电子汽车衡大型电子磅秤承载器承力传力定位限位结构分析
【摘 要】 汽车驶上电子汽车衡承载器后，承载器与汽车有共同的速度而产生一个水平力，
此力使承载器产生纵向移动，因此需要对承载器采取定位限位措施抑制水平力的影响。本文根据国
内外电子汽车衡承载器、称重传感器、水平力抑制方法、定位限位装置结构与特点，遵循在电子汽
车衡使用期限内承载器受力分配系数恒定不变的原则，介绍了承载器与称重传感器的连接形式及水
平力抑制方法，重点讨论了点接触的钢球、双球面摇柱支撑、自动定心称重传感器组件和线接触的
链环、马鞍环承力传力定位限位结构的力学特性、工作特点和应用情况，以澄清zui普通又极容易被
误解的承载器水平力抑制装置设计、计算和应用中的一些问题。
概述
汽车驶上电子汽车衡承载器后，承载器与汽车有共同的速度而产生一个较大的水平力，以zui大
秤量为 30 吨的电子汽车衡为例，其水平力可达 8000kgf 以上。此力使承载器产生较大的纵向运动
和较小的横向移动，为使承载器尽快复位以保证称量的准确性，必须为承载器设计较理想的水平力
抑制装置，对承载器进行定位、限位。上将电子汽车衡承载器的水平力抑制装置称其为水平力
抑制器，国内称为定位限位装置。根据电子汽车衡的zui大秤量、承载器的结构、称重传感器的承力
传力方式有不同的结构形式。国内不论是单个承载器还是两个、三个、四个承载器组合的电子汽车
衡，较多采用 3 英寸钢球传递载荷的双剪梁（桥式）型称重传感器，较少采用双球面摇柱型支撑或
自动定心的圆柱式称重传感器组件，基本不采用线接触链环、马鞍环承力传力定位限位组件。双剪
梁（桥式）型称重传感器为 3 英寸钢球承受并传递载荷，因钢球只感受轴向载荷，而对侧向和偏心
载荷不敏感，即只传递轴向载荷不传递侧向载荷，并且安装调试极为方便，因而得到较为广泛的应
用。但其缺点也很突出，主要是当承载器出现受载和温度变形时，对水平位移的调节能力差，致使
钢球爬坡不在称重传感器球碗的中心，直接影响承载器复位和测量准确性。双球面摇柱支撑和自动
定心称重传感器组件，使称重传感器本身具有承力传力和自动定心功能，只要摇柱或称重传感器的
摆动量选择合理即可达到定位限位的目的，但其自动定心的摆动角和偏心量不能太大，因而存在应
用的局限性。
采用钢球承力传力的水平力抑制方法
采用双剪梁型称重传感器顶球式支撑的承载器，其水平力抑制方法就是通过 3 英寸钢球引入传
递外载荷，利用安装在承载器两端的纵向和横向限位装置的预调间隙，抑制承载器的纵向、横向运
动。此水平力抑制方法的优点是钢球与球座接触传递载荷，为点接触属于无摩擦设计；钢球只感受
和传递垂直于承载器方向的载荷，而对横向载荷和横向力矩不敏感，即不传递横向载荷和横向力矩；
承载器与称重传感器安装调试方便，只需要用千斤顶将称重传感器与钢球上端的承载器顶起落下，
反复几次调整称重传感器位置，待钢球不动时即为承载器加力线与称重传感器承力轴线重合，固定
称重传感器即完成了对中调试任务。此方案的缺点也非常突出，主要是双剪梁型称重传感器的弹性
组件不是整体结构，为双剪切应变梁、底座、螺钉、钢球、压头等受力件组合的装配式受力结构，
这些组合件制造和装配的不一致性，连接件之间的摩擦和位移都可以引起非线性和离散性；并联组
秤的实际测试结果表明，在外载荷比较小时为正线性，当载荷较高时负线性增大很多，准确度很难
达到Ⅲ级秤的要求；由于钢球传递载荷平移和旋转的自由度小，当承载器上称重传感器支撑点跨度
较大时，承载器受载和热胀冷缩变形也较大，使钢球沿球碗爬坡，离开对中准确的中心点而产生称
量误差，并影响承载器回零；钢球只具备引入和传递载荷功能，不能同时对承载器进行定位限位，
因此必须另外设计纵向、横向限位装置，即增加了调试难度又提高了成本。基于上述原因欧美国家
的电子汽车衡制造企业不采用此种方案。
采用自动定心承力传力定位限位装置的水平力抑制方法
自动定心承力传力定位限位装置可视为将钢球拉长形成的一根双球面摇摆支柱组件，它由双球
面摇柱 1，O 形橡胶密封圈 2，圆筒形底座 3，聚四氟乙烯板 4 组成。各部分的作用是：
双球面摇柱——一端与称重传感器弹性组件接触，另一端通过圆筒形底座与承载器接触，是自
动定心承力传力定位限位装置的主要承力件，可在圆筒形底座内自由摆动。
O 形橡胶密封圈——使摇柱两端球面即保持较好的清洁度又不限制其自由摆动；同时还能起到
缓冲作用，避免双球面摇柱与圆筒形底座直接碰撞，提高了摇柱工作的可靠性。
圆筒形底座——它与双球面摇柱和 O 形橡胶密封圈组成密封腔，主要作用是定位，同时把垂直
力传递给称重传感器。
聚四氟乙烯板——主要作用是减小基础底板和承载器之间的摩擦系数，保证自动定心承力传力
定位限位装置自动调位移动的灵活性。该板还具有优良的耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性，从而也提高
了工作可靠性和使用寿命。
