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電子汽車衡大型電子磅秤承載器承力傳力定位限位結(jié)構(gòu)分析
【摘 要】 汽車駛上電子汽車衡承載器后，承載器與汽車有共同的速度而產(chǎn)生一個水平力，
此力使承載器產(chǎn)生縱向移動，因此需要對承載器采取定位限位措施抑制水平力的影響。本文根據(jù)國
內(nèi)外電子汽車衡承載器、稱重傳感器、水平力抑制方法、定位限位裝置結(jié)構(gòu)與特點，遵循在電子汽
車衡使用期限內(nèi)承載器受力分配系數(shù)恒定不變的原則，介紹了承載器與稱重傳感器的連接形式及水
平力抑制方法，重點討論了點接觸的鋼球、雙球面搖柱支撐、自動定心稱重傳感器組件和線接觸的
鏈環(huán)、馬鞍環(huán)承力傳力定位限位結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、工作特點和應(yīng)用情況，以澄清zui普通又極容易被
誤解的承載器水平力抑制裝置設(shè)計、計算和應(yīng)用中的一些問題。
概述
汽車駛上電子汽車衡承載器后，承載器與汽車有共同的速度而產(chǎn)生一個較大的水平力，以zui大
秤量為 30 噸的電子汽車衡為例，其水平力可達(dá) 8000kgf 以上。此力使承載器產(chǎn)生較大的縱向運(yùn)動
和較小的橫向移動，為使承載器盡快復(fù)位以保證稱量的準(zhǔn)確性，必須為承載器設(shè)計較理想的水平力
抑制裝置，對承載器進(jìn)行定位、限位。上將電子汽車衡承載器的水平力抑制裝置稱其為水平力
抑制器，國內(nèi)稱為定位限位裝置。根據(jù)電子汽車衡的zui大秤量、承載器的結(jié)構(gòu)、稱重傳感器的承力
傳力方式有不同的結(jié)構(gòu)形式。國內(nèi)不論是單個承載器還是兩個、三個、四個承載器組合的電子汽車
衡，較多采用 3 英寸鋼球傳遞載荷的雙剪梁（橋式）型稱重傳感器，較少采用雙球面搖柱型支撐或
自動定心的圓柱式稱重傳感器組件，基本不采用線接觸鏈環(huán)、馬鞍環(huán)承力傳力定位限位組件。雙剪
梁（橋式）型稱重傳感器為 3 英寸鋼球承受并傳遞載荷，因鋼球只感受軸向載荷，而對側(cè)向和偏心
載荷不敏感，即只傳遞軸向載荷不傳遞側(cè)向載荷，并且安裝調(diào)試極為方便，因而得到較為廣泛的應(yīng)
用。但其缺點也很突出，主要是當(dāng)承載器出現(xiàn)受載和溫度變形時，對水平位移的調(diào)節(jié)能力差，致使
鋼球爬坡不在稱重傳感器球碗的中心，直接影響承載器復(fù)位和測量準(zhǔn)確性。雙球面搖柱支撐和自動
定心稱重傳感器組件，使稱重傳感器本身具有承力傳力和自動定心功能，只要搖柱或稱重傳感器的
擺動量選擇合理即可達(dá)到定位限位的目的，但其自動定心的擺動角和偏心量不能太大，因而存在應(yīng)
用的局限性。
采用鋼球承力傳力的水平力抑制方法
采用雙剪梁型稱重傳感器頂球式支撐的承載器，其水平力抑制方法就是通過 3 英寸鋼球引入傳
遞外載荷，利用安裝在承載器兩端的縱向和橫向限位裝置的預(yù)調(diào)間隙，抑制承載器的縱向、橫向運(yùn)
動。此水平力抑制方法的優(yōu)點是鋼球與球座接觸傳遞載荷，為點接觸屬于無摩擦設(shè)計；鋼球只感受
和傳遞垂直于承載器方向的載荷，而對橫向載荷和橫向力矩不敏感，即不傳遞橫向載荷和橫向力矩；
承載器與稱重傳感器安裝調(diào)試方便，只需要用千斤頂將稱重傳感器與鋼球上端的承載器頂起落下，
反復(fù)幾次調(diào)整稱重傳感器位置，待鋼球不動時即為承載器加力線與稱重傳感器承力軸線重合，固定
稱重傳感器即完成了對中調(diào)試任務(wù)。此方案的缺點也非常突出，主要是雙剪梁型稱重傳感器的彈性
組件不是整體結(jié)構(gòu)，為雙剪切應(yīng)變梁、底座、螺釘、鋼球、壓頭等受力件組合的裝配式受力結(jié)構(gòu)，
這些組合件制造和裝配的不一致性，連接件之間的摩擦和位移都可以引起非線性和離散性；并聯(lián)組
秤的實際測試結(jié)果表明，在外載荷比較小時為正線性，當(dāng)載荷較高時負(fù)線性增大很多，準(zhǔn)確度很難
達(dá)到Ⅲ級秤的要求；由于鋼球傳遞載荷平移和旋轉(zhuǎn)的自由度小，當(dāng)承載器上稱重傳感器支撐點跨度
較大時，承載器受載和熱脹冷縮變形也較大，使鋼球沿球碗爬坡，離開對中準(zhǔn)確的中心點而產(chǎn)生稱
量誤差，并影響承載器回零；鋼球只具備引入和傳遞載荷功能，不能同時對承載器進(jìn)行定位限位，
因此必須另外設(shè)計縱向、橫向限位裝置，即增加了調(diào)試難度又提高了成本?；谏鲜鲈驓W美國家
的電子汽車衡制造企業(yè)不采用此種方案。
采用自動定心承力傳力定位限位裝置的水平力抑制方法
自動定心承力傳力定位限位裝置可視為將鋼球拉長形成的一根雙球面搖擺支柱組件，它由雙球
面搖柱 1，O 形橡膠密封圈 2，圓筒形底座 3，聚四氟乙烯板 4 組成。各部分的作用是：
雙球面搖柱——一端與稱重傳感器彈性組件接觸，另一端通過圓筒形底座與承載器接觸，是自
動定心承力傳力定位限位裝置的主要承力件，可在圓筒形底座內(nèi)自由擺動。
O 形橡膠密封圈——使搖柱兩端球面即保持較好的清潔度又不限制其自由擺動；同時還能起到
緩沖作用，避免雙球面搖柱與圓筒形底座直接碰撞，提高了搖柱工作的可靠性。
圓筒形底座——它與雙球面搖柱和 O 形橡膠密封圈組成密封腔，主要作用是定位，同時把垂直
力傳遞給稱重傳感器。
聚四氟乙烯板——主要作用是減小基礎(chǔ)底板和承載器之間的摩擦系數(shù)，保證自動定心承力傳力
定位限位裝置自動調(diào)位移動的靈活性。該板還具有優(yōu)良的耐磨性、耐腐蝕性和絕緣性，從而也提高
了工作可靠性和使用壽命。