無摩擦技術在稱重傳感器設計中的應用

 無摩擦技術在稱重傳感器設計中的應用

    稱重傳感器的摩擦分為外部摩擦和內(nèi)部摩擦兩大類：外部摩擦是指彈性元件上承載面與壓頭．

下端面與承壓墊或基礎之間的摩擦；內(nèi)部摩擦是指彈性元件局部應力集中，造成晶格之間位錯所產(chǎn)

生的摩擦。

    兩種摩擦均使滯后和非線性誤差顯著增加，因此應進行無摩擦設計：

    (l)彈性元件下端面為平面時，或選用低摩擦系數(shù)的材料作下壓墊；或選用固定式三滾珠壓

墊；或選用由兩組相互垂直交叉的滾柱組成的自由底座。

    (2)上壓頭、下壓墊采用無摩擦設計（如球面結構），使加載、承載為點接觸（實為接觸圓）。

    (3)大量程的整體三柱、四柱結構可以加大承載部位球面半徑，降低在大載荷和沖擊載荷下

承載球頭的變形程度，減小摩擦影響改善稱重傳感器的靜態(tài)和動態(tài)應用特性。

    (4)盡量選用整體式結構，使彈性元件與支承無接觸問題，如S型，整體剪切梁型等。

    (5)采用柔性隔離方法，即用鉸接方法把彈性元件和承載底座聯(lián)接起來，利用鉸接不傳遞力

矩這一力學特性，將摩擦面與彈性元件隔離。

    (6)正確設計稱重傳感器的加載方式，是保證衡器在使用期限內(nèi)“承載器受力分配系數(shù)”恒定

不變的關鍵。以電子汽車衡為例，我國以橋式結構的雙剪梁稱重傳感器為主，采用3英寸鋼球傳遞

載荷。盡管鋼球只感受軸向載荷不傳遞彎矩和側向載荷的特點明顯，但其缺點也很突出，主要是電

子秤重心高，承載器熱脹冷縮時鋼球不在中心點，需要安裝縱向和橫向限位裝置。國外大多使用單

個雙剪切梁彈性元件，利用組件化或模塊化的馬鞍或鏈環(huán)線接觸方式引入載荷，其特點是重心低，

不受承載器熱脹冷縮影響，不需要安裝縱向和橫向限位裝置。加拿大MASS LOAD公司的雙剪切梁

型稱重傳感器，采用線接觸鏈環(huán)組件引入載荷。美國RICE LAKE公司銷售的大型電子汽車衡，其

雙剪切梁型稱重傳感器均采用馬鞍形線接觸組件引入載荷。馬鞍形和鏈環(huán)線接觸引入載荷的特點是

克服了鋼球傳遞載荷使原始加載狀態(tài)改變及由此產(chǎn)生的側向力影響，保持“承載器受力分配系數(shù)”不

變，保證電子衡器零點和靈敏度的穩(wěn)定性。

    (7)彈性元件需要設計保護外殼時，應盡量減少組件、連接件、緊固件數(shù)量，把非整體狀態(tài)

外殼的緊固、摩擦、接觸影響減至最小。

    (8)合理的應力分布。應力水平過高，將引起彈性元件晶格之間相對位移，產(chǎn)生內(nèi)部摩擦，

因此應力水平應控制在彈性極限的1/4～1/3左右。

    7．如果必須采用面接觸方式傳遞載荷時，稱重傳感器應具備：允許局部區(qū)域有較大變形；輸

出對加載面位置變化不敏感；對局部應力集中不敏感。為此，必須增大應變均勻區(qū)，例如加大高度

與直徑比、采用加高的均壓墊等，或將面接觸通過過渡壓墊轉換成點接觸或線接觸。