[發(fā)明專利]小量程測力傳感器及其間接測量軸載荷的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910024342.6
• 申請(qǐng)日: 2009-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN101701858A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張榮軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航天科技集團(tuán)公司第四研究院第四十四研究所
• 主分類號(hào): G01L1/22
• 分類號(hào): G01L1/22
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 陳小霞

1.一種小量程測力傳感器間接測量軸載荷的方法，其步驟如下：

1.1、在承載軸(2)的兩端分別鏜有一個(gè)臺(tái)階安裝孔(201)，在該兩個(gè)安裝孔(201)中各裝有一只所述的小量程測力傳感器(1)，該兩個(gè)小量程測力傳感器對(duì)稱安裝在承載軸(2)的兩端，小量程測力傳感器的承載頭(102)與安裝孔(201)前端小孔之間為過渡配合，而小量程測力傳感器的固定座(103)與安裝孔(201)后端大孔之間為過渡或小間隙配合。

1.2、求出小量程測力傳感器(1)彎曲應(yīng)變梁(101)的截面梁厚h1和梁寬h2：

1.21、在承載軸(2)上加載設(shè)定的載荷力值F，則承載軸受力彎曲變形產(chǎn)生撓度δ，同時(shí)承載軸把該彎曲變形傳遞給小量程測力傳感器(1)，引起小量程測力傳感器彎曲應(yīng)變梁(101)的受力而彎曲變形，也產(chǎn)生撓度δ，則承載軸上B截面處的撓度值與小量程測力傳感器承載頭在B截面處的撓度值相等；

1.22、根據(jù)材料力學(xué)，列出承載軸上B截面處撓度δ(a)的方程為：

δ(a)=[F×a×(3L24-a2)]/(12×E×I)······(1)]]>

式中E為承載軸材料的彈性模量；I為承載軸的截面慣性矩；L為承載軸的有效長度，F(xiàn)為加在承載軸上的設(shè)定載荷值，a等于小量程測力傳感器應(yīng)變梁的有效長度；

1.23、根據(jù)材料力學(xué)，列出小量程測力傳感器的撓度δ1(a)的方程為：

δ1(a)＝(F1×a³)/(3×E1×I1)……②

式中E1為小量程測力傳感器彎曲應(yīng)變梁材料的彈性模量；I1為小量程測力傳感器彎曲應(yīng)變梁材料的截面慣性矩；a為小量程測力傳感器彎曲應(yīng)變梁的有效長度，F(xiàn)1為小量程測力傳感器所受的載荷力，也是小量程測力傳感器的量程參數(shù)；

1.24、求出小量程測力傳感器彎曲應(yīng)變梁材料的截面慣性矩I1：

根據(jù)1.21步得出的承載軸上B截面處的撓度值與承載軸傳遞給小量程測力傳感器在B截面處的撓度值相等的結(jié)果，則公式①等于公式②，得出公式③：

(F1×a3)/(3×E1×I1)=[F×a×(3L24-a2)]/(12×E×I)······(3)]]>

設(shè)置公式③中的傳感器的量程參數(shù)F1，然后根據(jù)公式③計(jì)算出I1的具體值；

1.25、根據(jù)材料力學(xué)，列出小量程測力傳感器彎曲應(yīng)變梁截面慣性矩I1與其截面梁厚h1及梁寬h2的函數(shù)式：

I1＝h2×h1³/12……④

1.26、根據(jù)懸臂梁式力傳感器的設(shè)計(jì)原理，列出小量程測力傳感器應(yīng)變梁的彎曲應(yīng)變量ε和小量程測力傳感器的量程參數(shù)F1之間的關(guān)系式：

ε＝F1×L1/(W×E)……⑤

式中L1為力加載點(diǎn)到應(yīng)變片(104)中部的距離，W為傳感器抗彎截面的系數(shù)；

1.27、根據(jù)懸臂梁式力傳感器的設(shè)計(jì)原理，列出傳感器抗彎截面系數(shù)W與彎曲應(yīng)變梁截面梁厚h1和梁寬h2的函數(shù)式：

W＝h2×h1²/6……⑥

1.28、求解小量程測力傳感器應(yīng)變梁的截面梁厚h1和梁寬h2：

將上述步驟所得出的公式⑥代入公式⑤，得公式⑦：

ϵ=6F1×L1h2×h12×E······(7)]]>

對(duì)⑦式中ε、L1進(jìn)行人為取值，再求解方程④、⑦，得出h1、h2的具體值；

1.3、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整小量程測力傳感器彎曲應(yīng)變梁的幾何參數(shù)：

將設(shè)計(jì)完成的小量程測力傳感器用有限元分析軟件進(jìn)行建模分析，得出小量程測力傳感器在本系統(tǒng)受力狀態(tài)下的撓度值δ1(a)和應(yīng)變區(qū)彎曲應(yīng)變量ε的大小，并根據(jù)δ1(a)值和ε值，重新用公式②計(jì)算I1和用公式④、⑦重新計(jì)算應(yīng)變梁寬h2、截面梁厚h1，還可重新調(diào)整力加載點(diǎn)到應(yīng)變片中部的距離L1，最終使傳感器應(yīng)變區(qū)的幾何參數(shù)滿足撓度傳感的測量要求。

1.4、根據(jù)上步所驗(yàn)證的截面梁厚h1、梁寬h2和力加載點(diǎn)到應(yīng)變片中部的距離L1制作出所述的小量程測力傳感器(1)。