倒角对轴对称扭环式称重传感器力学特性的影响

本文用有限元方法通过对68t轴对称扭环式称重传感器的扭环截面中采用不 同尺寸的内外倒角时的力学特性进行理论分析，获得了一组有参考价值的有限元分析结果的 数据，供有关这类传感器设计人员参考。

1.引言

《衡器》 2017年第7期介绍了对常用的68t 轴对称扭环式称重传感器（以下简称“扭环传感 器”）的有限元分析结果，显示在距中心轴等距离 的扭环上下平面的圆环上的周向正应力的绝对值 并未相等，本文试图通过改变扭环截面中的内侧 倒角和外侧倒角进行修正。

下面以常用的68t扭环传感器作为基本模块， 施加680kN的负荷，如图1所示。

2.内侧倒角变化的影响（外侧倒角6x45° 不变）

对图1内侧倒角16x45°的传感器作为模块 M0,把内侧倒角变成12x45°作为模块Ml,把 内侧倒角变成20x45°作为模块M2，分别在扭环 下平面上从点（34，20)到点（65,20)作路径L1 得到加载后的路径——应力曲线如图2、图3、图 4所示。在扭环上平面上从点（49,71)到点 (79,71)作路径L2得到加载后的路径——应力曲 线如图5、图6、图7所示。路径示意图见《衡器》

各曲线图的纵坐标单位均为N/mm2，横坐标 单位均为mm,图中有斜度的单独曲线为本文研 究的周向应力（下同）。分别在路径L1和L2中 取相当于圆环直径】00、1】0、120、130处四个周 向节点应力有限元运算结果的理论值汇总如表1、 表2所示。

由表中数据可以看到，随着内侧倒角的增大， 圆环上下平面内相同圆周节点上的压缩和拉伸应 力的绝对值均会增加，且倒角变动侧的下平面上 的应力的增加值大约为上平面的两倍。

3.外侧倒角变化的影响（内侧倒角16x 45°不变）

把外侧倒角变成3x45°作为模块M3,把外 侧倒角变成9x45°作为模块M4，分别在扭环下 平面上从点(34，20)到点(65,20)作路径L1，得到加 载后的路径——应力曲线如图8、图9所示。在扭环 上平面上从点(49，71)到点(79，71)作路径L2得到 加载后的路径——应力曲线如图10、图11所示。

分别在路径L1和L2中取相当于圆环直径 100、110、120、130处四个周向节点应力的有限 元运算结果的理论值汇总如表3、表4所示。

由表中数据可以看到，随着外侧倒角的增大， 圆环上下平面内相同圆周节点上的压缩和拉伸应 力的绝对值均会增加，且倒角变动侧的上平面上 的应力的增加大约也为下平面的两倍。但外侧倒角对于应力变化的作用要小于内侧倒角.

4.结论

改变扭环传感器扭环截面的内外侧倒角大小 可调整扭环上下平面内的周向应力值，增大倒角 值时可增大该倒角所在平面的应力的绝对值，另 一平面上的应力绝对值也会有大约50%的增量， 内侧倒角变化时对于周向应力值变化的影响要远 大于外侧倒角。

以上仅是本人对图1所示68t扭环传感器的扭 环截面的内外侧倒角变化进行有限元分析所得到 的结果，由于决定有限元法最终结果的因素很多， 不同的人去计算可能也会略有不同，以上分析结 果仅供参考。