[发明专利]多轴载荷下机械零件表面应变实时放大的盘式应变倍增器及设计方法

权利要求书

1.一种多轴载荷下机械零件表面应变实时放大的盘式应变倍增器设计方法，其特征在于，所述的盘式应变倍增器包括中心空心柱体(A)、盘面拉伸板(B)、盘心橡胶体(F)和应变片(P)；中心空心柱体(A)与盘面拉伸板(B)为一体的凸型体结构，二者的连接处开有周向槽(D)；中心空心柱体(A)为具有一顶面的空心圆柱体；盘面拉伸板(B)的自由端设有螺栓孔(C)和安装脚(G)；沿盘面拉伸板(B)半径方向辐射状开设径向开口，将盘面拉伸板(B)分割多个均匀的拉伸板；与盘面拉伸板(B)上径向开口对应处的中心空心柱体(A)上也开有不贯通至顶部的径向开口；位于中心空心柱体(A)内、下部设有盘心橡胶体(F)，盘心橡胶体(F)下表面粘贴有应变片(P)，应变片(P)分别对应每一个拉伸板；

所述的设计方法，步骤如下：

盘式应变倍增器(S)采用应变转移的方法对被测机械零部件(H)表面沿各个方向的应变进行同比例放大，在被测机械零部件(H)表面安装盘式应变倍增器(S)，通过盘式应变倍增器(S)盘面接受机械结构表面应力，将应力传递给盘心橡胶体(F)进行应变的转移，利用盘心橡胶体(F)的超弹性特点实现应变的实时放大；

设计如下：

1)盘心橡胶体(F)与中心空心柱体(A)内孔胶粘时，配合方式为过盈配合，保证盘式应变倍增器(S)在受拉应力作用时盘心橡胶体(F)仍能靠本身的变形与内孔保持接触；盘心橡胶体(F)的直径与中心空心柱体(A)内孔径关系式如下：

d1＝1.01βD^α

式中：d1—盘心橡胶体(F)直径；

D—中心空心柱体(A)内孔径；

α—拉应力修正系数，取值范围为1.01～1.1，随拉应力作用增加而增大；

β—径向开口(E)影响因子，取值范围为1.05～1.25，随径向槽的数目增多而增大；

2)根据被测机械零部件(H)表面应变情况，在盘式应变倍增器(S)上沿盘面拉伸板(B)半径方向径向开口(E)，减小被测机械零部件(H)表面各个方向上的应力由于中心空心柱体(A)及盘面拉伸板(B)的作用而产生周向作用力从而对盘心橡胶体(F)各个方向的应变响应产生影响，径向开口(E)的数目不低于两条；在中心空心柱体(A)与盘面拉伸板(B)连接处开设周向槽，减缓盘式应变倍增器(S)变形时连接处的集中应力，提高盘式应变倍增器(S)的使用寿命，同时减轻了盘式应变倍增器(S)的重量；

3)盘式应变倍增器(S)通过应变转移方式进行被测机械零部件(H)表面应变的实时放大，盘面拉伸板(B)边缘的安装角G承受被测机械零部件(H)表面应力，通过盘面拉伸板(B)传递到盘心橡胶体(F)从而将应变放大，其放大的应变为盘面拉伸板(B)覆盖范围内被测机械零部件(H)表面平均应变；根据盘式应变倍增器(S)模型，其具体倍率设计公式如下：

其中：n—盘式应变倍增器(S)应变放大倍率；

d2—盘式应变倍增器(S)外径；

D—中心空心柱体(A)内孔径；

m—径向开口(E)数目影响系数，取值范围为1.012～1.215，随径向开口(E)数目增多而增大；

γ—盘心橡胶体(F)刚度影响系数，取值范围为1.022～1.105，随选取橡胶体弹性模量增大而增大；

由盘式应变倍增器(S)倍率设计公式看出，随着盘式应变倍增器(S)外径与中心空心柱体(A)内孔直径之比增大，盘式应变倍增器(S)对应变的放大倍率也随之提高，但盘式应变倍增器(S)测量的平均应变范围也随之增大，因此盘式应变倍增器(S)的原始外径与中心空心柱体(A)内孔孔径应随着实际测量位置工况进行确定；

4)在进行应变片(P)安装时，采用应变片(P)等角度安装，应变片(P)采用胶水粘贴形式安装在盘心橡胶体(F)底面。