剪切梁式S型称重传感器力学分析

俞 琼, 马晓伟, 张 煜, 胡 威, 俞 峰

(1.杭州四方称重系统有限公司,浙江 杭州 311112；2.浙江省机电设计研究院有限公司,浙江 杭州 310051)

0 引 言

S型称重传感器因其结构简单、力学性能优良及优越的灵敏度,在吊秤、机械秤改造、测力传感器等方面得到广泛应用[1]。虽然近几十年来研究者们对剪切梁式S型称重传感器做了大量的研究工作,但关于其系统性力学分析的文献相对较少[2],初学者很难掌握S型称重传感器的设计方式与应用,而基础的力学理论基础是进行故障分析和结构改进优化的前提。因此,本文以剪切梁式S型称重传感器为原型,系统阐述了其关键结构的力学建模和分析过程,明确了S型称重传感器关键结构的力学特性,对其故障分析和结构改进优化具有重要的参考意义。

1 弹性体强度校核

S型称重传感器弹性体的形式多种多样,主要分为两大类：平行梁结构,剪切梁结构。平行梁结构一般用于制造小量程的传感器,剪切梁结构一般用于制造大量程的传感器[3]。目前常见的OCX-XZ-10T吊秤传感器弹性体就采用了剪切梁结构,该弹性体结构如图1(a)所示。

吊秤工作时,该S型称重传感器弹性体所受外力如图1(b)所示。由图1(b)分析可知,其易发生破坏的位置为m-n和m′-n′的截面过渡处,因此只要该处强度满足设计要求就认为传感器的弹性体是安全的。

图1 OCX-XZ-10T传感器弹性体结构及其受力情况

需指出的是,S型称重传感器弹性体三条横梁的强度均大于m-n和m′-n′的截面过渡处,三条横梁的主要破坏形式为剪应力,均可采用茹拉夫斯基公式进行计算,上下横梁的切应力读者可自行校验,中间横梁剪应力的计算方法在第3节中说明。……