帶滾珠調(diào)節(jié)的面—面接觸形式負荷傳感器球頭副

梁 偉, 楊曉翔, 姚進輝, 許 航

(1.福州大學 機械工程及自動化學院, 福建 福州 350108;2.福建省計量科學研究院 智能測量研究所, 福建 福州 350003)

1 引 言

力值及質(zhì)量計量在航空航天、大型橋梁、高速鐵路、高速公路、高層建筑以及冶金等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,且測量量程越來越大、測量準確度要求越來越高[1～3]。作為測量用的工作傳感器及量值傳遞用的標準傳感器,負荷傳感器的需求量不斷增大,且準確度要求越來越高[4]。球頭是負荷傳感器的重要組成部分,外載荷通過球頭傳遞給彈性體,故球頭能夠調(diào)整傳感器彈性體的載荷分布,減小寄生分量(側(cè)向力和附加力矩)對傳感器的影響,提高負荷傳感器的計量性能。

在工業(yè)領(lǐng)域,長期以來對負荷傳感器球頭的設(shè)計沒有一定的設(shè)計標準和準則,從而給傳感器的使用帶來了各種問題。例如:目前負荷傳感器球頭所采用的球頭與彈性體的接觸形式為點—面接觸形式,接觸應(yīng)力較大[1]。隨著負荷傳感器量程的不斷增大(力傳感器的量程已達到30 MN),若繼續(xù)采用該類型球頭,則可能出現(xiàn)兩種失效形式。首先,由于接觸應(yīng)力過大,使球頭或彈性體材料發(fā)生屈服,產(chǎn)生塑性變形(產(chǎn)生凹坑或球面變形),使原有設(shè)計的接觸形式、調(diào)節(jié)能力受到破壞,進而使球頭調(diào)節(jié)失效；對于脆性較大的球頭,應(yīng)力過大甚至會使球頭在受載時產(chǎn)生斷裂,造成危險。其次,根據(jù)材料的疲勞特性[5],較大的接觸應(yīng)力水平,會大大縮短材料的疲勞壽命周期。……