[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

说明书

本发明提供了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及设计方法，能够搭配疲劳寿命计实现机械零部件的剩余寿命预测，属于机械零部件疲劳寿命预测技术领域。通过布置在机械零件表面的星型悬臂式应变倍增器每个悬臂固定约束端获取机械零部件表面的多轴加载情况，通过星型悬臂式倍增器各个弹性体实现对该方向上的机械零部件表面应变高倍率的放大，从而保证搭配的疲劳寿命片能够有效的应变幅值范围内工作，准确地对机械结构的剩余疲劳寿命进行预测，确保机械零部件安全可靠地工作。

技术领域

本发明涉及一种机械零部件表面应变实时放大方法，具体涉及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及设计方法，能够搭配疲劳寿命计实现机械零部件的剩余寿命预测，属于机械零部件疲劳寿命预测技术领域。

背景技术

疲劳寿命片是一种具有电阻累积功能的特殊应变片，能够通过电阻的累积值反映机械结构的循环加载历程，从而实现构件的剩余疲劳寿命预测，但目前疲劳寿命片由于其存在很高的应变门槛值，在应变幅值较低时无法正常工作，需要搭配应变倍增器将机械结构待测部位的应变进行机械地放大后进行工作。但目前国内外关于应变倍增器的研究大多局限于单轴放大，对于受多轴复杂应力的机械零件无法使用。另外，目前国内外关于应变倍增器的研究大多采用应力集中的方式，只适合结构表面应变的低倍率放大，在需要高倍率应变放大的场所难以应用。

基于以上情况，本发明提出了一种星型悬臂式应变倍增器，基于应变转移的技术进行机械结构表面的应变倍增，可以实现应变的高倍率放大；同时能够将多轴载荷下机械零件表面各个方向的应变进行实时放大，解决疲劳寿命计无法对承受多轴应力的机械零件剩余疲劳寿命监测的问题，提高了疲劳寿命计的应用范围，确保机械设备安全可靠地运行；机械零部件在多轴加载下，关键部位的应变情况复杂，若将某一位置处沿各个方向的应变同比例放大，会对疲劳寿命计产生较大的横向效应，严重影响测量精度，本发明提出的悬臂式倍增器选用单轴放大、多轴复合的方法进行多轴应变的倍增，可以很好地解决目前疲劳寿命计或应变片的横向效应问题，提高测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多轴加载条件下机械结构表面应变实时高倍率放大方法，利用星型悬臂式应变倍增器的安装脚承受机械结构表面的应力，通过星型悬臂式倍增器每个悬臂分支的悬臂端与中心连接体之间的橡胶体对该方向上的机械零部件表面应变进行高倍率的放大，从而保证疲劳寿命片在有效的应变幅值范围内工作，准确地对机械结构的剩余疲劳寿命进行预测，确保机械零部件安全可靠地工作。

本发明的技术方案：

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，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。

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，星型悬臂式应变倍增器S通过单轴应变提取、应变转移的原理对机械零部件表面沿各个方向的应变进行等比例放大，在被测机械零部件G表面安装星型悬臂式应变倍增器S，利用每个悬臂B的安装脚F承受被测机械零部件G表面应力，通过悬臂B的拉伸与压缩将悬臂B长度内被测机械零部件G表面应变等效到橡胶体D上，从而实现被测机械零部件G表面每个方向上应变的放大。星型悬臂式应变倍增器S整体结构(如图1)。

从总体来看，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