應力分布改善在制作高性能橋式傳感器實踐中的應用
加入技術交流群
在我國稱重傳感器制造業生產的各種結構傳感器中，鋼制橋式傳感器以其獨特的兩端支撐，中間受力的結構形式，使大噸位傳感器進入了高準確度、高可靠性的計量領域。同時，傳力組件采用球面壓頭，充分發揮了鋼球可自動復位和調心的優勢，良好的抗側向力和抗沖擊性能，安裝方便，互換性好等優勢在我國的汽車衡稱重領域發揮著獨領風騷的作用。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，我們進行了小量程3噸傳感器的開發工作。
1.橋式3噸傳感器的設計
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計過程中只能改動應變區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構設計缺陷
橋式傳感器的結構是兩端固定，剪切力施加在工字型斷面上（圖1）：
圖1 圖2
由彈性體應變部位斷面受力分析圖（圖2）得剪切應力：
根據公式(2)和(4)，得出傳感器應變梁t的一元二次方程：
ε=1200με，設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大于豎梁（應變梁）的尺寸。在傳感器加載應變梁應變過程中，上下橫梁的強度相對于應變梁的強度高過許多，加載產生的剪切應力沒有起到應有的作用，使應變梁未能產生相似的變形，也就不能發生足夠的微應變，使傳感器的輸出靈敏度遠低于設計要求的2mV/V。
1.2、改進方案
方案一：
為使剪切應力起到足夠的作用，調整A、d和h，使圖2中的上下橫梁尺寸與應變梁的尺寸盡量相近。由設計要求知道，尺寸c和A不能做出改變，改變d很難達到我們的要求，減小h才能增加t，由于c的關系，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變區域的局部尺寸，改變d和h的大小，但保持安裝尺寸不變的方案進行（見圖3）。
圖3
評論