[发明专利]应变式力传感器的内锥形弹性体及其优化方法

权利要求书

1.一种应变式力传感器的内锥形弹性体，其特征在于：包括圆柱形基体(1)，基体(1)上部设置有锥形凹部(2)，锥形凹部(2)的底部设置有中心孔(3)；锥形凹部(2)的锥面上设置有应变片(4)；锥形凹部(2)的中轴线与中心孔(3)的中轴线位于同一条直线上。

2.一种权利要求1所述内锥形弹性体的优化方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

第一步，

根据应变式力传感器内锥形弹性体的结构，估计出弹性体的初始尺寸；

第二步，

采用有限元方法，根据弹性体的初始尺寸建立有限元模型，计算弹性体在螺栓轴向力作用下的应力；

第三步，

根据第二步得到的锥形凹部(2)锥面上的应力分布情况，调整模型的锥角后再次计算，直至内锥面上的应力分布均匀；具体调整过程为：

根据下面的迭代公式确定锥形凹部锥角的调整量：

Δγi+1=(σmax,iσmin,i-1)Δγi]]>

Δγ_i+1和Δγ_i分别是第i+1次和第i次锥角迭代计算的调整量，σ_max，i和σ_min，i分别是第i次计算获得的锥面上的最高应力和最低应力；当最高应力和最低应力满足下面条件时，即可认为锥面上应力分布均匀：

σmax,i-σmin,iσmax,i+σmin,i<ξ2]]>

ξ反映锥面上应力的波动系数，ξ＝5％；

第四步，

根据锥面上的应力水平，在不改变锥角的条件下，调整基体(1)的厚度，使锥面上的应力水平达到要求；具体调整过程为：

根据下面的迭代公式确定基体(1)厚度的调整量：

Δhi+1=(σiσ0-1)Δhi]]>

Δh_i+1和Δh_i分别是第i+1次和第i次厚度调整量，σ₀是锥面上的许用应力，σ_i是第i次调整厚度后锥面上的应力；当锥面上的应力满足下式时，即认为基体1的厚度达到最优值：

σ0-σiσ0=ϵ>0]]>

ε反映锥面应力的安全裕度，取25％～50％；

第五步，

将有限元计算获得的模型尺寸圆整，作为弹性体最终的设计尺寸。