张培源 孙斌 刘海斌 朱林波

摘要：球面碟簧是精密微小组件的核心部件，其位移特性直接决定了组件系统的可靠性和稳定性。为了快速准确预测球面碟簧位移特性，提出了基于大挠度薄板弯曲理论的碟形弹簧力学建模方法，开发了精密微小组件球面碟簧的等效模型，该模型包含一个取值区间在[0，1]范围内的等效因数；构建了球面碟簧三维有限元模型，讨论了球面碟簧等效模型关键等效因数的选取与确定方法。研究结果表明，球面碟簧小径和球面半径对最优等效因数影响不大，而球面碟簧厚度与高度影响显著；球面碟簧厚度越厚，高度越高，则等效模型与有限元计算误差整体越大，且位移特性曲线稳定区段逐渐变窄。以此为基础，将最优等效因数看作包含球面碟簧厚度和高度尺寸信息的无量纲函数，通过多项式拟合得到最优等效因数无量纲表达式，提高了精密微小组件球面碟簧等效模型预测精度。

关键词：球面碟簧；薄壳力学；等效模型；大挠度；位移特性

中图分类号：TH135+.2文献标识码： ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.04.012

基金项目：航空科学基金（20170870005），中国博士后科学基金（2018M631144，2019T120897）

机械摆式加速度计是惯性导航系统的敏感器件，已被广泛应用于航空、航天、航海等领域，其性能直接决定了惯性导航和制导系统精度[1-5]。球面碟簧是机械摆式加速度计微小锁紧机构的核心部件，其位移特性直接决定着锁紧机构连接载荷的水平和稳定性，从而影响加速度计摆组件的安装状态和零偏误差。……