圆形盲孔拉伸与斜方形盲孔剪切式称重传感器

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；P 7 P I图1 圆形盲孔拉伸式称重传感器如图 1所示圆形盲孔十字型卞和十字型变截面卞拉伸式称重传感器，均克服了圆柱、方柱弹性元件的面积效应、泊松比效应和高轴向应变值的影响，较大的提高了固有线性度；由于十字型卞应变区在盲孔内，电阻应变计处于最小寄生应力区，不但得到了很好的保护 ，而且较大的提高了抗偏心载荷、侧向载荷的能力；合理设计弹性元件结构和两端引入载荷螺柱，安全系数可达n4～5，特别适合用于电子吊钩秤的称重传感器。

(二)受力分析与理论计算分析如图 l所示的圆形盲孔十字形卞弹性元件的应变区，最理想的应变状态为 、s -；最理想的应力状态为纯拉伸、压缩应力状态，即 、 - 。为便于分析，可用圆环形外框代替长方形外框，此时十字形卞的受载状态如图2所示，圆环形外框的受力状态如图3所示。

图2 十字形卞的受载状态 图3 圆环形外框的受力状态考虑如图 3所示的圆环形外框 ，当纵轴方向受拉向载荷 P作用时，圆环纵轴伸长而横轴缩短。

··· ， .·· ...：Science& Technology Application分析如图2所示的十字形卞，当纵向均匀拉伸、横向均匀压缩时，中心区域将处于理想的应变状态，即拉伸、压缩应变大小相等、方向相反～十字型卞装入圆环内，即成为以圆环为外框的十字型卞弹性元件，如图4所示。

图 4 以圆环为外框的十字形卞弹性兀件当圆环纵轴方向受拉向载荷P作用时，圆环纵轴伸长、横轴缩短的变形，成为十字形卞的边界条件，则十字形卞的中心区域将处于纯拉伸、压缩应力状态。

由于圆环式十字形卞弹性元件加工较困难，特别是两端螺纹的同心度不易加工出很高的精度等级，因此以图 4所示圆环形外框中的十字形薄板为弹性元件的应变区，设计制造出长方形板环式结构的盲孔拉伸式称重传感器，其结构简图如图 1所示。

具有板环形外框的盲孔拉伸式十字形卞结构比较复杂，若用传统的材料力学方法进行计算误差较大，需经过样机试验求出修正系数，不能得到结构的最佳化设计。我所采用有限单元方法进行应力分析与理论计算，利用NSC/PATRAN程序进行结构建模、静力分析和前、后处理，得出十字形卞尺寸优化设计 ，使中心部位满足纯拉伸、压缩应力状态的要求，通过试验测试证明与理论计算结果相符。由于已有专文介绍，在此不赘述。

三、斜方形盲孔剪切式称重传感器(-)结构原理与特点斜方形盲孔剪切式称重传感器是在圆柱或方爨 毫 ∞ 删·· 。······················Science& TechnologyApplication：：.'：45。 口 rsin90。 OL-45。 'sin (-90。) -在 0c±45∝面上 Ta0由上述推导知， - ‰ 的数值均等于剪应力 ，其作用面 AC、BD与单元体分别成45。，且作用面上的剪应力为零。所以，AC、BD就是主平面，其上的应力 、应变即为主应力 、主应变。

L图 7 最大、最小主应力方向斜方形盲孔剪切式称重传感器在外载荷P作用下，纯剪切单元体由正方形 ABCD变为菱形A B。c1D。，/BAD由孚变为孚-y，式中 为剪应变。设纯剪切单元体边长 Ⅱ，其变形示意图如图 8所示。

，，个、、 I /C、 。 /图8 纯剪切单元体变形示意图对角线AC方向的主应变 能为。 - - -。.c0s(45。-手)- -c0s45。

Ac- - - - - - - ～ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··Science& TechnologyApplication≤c0s45 。s手slni 450.si呼-COS45。

-- ---- - - -因 很，J、，故cos 1sinY2- 手··· 手对角线BD方向的主应变 。为-OB -OB： -a "s-in-(45 -孟 )- a"s-in45o-sin4 5o.COS手-c。s45。si哆-sin45。

- sin45o··· s即号根据弹性力学理论，-个平面的应力纯剪切时，与中性轴成 45。方向的互相垂应力等于最大剪应力，主应变等于最大剪- 半，即：r瞰丁 邱手·· G丽E则 y .·. 占 -s肋手输出灵敏度为s ×103mV/V式中P- 称重传感器的额定载荷；K--电阻应变计的灵敏系数：邂 呋