心圆环个数为3个，其中同心圆环的圆心位于所述腔体的绕动中心轴上。

说明书

多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置。

背景技术

[0002] 模具制造是工业领域的重要组成部分。在面向模具超精密加工过程中，需要克服模具表面自由曲面的不规则特性。气压砂轮在光整过程中，其表层磨粒群能在内层弹性支
承的同时，保证磨粒群的局部自由的特性，从而能够适应不规则自由曲面的加工。气压砂轮
的表层磨粒群是由磨粒和粘结剂混合而成，故而具备粘结剂的柔性特征和磨粒群的切削
力，从而构成了气压砂轮的一个复杂的双层弹性力学体系。为了研究这个复杂的力学体系，
需要对磨粒群的内部应力变化规律进行观测。

[0003] 目前基于磨粒群的超精密加工，主要集中在基础理论研究，对加工过程中磨粒群的内部应力变化规律没有充分研究。鉴于磨粒群在气压砂轮加工过程中的内部应力变化是
气压砂轮双层弹性力学体系中扮演了重要作用，设计和开发相应的应力采集装置具有深远
的意义。

发明内容

[0004] 为了解决气压砂轮内部磨粒群应力变化规律的观测问题，本发明提出了一种能实时测定磨粒群应力动态变化的多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置。

[0005] 本发明所述的多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，其特征在于：包括用于容纳并约束磨粒群的腔体、用于采集磨粒群应力动态变化的多层环形应变片阵列、下位机、用
于显示磨粒群的显示器、带调速旋钮的驱动装置以及活塞装置，所述腔体为密闭空心腔，所
述腔体上设有带密封件的加料口，并固定有一个能够提供腔体一个可控的压力的活塞装
置，所述腔体的绕动中心轴通过转盘与所述驱动装置的动力输出轴连接，实现腔体绕腔体
垂直布置的绕动中心轴旋转；所述腔体底部内表面作为用于测定磨粒群应力的工作表面；
所述多层环形应变片阵列包括若干用于采集磨粒群应力的应变片，所述的应变片通过连接
件固定在腔体的工作下表面上，连接件的中间是圆柱形的通管，应变片的导线穿过通管延
伸出连接件外部，并且所述应变片排布成多个同心的圆环；每个所述应变片的引线均与下
位机的信号输入引脚电连，所述下位机的信号输出引脚与所述显示器的信号输入引脚相
连。

[0006] 所述腔体的工作表面为下凸的弧形曲面，优选为球面。

[0007] 所述腔体为空心的球形腔或者半球形腔。

[0008] 同一圆环内的相邻应变片等距排列，同心圆环所在基圆半径等差排列，保证相邻圆环之间相应的应变片距离相等。

[0009] 所述多层环形应变片阵列层数为3层，即所述多层环形应变片阵列的同心圆环个数为3个，其中同心圆环的圆心位于所述腔体的绕动中心轴上。

[0010] 所述多层环形应变片阵列可以和下位机、显示器相连，构成开环控制。

[0011] 所述应变片为电阻应变片，其转换公式为：

[0012]

[0013] 其中，R为应变片原电阻值(单位为Ω)；

[0014] ΔR为伸长或压缩所引起的电阻变化值(单位为Ω)

[0015] K：应变片的灵敏系数(常量，由应变片的生产厂家提供)；

[0016] ε：应变片变形的成度，即ΔL/L,无量纲。

[0017] 本发明的工作原理在于：腔体构成一个密闭空心环境，因此可以装入磨粒群；多层环形应变片阵列按照同心圆分布，相邻两层之间间距相同，单层环形阵列由多个应变片依
环形均匀分布组成，因此可以做到磨粒群内部观测点的均匀选取，所测得的动态应力数据
能客观反映磨粒群内部的力学特性；多层环形应变片阵列可以和下位机、显示器相连，构成
开环系统，因此多层环形应变片阵列可以将测得的动态数据输出给下位机，经下位机处理
后，在显示器上绘出磨粒群内部应力变化的动态曲线。

