[发明专利]小量程测力传感器及其间接测量轴载荷的方法

权利要求书

1.一种小量程测力传感器间接测量轴载荷的方法，其步骤如下：

1.1、在承载轴(2)的两端分别镗有一个台阶安装孔(201)，在该两个安装孔(201)中各装有一只所述的小量程测力传感器(1)，该两个小量程测力传感器对称安装在承载轴(2)的两端，小量程测力传感器的承载头(102)与安装孔(201)前端小孔之间为过渡配合，而小量程测力传感器的固定座(103)与安装孔(201)后端大孔之间为过渡或小间隙配合。

1.2、求出小量程测力传感器(1)弯曲应变梁(101)的截面梁厚h1和梁宽h2：

1.21、在承载轴(2)上加载设定的载荷力值F，则承载轴受力弯曲变形产生挠度δ，同时承载轴把该弯曲变形传递给小量程测力传感器(1)，引起小量程测力传感器弯曲应变梁(101)的受力而弯曲变形，也产生挠度δ，则承载轴上B截面处的挠度值与小量程测力传感器承载头在B截面处的挠度值相等；

1.22、根据材料力学，列出承载轴上B截面处挠度δ(a)的方程为：

δ(a)=[F×a×(3L24-a2)]/(12×E×I)······(1)]]>

式中E为承载轴材料的弹性模量；I为承载轴的截面惯性矩；L为承载轴的有效长度，F为加在承载轴上的设定载荷值，a等于小量程测力传感器应变梁的有效长度；

1.23、根据材料力学，列出小量程测力传感器的挠度δ1(a)的方程为：

δ1(a)＝(F1×a³)/(3×E1×I1)……②

式中E1为小量程测力传感器弯曲应变梁材料的弹性模量；I1为小量程测力传感器弯曲应变梁材料的截面惯性矩；a为小量程测力传感器弯曲应变梁的有效长度，F1为小量程测力传感器所受的载荷力，也是小量程测力传感器的量程参数；

1.24、求出小量程测力传感器弯曲应变梁材料的截面惯性矩I1：

根据1.21步得出的承载轴上B截面处的挠度值与承载轴传递给小量程测力传感器在B截面处的挠度值相等的结果，则公式①等于公式②，得出公式③：

(F1×a3)/(3×E1×I1)=[F×a×(3L24-a2)]/(12×E×I)······(3)]]>

设置公式③中的传感器的量程参数F1，然后根据公式③计算出I1的具体值；

1.25、根据材料力学，列出小量程测力传感器弯曲应变梁截面惯性矩I1与其截面梁厚h1及梁宽h2的函数式：

I1＝h2×h1³/12……④

1.26、根据悬臂梁式力传感器的设计原理，列出小量程测力传感器应变梁的弯曲应变量ε和小量程测力传感器的量程参数F1之间的关系式：

ε＝F1×L1/(W×E)……⑤

式中L1为力加载点到应变片(104)中部的距离，W为传感器抗弯截面的系数；

1.27、根据悬臂梁式力传感器的设计原理，列出传感器抗弯截面系数W与弯曲应变梁截面梁厚h1和梁宽h2的函数式：

W＝h2×h1²/6……⑥

1.28、求解小量程测力传感器应变梁的截面梁厚h1和梁宽h2：

将上述步骤所得出的公式⑥代入公式⑤，得公式⑦：

ϵ=6F1×L1h2×h12×E······(7)]]>

对⑦式中ε、L1进行人为取值，再求解方程④、⑦，得出h1、h2的具体值；

1.3、进行仿真实验，根据仿真实验结果调整小量程测力传感器弯曲应变梁的几何参数：

将设计完成的小量程测力传感器用有限元分析软件进行建模分析，得出小量程测力传感器在本系统受力状态下的挠度值δ1(a)和应变区弯曲应变量ε的大小，并根据δ1(a)值和ε值，重新用公式②计算I1和用公式④、⑦重新计算应变梁宽h2、截面梁厚h1，还可重新调整力加载点到应变片中部的距离L1，最终使传感器应变区的几何参数满足挠度传感的测量要求。

1.4、根据上步所验证的截面梁厚h1、梁宽h2和力加载点到应变片中部的距离L1制作出所述的小量程测力传感器(1)。