梁 伟, 杨晓翔, 姚进辉, 许 航

(1.福州大学 机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108;2.福建省计量科学研究院 智能测量研究所, 福建 福州 350003)

1 引 言

力值及质量计量在航空航天、大型桥梁、高速铁路、高速公路、高层建筑以及冶金等领域的应用越来越广泛,且测量量程越来越大、测量准确度要求越来越高[1～3]。作为测量用的工作传感器及量值传递用的标准传感器,负荷传感器的需求量不断增大,且准确度要求越来越高[4]。球头是负荷传感器的重要组成部分,外载荷通过球头传递给弹性体,故球头能够调整传感器弹性体的载荷分布,减小寄生分量(侧向力和附加力矩)对传感器的影响,提高负荷传感器的计量性能。

在工业领域,长期以来对负荷传感器球头的设计没有一定的设计标准和准则,从而给传感器的使用带来了各种问题。例如:目前负荷传感器球头所采用的球头与弹性体的接触形式为点—面接触形式,接触应力较大[1]。随着负荷传感器量程的不断增大(力传感器的量程已达到30 MN),若继续采用该类型球头,则可能出现两种失效形式。首先,由于接触应力过大,使球头或弹性体材料发生屈服,产生塑性变形(产生凹坑或球面变形),使原有设计的接触形式、调节能力受到破坏,进而使球头调节失效；对于脆性较大的球头,应力过大甚至会使球头在受载时产生断裂,造成危险。其次,根据材料的疲劳特性[5],较大的接触应力水平,会大大缩短材料的疲劳寿命周期。……