本發(fā)明涉及智能傳感器生產(chǎn)制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、拉繩傳感器主要應(yīng)用于工程機(jī)械領(lǐng)域，用以監(jiān)測(cè)油缸、臂架等部位的長(zhǎng)度變化，拉繩傳感器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要工作部件包括渦卷彈簧1（卷簧）、轉(zhuǎn)軸2、卷線輪3、鋼絲繩4、蝸桿5、蝸輪6、蝸輪軸7（磁鋼）、線路板8以及附屬外殼等部件。

2、其工作原理為：當(dāng)鋼絲繩被拉出時(shí)，鋼絲繩帶動(dòng)卷線輪旋轉(zhuǎn)，卷線輪與轉(zhuǎn)軸、蝸桿同步旋轉(zhuǎn)；蝸桿與蝸輪嚙合，使得蝸輪與蝸輪軸（磁鋼）同步旋轉(zhuǎn)；磁鋼旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場(chǎng)變化被線路板上的霍爾芯片識(shí)別并轉(zhuǎn)化為角度信號(hào)并通過(guò)線路板處理得到最終的長(zhǎng)度信號(hào)，在鋼絲繩回收時(shí)，由渦卷彈簧帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，鋼絲繩的長(zhǎng)度變化與蝸輪軸（磁鋼）的角度變化呈線性相關(guān)，其關(guān)系為：

3、

4、其中，為鋼絲繩長(zhǎng)度變化值，為磁鋼的角度變化值，d為卷線輪外徑，z1為蝸桿齒數(shù)，z2為蝸輪齒數(shù)。

5、由于拉繩傳感器的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，當(dāng)鋼絲繩全部繞卷在卷線輪上時(shí)，其分布特性為多股、多層的交叉疊加分布，當(dāng)重復(fù)拉出、收回鋼絲繩時(shí)，鋼絲繩的分布狀態(tài)不規(guī)律、差異比較大，則表現(xiàn)為鋼絲繩的長(zhǎng)度變化與卷線輪的角度變化無(wú)法準(zhǔn)確同步，進(jìn)而導(dǎo)致傳感器的重復(fù)性及精度比較低，因此，需要一種能夠提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決背景技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩入口位置的優(yōu)化選位，包括以下步驟：

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定鋼絲繩內(nèi)端的綁線位置，并以綁線位置作為螺旋繩槽的起點(diǎn)在卷線軸表面開(kāi)設(shè)一道螺旋繩槽；

3、約束設(shè)計(jì)：基于拉繩傳感器外形尺寸和工作量程分別確定設(shè)計(jì)約束，包括外形尺寸約束、卷簧工作圈數(shù)約束、螺旋繩槽約束、入線角約束、換線角約束；

4、確定入口位置：基于設(shè)計(jì)約束初步獲取所有符合約束條件的鋼絲繩入口位置，并進(jìn)行繞線重復(fù)性實(shí)際測(cè)試，最終得到最優(yōu)的鋼絲繩入口位置。

5、進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中：

6、以卷線輪的卷線軸上邊緣或下邊緣處作為鋼絲繩內(nèi)端的綁線位置。

7、進(jìn)一步地，所述鋼絲繩入口位置的參數(shù)包括鋼絲繩入口位置與綁線位置的高度差h1以及鋼絲繩入口位置與卷線輪的軸心距離x。

8、進(jìn)一步地，所述外形尺寸約束具體為：

9、卷簧直徑不大于拉繩傳感器的外殼內(nèi)徑，卷線輪外徑不大于拉繩傳感器的外殼內(nèi)徑。

10、進(jìn)一步地，所述卷簧工作圈數(shù)約束具體為：

11、卷簧工作圈數(shù)與卷線輪周長(zhǎng)的乘積等于工?作量程，且卷簧工作圈數(shù)等于鋼絲繩的排布層數(shù)n以及每層鋼絲繩的排布股數(shù)m的乘積，則有：

12、

13、

14、其中，l為拉繩傳感器的工作量程，n為卷簧工作圈數(shù)，d為卷線輪的外徑，n為鋼絲繩的排布層數(shù)，m為每層鋼絲繩的排布股數(shù)；

15、在拉繩傳感器實(shí)際繞線設(shè)計(jì)時(shí)，考慮鋼絲繩實(shí)際長(zhǎng)度與傳感器量程之間的余量，則有：

16、。

17、進(jìn)一步地，所述螺旋繩槽約束具體為：

18、

19、其中，p為螺旋繩槽的螺距，d為鋼絲繩的直徑，鋼絲繩直徑的選擇滿(mǎn)足鋼絲繩在使用時(shí)的最小受力要求。

20、進(jìn)一步地，所述入線角約束具體為：

21、

22、

23、

24、其中，為鋼絲繩的入線角度，為螺旋繩槽的螺旋角，p為螺旋繩槽的螺距。

25、進(jìn)一步地，所述換線角約束具體為：

26、

27、

28、其中，為鋼絲繩的換線角度，h2為鋼絲繩入口位置與綁線位置的反向高度差，為能夠保證第二層鋼絲繩均勻、規(guī)律排布的換線角度臨界值。

29、進(jìn)一步地，所述卷線輪的繞線寬度滿(mǎn)足：

30、

31、

32、其中，為卷線輪的繞線寬度。

33、進(jìn)一步地，所述換線角度臨界值的取值范圍為=[5.9°，6.3°]。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

35、本發(fā)明針對(duì)拉繩傳感器的生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的拉繩繞線不一致的問(wèn)題，提出一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，該方法在卷線輪的卷線軸表面增設(shè)一條螺旋繩槽，使鋼絲繩在繞線時(shí)能沿著螺旋繩槽排布，防止出現(xiàn)繞亂的現(xiàn)象，并且，本發(fā)明結(jié)合螺旋繩槽、鋼絲繩的綁線位置以及入線角度和換線角度的約束設(shè)計(jì)得到鋼絲繩的入口位置的合理取值，能夠大幅提高鋼絲繩的繞線均勻性、規(guī)律性，與現(xiàn)有繞線方案相比，傳感器的重復(fù)性指標(biāo)可以提升80%以上，達(dá)到0.10%。

技術(shù)特征：

1.一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述鋼絲繩入口位置的參數(shù)包括鋼絲繩入口位置與綁線位置的高度差h1以及鋼絲繩入口位置與卷線輪的軸心距離x。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述外形尺寸約束具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述卷簧工作圈數(shù)約束具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述螺旋繩槽約束具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述入線角約束具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述換線角約束具體為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述卷線輪的繞線寬度滿(mǎn)足：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述換線角度臨界值的取值范圍為=[5.9°，6.3°]。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種提升拉繩傳感器繞線重復(fù)性的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定鋼絲繩內(nèi)端的綁線位置，并以綁線位置作為螺旋繩槽的起點(diǎn)在卷線軸表面開(kāi)設(shè)一道螺旋繩槽；約束設(shè)計(jì)：基于拉繩傳感器外形尺寸和工作量程分別確定設(shè)計(jì)約束，包括外形尺寸約束、卷簧工作圈數(shù)約束、螺旋繩槽約束、入線角約束、換線角約束；確定入口位置：基于設(shè)計(jì)約束初步獲取所有符合約束條件的鋼絲繩入口位置，并進(jìn)行繞線重復(fù)性實(shí)際測(cè)試，最終得到最優(yōu)的鋼絲繩入口位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便、考慮全面、重復(fù)性指標(biāo)得到大幅提升等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉岳,夏正亞,張同興
受保護(hù)的技術(shù)使用者：直川科技（上海）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30