[發(fā)明專利]多軸載荷下機(jī)械零件表面應(yīng)變實時放大的盤式應(yīng)變倍增器及設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910007788.1
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109766623B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 霍軍周;張偉;張占葛
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種多軸載荷下機(jī)械零件表面應(yīng)變實時放大的盤式應(yīng)變倍增器設(shè)計方法，其特征在于，所述的盤式應(yīng)變倍增器包括中心空心柱體(A)、盤面拉伸板(B)、盤心橡膠體(F)和應(yīng)變片(P)；中心空心柱體(A)與盤面拉伸板(B)為一體的凸型體結(jié)構(gòu)，二者的連接處開有周向槽(D)；中心空心柱體(A)為具有一頂面的空心圓柱體；盤面拉伸板(B)的自由端設(shè)有螺栓孔(C)和安裝腳(G)；沿盤面拉伸板(B)半徑方向輻射狀開設(shè)徑向開口，將盤面拉伸板(B)分割多個均勻的拉伸板；與盤面拉伸板(B)上徑向開口對應(yīng)處的中心空心柱體(A)上也開有不貫通至頂部的徑向開口；位于中心空心柱體(A)內(nèi)、下部設(shè)有盤心橡膠體(F)，盤心橡膠體(F)下表面粘貼有應(yīng)變片(P)，應(yīng)變片(P)分別對應(yīng)每一個拉伸板；

所述的設(shè)計方法，步驟如下：

盤式應(yīng)變倍增器(S)采用應(yīng)變轉(zhuǎn)移的方法對被測機(jī)械零部件(H)表面沿各個方向的應(yīng)變進(jìn)行同比例放大，在被測機(jī)械零部件(H)表面安裝盤式應(yīng)變倍增器(S)，通過盤式應(yīng)變倍增器(S)盤面接受機(jī)械結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力，將應(yīng)力傳遞給盤心橡膠體(F)進(jìn)行應(yīng)變的轉(zhuǎn)移，利用盤心橡膠體(F)的超彈性特點實現(xiàn)應(yīng)變的實時放大；

設(shè)計如下：

1)盤心橡膠體(F)與中心空心柱體(A)內(nèi)孔膠粘時，配合方式為過盈配合，保證盤式應(yīng)變倍增器(S)在受拉應(yīng)力作用時盤心橡膠體(F)仍能靠本身的變形與內(nèi)孔保持接觸；盤心橡膠體(F)的直徑與中心空心柱體(A)內(nèi)孔徑關(guān)系式如下：

d1＝1.01βD^α

式中：d1—盤心橡膠體(F)直徑；

D—中心空心柱體(A)內(nèi)孔徑；

α—拉應(yīng)力修正系數(shù)，取值范圍為1.01～1.1，隨拉應(yīng)力作用增加而增大；

β—徑向開口(E)影響因子，取值范圍為1.05～1.25，隨徑向槽的數(shù)目增多而增大；

2)根據(jù)被測機(jī)械零部件(H)表面應(yīng)變情況，在盤式應(yīng)變倍增器(S)上沿盤面拉伸板(B)半徑方向徑向開口(E)，減小被測機(jī)械零部件(H)表面各個方向上的應(yīng)力由于中心空心柱體(A)及盤面拉伸板(B)的作用而產(chǎn)生周向作用力從而對盤心橡膠體(F)各個方向的應(yīng)變響應(yīng)產(chǎn)生影響，徑向開口(E)的數(shù)目不低于兩條；在中心空心柱體(A)與盤面拉伸板(B)連接處開設(shè)周向槽，減緩盤式應(yīng)變倍增器(S)變形時連接處的集中應(yīng)力，提高盤式應(yīng)變倍增器(S)的使用壽命，同時減輕了盤式應(yīng)變倍增器(S)的重量；

3)盤式應(yīng)變倍增器(S)通過應(yīng)變轉(zhuǎn)移方式進(jìn)行被測機(jī)械零部件(H)表面應(yīng)變的實時放大，盤面拉伸板(B)邊緣的安裝角G承受被測機(jī)械零部件(H)表面應(yīng)力，通過盤面拉伸板(B)傳遞到盤心橡膠體(F)從而將應(yīng)變放大，其放大的應(yīng)變?yōu)楸P面拉伸板(B)覆蓋范圍內(nèi)被測機(jī)械零部件(H)表面平均應(yīng)變；根據(jù)盤式應(yīng)變倍增器(S)模型，其具體倍率設(shè)計公式如下：

其中：n—盤式應(yīng)變倍增器(S)應(yīng)變放大倍率；

d2—盤式應(yīng)變倍增器(S)外徑；

D—中心空心柱體(A)內(nèi)孔徑；

m—徑向開口(E)數(shù)目影響系數(shù)，取值范圍為1.012～1.215，隨徑向開口(E)數(shù)目增多而增大；

γ—盤心橡膠體(F)剛度影響系數(shù)，取值范圍為1.022～1.105，隨選取橡膠體彈性模量增大而增大；

由盤式應(yīng)變倍增器(S)倍率設(shè)計公式看出，隨著盤式應(yīng)變倍增器(S)外徑與中心空心柱體(A)內(nèi)孔直徑之比增大，盤式應(yīng)變倍增器(S)對應(yīng)變的放大倍率也隨之提高，但盤式應(yīng)變倍增器(S)測量的平均應(yīng)變范圍也隨之增大，因此盤式應(yīng)變倍增器(S)的原始外徑與中心空心柱體(A)內(nèi)孔孔徑應(yīng)隨著實際測量位置工況進(jìn)行確定；

4)在進(jìn)行應(yīng)變片(P)安裝時，采用應(yīng)變片(P)等角度安裝，應(yīng)變片(P)采用膠水粘貼形式安裝在盤心橡膠體(F)底面。