本文用有限元方法通過對68t軸對稱扭環(huán)式稱重傳感器的扭環(huán)截面中采用不 同尺寸的內(nèi)外倒角時的力學(xué)特性進(jìn)行理論分析，獲得了一組有參考價值的有限元分析結(jié)果的 數(shù)據(jù)，供有關(guān)這類傳感器設(shè)計人員參考。

1.引言

《衡器》 2017年第7期介紹了對常用的68t 軸對稱扭環(huán)式稱重傳感器（以下簡稱“扭環(huán)傳感 器”）的有限元分析結(jié)果，顯示在距中心軸等距離 的扭環(huán)上下平面的圓環(huán)上的周向正應(yīng)力的絕對值 并未相等，本文試圖通過改變扭環(huán)截面中的內(nèi)側(cè) 倒角和外側(cè)倒角進(jìn)行修正。

下面以常用的68t扭環(huán)傳感器作為基本模塊， 施加680kN的負(fù)荷，如圖1所示。

2.內(nèi)側(cè)倒角變化的影響（外側(cè)倒角6x45° 不變）

對圖1內(nèi)側(cè)倒角16x45°的傳感器作為模塊 M0,把內(nèi)側(cè)倒角變成12x45°作為模塊Ml,把 內(nèi)側(cè)倒角變成20x45°作為模塊M2，分別在扭環(huán) 下平面上從點(diǎn)（34，20)到點(diǎn)（65,20)作路徑L1 得到加載后的路徑——應(yīng)力曲線如圖2、圖3、圖 4所示。在扭環(huán)上平面上從點(diǎn)（49,71)到點(diǎn) (79,71)作路徑L2得到加載后的路徑——應(yīng)力曲 線如圖5、圖6、圖7所示。路徑示意圖見《衡器》

各曲線圖的縱坐標(biāo)單位均為N/mm2，橫坐標(biāo) 單位均為mm,圖中有斜度的單獨(dú)曲線為本文研 究的周向應(yīng)力（下同）。分別在路徑L1和L2中 取相當(dāng)于圓環(huán)直徑】00、1】0、120、130處四個周 向節(jié)點(diǎn)應(yīng)力有限元運(yùn)算結(jié)果的理論值匯總?cè)绫?/span>1、 表2所示。

由表中數(shù)據(jù)可以看到，隨著內(nèi)側(cè)倒角的增大， 圓環(huán)上下平面內(nèi)相同圓周節(jié)點(diǎn)上的壓縮和拉伸應(yīng) 力的絕對值均會增加，且倒角變動側(cè)的下平面上 的應(yīng)力的增加值大約為上平面的兩倍。

3.外側(cè)倒角變化的影響（內(nèi)側(cè)倒角16x 45°不變）

把外側(cè)倒角變成3x45°作為模塊M3,把外 側(cè)倒角變成9x45°作為模塊M4，分別在扭環(huán)下 平面上從點(diǎn)(34，20)到點(diǎn)(65,20)作路徑L1，得到加 載后的路徑——應(yīng)力曲線如圖8、圖9所示。在扭環(huán) 上平面上從點(diǎn)(49，71)到點(diǎn)(79，71)作路徑L2得到 加載后的路徑——應(yīng)力曲線如圖10、圖11所示。

分別在路徑L1和L2中取相當(dāng)于圓環(huán)直徑 100、110、120、130處四個周向節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的有限 元運(yùn)算結(jié)果的理論值匯總?cè)绫?/span>3、表4所示。

由表中數(shù)據(jù)可以看到，隨著外側(cè)倒角的增大， 圓環(huán)上下平面內(nèi)相同圓周節(jié)點(diǎn)上的壓縮和拉伸應(yīng) 力的絕對值均會增加，且倒角變動側(cè)的上平面上 的應(yīng)力的增加大約也為下平面的兩倍。但外側(cè)倒角對于應(yīng)力變化的作用要小于內(nèi)側(cè)倒角.

4.結(jié)論

改變扭環(huán)傳感器扭環(huán)截面的內(nèi)外側(cè)倒角大小 可調(diào)整扭環(huán)上下平面內(nèi)的周向應(yīng)力值，增大倒角 值時可增大該倒角所在平面的應(yīng)力的絕對值，另 一平面上的應(yīng)力絕對值也會有大約50%的增量， 內(nèi)側(cè)倒角變化時對于周向應(yīng)力值變化的影響要遠(yuǎn) 大于外側(cè)倒角。

以上僅是本人對圖1所示68t扭環(huán)傳感器的扭 環(huán)截面的內(nèi)外側(cè)倒角變化進(jìn)行有限元分析所得到 的結(jié)果，由于決定有限元法最終結(jié)果的因素很多， 不同的人去計算可能也會略有不同，以上分析結(jié) 果僅供參考。