本文以電阻應變式傳感器靜態(tài)稱(chēng)重理論為基礎，對一款電子秤承重系統 進(jìn)行了介紹，對承重系統塑料材質(zhì)作了選擇，通過(guò)一款“支承體”零件設計舉例分析，對塑 料承重系統的推廣應用作了說(shuō)明。

一、電子秤承重系統介紹 在多種多樣的采用電阻應變式靜態(tài)稱(chēng)重設計 方案的電子衡器中，承重系統都起著(zhù)核心結構件 的作用，引用相關(guān)定義，此處對承重系統介紹為 “承受及傳遞外載荷及固定傳感器的具有足夠強度 和剛度的結構零部件”。據此介紹，電子衡器的承 重系統包括三部分：即指承重面和支承體以及作 為核心部件的傳感器。如圖1所示，為一個(gè)典型 的電子秤承重系統。

其中“承重面1”承受外來(lái)的載荷，并將外載 荷傳遞給“電阻應變式傳感器2”的一端，“電阻 應變式傳感器2”的另外一端則固定于“支承體上。介紹中還提到，承重面和支承體還應具有 足夠的強度和剛度。足夠的強度是指需要保證該電子秤在受到一定的沖擊載荷（一般為傳感器滿(mǎn)量 程的2.5倍即2.5FS時(shí)，結構不會(huì )受到剪切破壞； 足夠的剛度則是指承重面及支承體在滿(mǎn)量程載荷 FS時(shí)，其彎曲變形不會(huì )超出設計所要求的范圍， 因而不會(huì )影響產(chǎn)品秤量的穩定性。該款塑料承重 系統的設計正是基于以上理解而開(kāi)展的。

二、塑料承重系統結構設計的主要任務(wù)和影響因素

承重系統的結構設計應綜合考慮各種因素， 既要保證工作性能，又要工藝性好，同時(shí)要節約 成本，也要兼顧外觀(guān)。合理的結構是在最小重量 條件下具有最好的強度及剛度，所以其設計準則 包括以下幾個(gè)方面的要求。

(一）剛度：包括靜剛度和動(dòng)剛度，靜剛度限 制外力作用下的變形量，動(dòng)剛度則主要是指結構 的抗振能力及熱變形能力，對靜態(tài)電子秤而言，此 處所言的剛度就是靜剛度，對于電子秤而言, 支承系統的變形量可以作為設計輸入而給定，但 大多數情況下則是通過(guò)相關(guān)試驗數據獲取的，下 文案例中的零件也是試驗獲取剛度值的例子。

（二）強度：要求在最大外載荷（包括突然性 載荷下，保證機架不會(huì )受到損壞，機架的強度 包括靜強度和疲勞強度。此處的強度指的是靜強 度，主要是相關(guān)結構件不致剪切破壞即可，通過(guò) 下文的剪力圖，可指導相關(guān)強度設計。

（三）穩定性：包括結構穩定性和精度穩定性 即尺寸穩定性。電子秤承重系統受壓或壓變 斜彎時(shí)產(chǎn)生結構失穩的問(wèn)題較少出現，此處帶 過(guò)，下文不作討論。

（四）此外，還要求有美觀(guān)的造型，電子秤整體 的外觀(guān)造型很大程度上決定于承重系統的造型, 實(shí)用、美觀(guān)和低成本是設計的基本原則，按照比 例、統調、平衡及安定等規則使得承重系統與產(chǎn) 品的外觀(guān)融為一體。

三、電子秤承重系統零件結構設計舉例 如圖2所示，為某款電子秤的支承體零件, 現以該零件的設計舉例。

支承體局部結構與傳感器裝配示意，如圖2 所示。

該電子秤的最大秤量為10kg,分度值為2g, 精密度為1/5000，屬于III級電子秤。下面分別從材 質(zhì)的選擇、受力情況分析、設計過(guò)程等方面進(jìn)行 簡(jiǎn)單分析如下：

一材質(zhì)及關(guān)鍵尺寸的選擇 該零件既是一個(gè)承重的功能件，同時(shí)因為定 位較高，對外觀(guān)又有較高的要求，所以選用了綜 合性能較好的ABS121工程塑料作為原材料，設計 零件平均壁厚為2mm,并采用加強筋。這樣的設 計一方面可以保證零件的使用要求，同時(shí)可以節 約原材料的用量。加強筋厚度為b=0.7a=1.4mm,

加強筋的高度取6b=8.4mm,取8.5mm。零件的外 形尺寸約為：長(cháng)x寬x高=212mm x 150mm x 23mm。上述數據部分是通過(guò)查手冊搜集而得，部 分是設計輸入要求，下一步要考慮筋位的分布， 就要清楚零件的受力情況，以使結構更加合理。

