應(yīng)力分布改善在制作高性能橋式傳感器實踐中的應(yīng)用
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在我國稱重傳感器制造業(yè)生產(chǎn)的各種結(jié)構(gòu)傳感器中，鋼制橋式傳感器以其獨(dú)特的兩端支撐，中間受力的結(jié)構(gòu)形式，使大噸位傳感器進(jìn)入了高準(zhǔn)確度、高可靠性的計量領(lǐng)域。同時，傳力組件采用球面壓頭，充分發(fā)揮了鋼球可自動復(fù)位和調(diào)心的優(yōu)勢，良好的抗側(cè)向力和抗沖擊性能，安裝方便，互換性好等優(yōu)勢在我國的汽車衡稱重領(lǐng)域發(fā)揮著獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的作用。但是，傳感器的量程絕大部分局限于10噸以上，而10噸以下量程的寥寥無幾。為滿足用戶需求，我們進(jìn)行了小量程3噸傳感器的開發(fā)工作。
1.橋式3噸傳感器的設(shè)計
為了保持安裝使用的簡單化和通用性，3t傳感器采用10t傳感器的安裝尺寸，同時要求傳感器除彈性體外其余的零部件通用，這就要求我們在傳感器的設(shè)計過程中只能改動應(yīng)變區(qū)的尺寸且不能影響傳感器安裝尺寸。
1.1小量程橋式傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷
橋式傳感器的結(jié)構(gòu)是兩端固定，剪切力施加在工字型斷面上（圖1）：
圖1 圖2
由彈性體應(yīng)變部位斷面受力分析圖（圖2）得剪切應(yīng)力：
根據(jù)公式(2)和(4)，得出傳感器應(yīng)變梁t的一元二次方程：
ε=1200με，設(shè)ν=0.3，E=2.1×104kg/mm2；
把10t傳感器彈性體尺寸(c × d × h=56mm × 52mm × 35mm)代入公式，求得：
t1=1.78mm，t2=-25.81mm（舍去）。
同時?(d-h)=?(52-35)=8.5mm 》1.78mm，圖2中工字梁中的上下橫梁的尺寸遠(yuǎn)大于豎梁（應(yīng)變梁）的尺寸。在傳感器加載應(yīng)變梁應(yīng)變過程中，上下橫梁的強(qiáng)度相對于應(yīng)變梁的強(qiáng)度高過許多，加載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力沒有起到應(yīng)有的作用，使應(yīng)變梁未能產(chǎn)生相似的變形，也就不能發(fā)生足夠的微應(yīng)變，使傳感器的輸出靈敏度遠(yuǎn)低于設(shè)計要求的2mV/V。
1.2、改進(jìn)方案
方案一：
為使剪切應(yīng)力起到足夠的作用，調(diào)整A、d和h，使圖2中的上下橫梁尺寸與應(yīng)變梁的尺寸盡量相近。由設(shè)計要求知道，尺寸c和A不能做出改變，改變d很難達(dá)到我們的要求，減小h才能增加t，由于c的關(guān)系，太小的h會給傳感器的制作等增加很多困難，因此采用縮小彈性體的應(yīng)變區(qū)域的局部尺寸，改變d和h的大小，但保持安裝尺寸不變的方案進(jìn)行（見圖3）。
圖3
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