十字型称重传感器

　　0　引言

　　在实际应用中,称重传感器往往出现抗侧向力不足的缺点,在受大的侧向力的情况下,容易发生变形,导致传感器失效或损坏。针对这一缺点,提出了一种十字型传感器设计方案。

　　1　设计思路

　　以30 t十字型传感器为例子进行说明。条件:设计承受压向负荷的额定量程为30 t的40CrNMi oA合金钢QSSZ称重传感器,要求设计输出灵敏度为2·2 mV/V左右,合金钢的弹性模量E=2·14×1011Pa,泊松比u=0·3。设计传感器为工字梁剪切应力形式,如图1所示。先大致确定H, h,B,然后根据茹拉夫斯基公式计算截面剪切应力、剪应变,并根据推导出的灵敏度计算公式确定壁厚,然后根据所计算的壁厚对其他尺寸进行调整,初步得出工字尺寸,从而绘制图纸,并进行有限元分析,进行验证。

　　2　传感器弹性体设计

　　2·1　工字尺寸计算

　　2·2　十字形称重传感器图纸绘制

　　根据工字基本尺寸,初步设计出十字形称重传感器弹性体,并绘出工程图,如图2所示。

　　3　十字形称重传感器弹性体有限元分析

　　为了方便应力分析,首先在pro/e三维造型软件里进行十字型传感器的三维建模,并绘制出传感器的三维实体。

　　3·1　可靠性分析

　　将三维实体导入ANSYS有限元分析软件里,在正中间节点上施加点力300 000 N,进行应力分析,结果如图3所示。40CrNMi oA屈服极限为1 000 MPa,通过总应力分析可知,除了正中间加载点应力集中部分超过了屈服极限外,其他部位基本在屈服极限的范围之内,而正中间应力集中现象是在正中间节点上施加点力300 000 N所至,现实当中是小面接触,不会产生这样大的应力集中现象,所以不必关心,可以忽略。因此,该传感器弹性体及底座安装在30 t承载时是可靠的。

　　3·2　贴片盲孔应力分析

　　贴片盲孔主要关心的是剪切应力,在图中需要注意的是xz、yz平面内的剪切应力,现以xz平面内剪切应力为例,如图4所示。

　　由图可知,贴片区所受剪切应力很均匀,由云图颜色可知左侧盲孔剪切应力为+133·33 ~ +222·22 MPa,右侧的为-133·33~-222·22 MPa.具体应力数值通过测定盲孔内的具体节点可得,如图5所示。

　　图5前5个数据是右侧盲孔中的5个节点的数据,后5个是左侧盲孔中的5个节点的数据,从数据上也发现,盲孔中节点的应力值基本是一致的,对称性也很好,而且盲孔中的应力图5　盲孔中节点的计算数据值都为170~180 MPa,这和开始时候用软件设计工字梁数据(179MPa)是很相近的。这说明有限元分析的结果和理论计算的相近,比较符合实际。yz平面内的剪切应力同xz平面类似,在此不再赘述。