二受力情況分析 1首先作如下簡(jiǎn)化

①將傳感器所受的分布載荷簡(jiǎn)化為集中載荷N ；

②將傳感器傳遞給塑料底殼的剪力及彎矩簡(jiǎn) 化為彎矩IM-M,其大小為m ；

③將塑料底殼簡(jiǎn)化為材質(zhì)具有連續性、均勻 性和各向同性的桿件，找出其彎矩分布的規律。

（2）簡(jiǎn)化后的支承體受力情況如圖3所示。

（3）作相關(guān)計算：

D截面外加載荷：N=98N A截面及C截面支撐力：FA=FC=49N B截面兩側彎矩：

m 1=49x 0.07=3.43 Nl*m) m 2=49 x0.07-98 x 0.03=0.49 Nl*m)

D截面兩側彎矩：

m3=49x 0.1-98 x0.03=1.96(N*m) m4=49x 0.1-98 x0.03=1.96(N*m)

（4）根據上述數據繪制FS-x及m-x圖形，如 圖4所示。

0圖示較大彎矩出現在B、D截面，其中B 截面兩側為固定傳感器位置，該截面出現了最大彎矩，而D截面會(huì )隨著(zhù)秤體受力點(diǎn)的變化而移位, 此處僅作特例說(shuō)明。

㈢優(yōu)化設計

到此階段，可進(jìn)行細部的結構設計，設計的 成敗就在筋位布置的合理性。過(guò)少的筋會(huì )導致結 構強度較差、剛性不足。特別是當剛度不足時(shí)， 會(huì )直接影響到傳感器的使用性能，其影響的程度 此處不作論述；過(guò)多的筋則會(huì )導致零件重量增 加，成本上升，直接影響到產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。 所以結構設計應當依據受力分析的結果來(lái)進(jìn)行優(yōu) 化，如圖5所示。

依據初始經(jīng)驗進(jìn)行的基本結構設計，其理論 基礎主要是塑料件的一些基本性能，比如ABS塑 料在常溫下可制作具有一定強度、剛度和穩定性 的零部件。其一，綜合考慮其受力及變形的方式, 設計所要分析的側重點(diǎn)則為該零件的強度及剛度， 因為不屬于細長(cháng)桿，可不考慮其穩定性；其二， 塑料制品的強度及剛度不需要嚴格計算，一般都 是通過(guò)樣機測試的數據反饋給結構設計后，根據 實(shí)際需要進(jìn)行改模?？梢?jiàn)，若能遵循上述布筋圖 線(xiàn)進(jìn)行原始設計，如圖5所示的“1”、“2”兩條 筋上按比例增加高度，同時(shí)在其附近增加筋位的 數量，就有可能一次到位，有效地減少改模的工 作量、節約項目開(kāi)發(fā)時(shí)間、實(shí)現零件成本的優(yōu)化。

四運用3D軟件根據外觀(guān)對零件進(jìn)行結構 設計后，使用M odel Analysis軟件對塑料件的各點(diǎn) 傳遞函數及模太擬合分析后表明，零件的注塑工 藝性良好。

四、塑料承重系統的推廣應用

電子秤塑料承重系統與傳統的鋼質(zhì)承重系 統最顯著(zhù)的特點(diǎn)就是減少了零部件的數量，同時(shí) 降低了成本。但與鋼材相比，塑料的彈性模模量 不高，例如ABS:彈性模量E=2.0GPa—2.5GPa,泊 松比 p=0.38_0.4。而普通鋼材 E=180GPa_220GPa, 泊松比卜=0.25_0.3。這就決定了塑料承重系統若 單獨使用，則只能用于載荷較小、精度要求不高產(chǎn)品精密度不高于II級的設計及使用場(chǎng)合。

綜合塑料及鋼材的特點(diǎn)，新的設計中將兩者 結合起來(lái)使用，即一方面利用塑料的易成型、成 本低、便于修改等優(yōu)點(diǎn)，另一方面利用鋼材的高 強度及耐候性的優(yōu)點(diǎn)，使得新型“塑料結合鋼材” 承重系統成為了推廣應用的主流。依托不同的制 造工藝，“塑料結合鋼材”主要有以下幾種形式： 1塑料包鋼件：此形式是以鋼件為嵌件，在 注塑或壓塑機上成型而得；

Q鋼板包塑件：此形式是以塑料件為嵌件， 在沖壓機上對鋼板進(jìn)行成形而得；

0機械連接：此形式是通過(guò)螺釘固定或熱鉚 塑料等方式使得塑件與鋼件連接成為一體而得。

五、小結

承重系統作為一臺電子秤的核心部件，其結 構零件無(wú)論采用何種設計方式，除了工藝、技術(shù)、 成本的考慮外，還必須搜集市場(chǎng)及客戶(hù)的需求， 并不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以滿(mǎn)足客戶(hù)需求為根本 出發(fā)點(diǎn)和最終目的，繼續實(shí)現突破創(chuàng )新。