[0018] 在试验过程中，腔体内的磨粒群相互挤压，其内部应力的动态变化被多层环形应变片阵列观测到；观测到的动态数据被输出给下位机，下位机处理后，在显示器上绘出磨粒
群内部应力变化的动态曲线。

[0019] 本发明的有益效果是：解决了气压砂轮内部磨粒群应力变化规律的观测问题，设计了一种多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置。该套装置可为气压砂轮双层弹性力学体
系的磨粒群内部应力变化研究提供极大的帮助。

附图说明

[0020] 图1是本发明的结构图。

[0021] 图2是本发明的应变片的固定方式图。

[0022] 图3是本发明与活塞装置、驱动装置的配合图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图进一步说明本发明

[0024] 参照附图：

[0025] 实施例1

[0026] 本发明所述的多层环形阵列磨粒群内部应力采集装置，包括用于容纳并约束磨粒群的腔体1、用于采集磨粒群应力动态变化的多层环形应变片阵列2、下位机3、用于显示磨
粒群的显示器4、带调速旋钮的驱动装置10以及活塞装置7，所述腔体1为密闭空心腔，所述
腔体上设有带密封件的加料口，并固定有一个能够提供腔体一个可控的压力的活塞装置7，
所述腔体1的绕动中心轴通过转盘8与所述驱动装置10的动力输出轴9连接，实现腔体1绕腔
体垂直布置的绕动中心轴9旋转；所述腔体1底部内表面作为用于测定磨粒群应力的工作表
面；所述多层环形应变片阵列2包括若干用于采集磨粒群应力的应变片，所述的应变片通过
连接件5固定在腔体的工作下表面上，连接件5的中间是圆柱形的通管6，应变片的导线穿过
通管6延伸出连接件外部，并且所述应变片排布成多个同心的圆环；每个所述应变片的引线
均与下位机的信号输入引脚电连，所述下位机的信号输出引脚与所述显示器的信号输入引
脚相连。

[0027] 所述腔体1的工作表面为下凸的弧形曲面，优选为球面。

[0028] 所述腔体1为空心的球形腔或者半球形腔。

[0029] 同一圆环内的相邻应变片等距排列，同心圆环所在基圆半径等差排列，保证相邻圆环之间相应的应变片距离相等。

[0030] 所述多层环形应变片阵列2层数为3层，即所述多层环形应变片阵列的同心圆环个数为3个，其中同心圆环的圆心位于所述腔体的绕动中心轴上。

[0031] 所述多层环形应变片阵列可以和下位机、显示器相连，构成开环控制。

[0032] 所述应变片为电阻应变片，其转换公式为：

[0033]

[0034] 其中，R为应变片原电阻值(单位为Ω)；

[0035] ΔR为伸长或压缩所引起的电阻变化值(单位为Ω)

[0036] K：应变片的灵敏系数(常量，由应变片的生产厂家提供)；

[0037] ε：应变片变形的成度，即ΔL/L,无量纲。

[0038] 本发明的工作原理在于：腔体1构成一个密闭空心环境，因此可以装入磨粒群；多层环形应变片阵列2按照同心圆分布，相邻两层之间间距相同，单层环形阵列由多个应变片
依环形均匀分布组成，因此可以做到磨粒群内部观测点的均匀选取，所测得的动态应力数
据能客观反映磨粒群内部的力学特性；多层环形应变片阵列2可以和下位机3、显示器4相
连，构成开环系统，因此多层环形应变片阵列可以将测得的动态数据输出给下位机3，经下
位机3处理后，在显示器上绘出磨粒群内部应力变化的动态曲线。

[0039] 在试验过程中，腔体1内的磨粒群相互挤压，其内部应力的动态变化被多层环形应变片阵列2观测到；观测到的动态数据被输出给下位机3，下位机3处理后，在显示器4上绘出
磨粒群内部应力变化的动态曲线。

[0040] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术
人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。