[发明专利]多轴加载机械零件表面应变实时放大的星型悬臂式应变倍增器及设计方法

权利要求书

1.一种多轴加载机械零件表面应变实时放大的星型悬臂式应变倍增器的设计方法，其特征在于，所述的星型悬臂式应变倍增器(S)包括弹簧(A)、悬臂(B)、中心连接块(C)及橡胶体(D)；

所述的悬臂(B)固定约束端设有一体结构的联接板(E)，自由端设有悬臂安装脚(F)和螺栓孔(M)；

所述的中心连接块(C)与每一个悬臂(B)之间均连接有弹簧(A)和橡胶体(D)，橡胶体(D)位于两弹簧(A)之间，确保橡胶体(D)与中心连接块(C)的接触面相互垂直；

所述的橡胶体(D)的连接处粘贴有应变片(P)；

所述的设计方法，步骤如下：

星型悬臂式应变倍增器(S)包括三部分：将被测机械零部件(G)表面应力进行传递的悬臂(B)；将各个悬臂(B)进行连接的中心连接块(C)；将被测机械零部件(G)表面应变反映为一定倍数应变的橡胶体(D)；星型悬臂式应变倍增器(S)具体的设计方法如下：

(Ⅰ)构建悬臂倍增器倍率设计模型

根据被测机械零部件(G)表面环境，悬臂(B)通过胶水粘贴方式或螺栓联接方式安装在被测机械零部件(G)表面，在悬臂安装脚(F)处设计螺栓孔(M)；悬臂(B)的固定约束端设计有一体结构的联接板(E)，用于悬臂(B)与弹簧(A)的联接；

(Ⅱ)建立悬臂倍增器倍率设计模型

1)单轴加载情况下，被测机械零部件(G)表面应变实时放大，悬臂(B)数目m＝1，橡胶体(D)顶面上产生的应变为一定倍率下，单条悬臂(B)覆盖的被测机械零部件(G)沿悬臂(B)长度方向的平均应变，单条悬臂倍增器倍率设计模型设计如下：

其中：p—单条悬臂时倍增器对应变的放大倍率；

l₁—安装脚距离弹簧的长度；

l₂—弹簧和橡胶体的原长；

K_t—弹簧刚度；

K_x—橡胶体刚度；

E_g—悬臂材料弹性模量；

B—悬臂截面面积；

2)多轴加载情况下，被测机械零部件(G)表面应变实时放大，为使星型悬臂式应变倍增器能够对被测机械零部件(G)表面更多方向的应变进行实时放大，设计悬臂数目大于2，且悬臂数目为奇数；多条悬臂倍增器倍率设计模型，其对被测机械零部件(G)表面每个方向上应变的放大倍率公式如下：

其中：n—多条悬臂时倍增器每条分支对应变的放大倍率；

l₁—安装脚距离弹簧的长度；

l₂—弹簧和橡胶体的原长；

K_t—弹簧刚度；

K_x—橡胶体刚度；

E_g—悬臂材料弹性模量；

A—橡胶体截面面积。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，当被测机械零部件(G)表面应变较复杂时，星型悬臂式应变倍增器(S)的悬臂(B)数目尽可能选多。