扭矩扳手檢定裝置受力桿結構優化分析

田成成

(濱州市計量測試檢定所，山東 濱州 256606)

1 引 言

扭矩扳手檢定裝置是一種用于對扭矩扳手進行力值檢定的試驗裝置。在力值檢定過程中，受力桿在扭矩扳手反作用力的作用下會產生一定的彈性形變，影響檢定數值的準確性。在以往的設計中，通過增加受力桿的尺寸來減小檢定過程中受力桿的變形對檢定數值造成的影響。這種設計理念使得檢定裝置相對笨重，影響了使用過程中的靈活性，也在無形中增加了制造成本[1]。

利用ANSYS Workbench建立仿真模型對受力桿進行靜力學分析，模擬其在對扭矩扳手進行力值檢定時在扭矩扳手反作用力下的應力、應變及變形情況，并根據測得的數據對其進行了結構優化設計、輕量化設計[2]。

2 受力桿結構

受力桿總長1045mm，厚24mm，材料為45號鋼，其抗拉強度600MPa，屈服強度355MPa，質量為10.677kg[3]。受力桿由一端鉆有圓孔的長方體實體和圓環組成，如圖1所示。受力桿的圓環與標準扭矩傳感器連接，圓孔處與滑動支撐連接，受力桿的長方體實體側面承受局部壓力。

圖1 受力桿結構

3 受力桿的靜力學分析

扭矩扳手檢定裝置設計所能檢定的最大扭矩為1000N·m，其扭矩方程為：

M0=F·L

(1)

由于最大扭矩M0=1000N·m，力臂L=714mm，則受力桿側面承受局部壓力F=1400N。

建立受力桿的有限元分析模型，定義材料屬性：彈性模量為2.09×105MPa，泊松比為0.269，密度7.89×103kg/m3。其結構動力學方程[4]：

(2)

式中，[M]為質量矩陣；{x}為位移矢量；[C]為阻尼矩陣；[K]為剛度系數矩陣；{F}為力矢量。

受力桿結構為連續體，且結構在載荷下的應力、應變及位移也……