一种高精度法兰式大扭矩传感器弯矩吸收槽结构及方法与流程

技术特征：
1.一种高精度法兰式大扭矩传感器弯矩吸收槽结构，包括法兰盘，其特征在于：所述法兰盘中设置四个力矩吸收槽，分别布置在两个法兰盘的外表面和内表面，构成弯矩吸收外槽和弯矩吸收内槽。2.根据权利要求1所述的高精度法兰式大扭矩传感器弯矩吸收槽结构，其特征在于：所述弯矩吸收外槽的尺寸为：径向宽度5mm，轴向深度17.5mm。3.根据权利要求1所述的高精度法兰式大扭矩传感器弯矩吸收槽结构，其特征在于：所述弯矩吸收内槽尺寸为：径向宽度5mm，轴向深度9mm。4.根据权利要求1所述的高精度法兰式大扭矩传感器弯矩吸收槽结构，其特征在于：所述弯矩吸收外槽与弯矩吸收内槽的间距为15mm。5.一种权利要求1-4任一所述的高精度法兰式大扭矩传感器弯矩吸收槽结构的实现方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、确定外吸收槽的孔径，根据螺栓孔径与法兰外径的尺寸来确定外吸收槽的孔径，使螺栓孔径到法兰外径的距离与螺栓孔径到外吸收槽孔径的距离相等；步骤二、确定力矩外槽径向宽度，通过有限元仿真分析的方法，对传感器施加轴向弯矩，以力矩槽宽度为输入，以弯矩吸收的效果和结构强度为输出，同时结合法兰盘的实际尺寸，最终得出最理想的弯矩槽宽度；步骤三、确定外槽轴向深度，根据有限元仿真结果，以力矩槽深度为输入，以弯矩吸收的效果和结构强度为输出，同时结合弹性体的实际尺寸，得出最理想的弯矩槽深度。步骤四、确定内槽的宽度和深度，以及外槽与内槽之间的径向距离，以外槽为标准，首先保证外槽内的切应力不超过许用切应力100mpa，其次需要满足内槽切应力也小于100mpa，如果不能满足条件，则通过减少内槽深度的方法，缓解应力集中，直至内外槽切应力均小于100mpa，最终确定内外槽之间的径向距离，以及内槽宽度和深度。步骤五、验证传感器的结构强度，通过有限元仿真的方法对结构强度进行验证，确保在额定扭矩载荷的情况下，内外槽的最大应力值小于100mpa。6.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于：步骤二中，先假设槽深为10mm，根据计算结果，拟出槽内等效应力与槽宽的关系式：m＝-1.16d3 26.33d-200.13d 664式中：m为槽内等效应力，d为槽宽；根据槽宽与测量区应力值的计算结果得出槽宽设计只需要满足强度要求和法兰尺寸的要求即可。7.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于：步骤三中，根据有限元仿真结果拟合出外槽深度与槽内切应力大小的关系式：m
切
＝3.584l
外
37.12式中：m
切
为槽内切应力，l
外
为外槽深度；在保证槽内切应力不超过材料许用切应力的前提下，再考虑槽深与弯矩吸收效果，根据有限元仿真结果拟合出外槽深度与应变区应力大小的关系式：式中：n为应变测量区应力，l
外
为外槽深度；
得到应力越低则说明吸收效果越明显的结论。8.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于：步骤五中，验证传感器的结构强度采用有限元仿真的方法，分析对比有吸收槽和无吸收槽的弹性体在扭矩和轴向弯矩作用下的应力，应变情况；采用有吸收槽和无吸收槽的约束条件完全一致，对一侧法兰的螺栓孔施加固定约束，另一侧法兰的螺栓孔加载200knm的扭矩，对其中一螺栓孔施加50kn的轴向弯矩，除此之外，对止口处施加轴向和径向约束，最大程度还原实际使用情况。

技术总结
本发明涉及一种高精度法兰式大扭矩传感器弯矩吸收槽结构及方法，该结构包括法兰盘，所述法兰盘中设置四个力矩吸收槽，分别布置在两个法兰盘的外表面和内表面，构成弯矩吸收外槽和弯矩吸收内槽。该方法包括确定外吸收槽的孔径，确定力矩外槽径向宽度，确定外槽轴向深度，确定内槽的宽度和深度，以及外槽与内槽之间的径向距离，验证传感器的结构强度。本发明通过对法兰盘的结构进行修改，通过增加凹槽以减少轴向弯矩对测量区应变值的影响，以使得应变片测量的扭矩值不受干扰，提高了法兰式扭矩传感器在实际应用中的测量精度。传感器在实际应用中的测量精度。传感器在实际应用中的测量精度。


技术研发人员：常朔源 吴昊 马相龙 毛峥 吕武斌
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0四研究所
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/1