本文以电阻应变式传感器静态称重理论为基础，对一款电子秤承重系统 进行了介绍，对承重系统塑料材质作了选择，通过一款“支承体”零件设计举例分析，对塑 料承重系统的推广应用作了说明。

一、电子秤承重系统介绍 在多种多样的采用电阻应变式静态称重设计 方案的电子衡器中，承重系统都起着核心结构件 的作用，引用相关定义，此处对承重系统介绍为 “承受及传递外载荷及固定传感器的具有足够强度 和刚度的结构零部件”。据此介绍，电子衡器的承 重系统包括三部分：即指承重面和支承体以及作 为核心部件的传感器。如图1所示，为一个典型 的电子秤承重系统。

其中“承重面1”承受外来的载荷，并将外载 荷传递给“电阻应变式传感器2”的一端，“电阻 应变式传感器2”的另外一端则固定于“支承体上。介绍中还提到，承重面和支承体还应具有 足够的强度和刚度。足够的强度是指需要保证该电子秤在受到一定的冲击载荷（一般为传感器满量 程的2.5倍即2.5FS时，结构不会受到剪切破坏； 足够的刚度则是指承重面及支承体在满量程载荷 FS时，其弯曲变形不会超出设计所要求的范围， 因而不会影响产品秤量的稳定性。该款塑料承重 系统的设计正是基于以上理解而开展的。

二、塑料承重系统结构设计的主要任务和影响因素

承重系统的结构设计应综合考虑各种因素， 既要保证工作性能，又要工艺性好，同时要节约 成本，也要兼顾外观。合理的结构是在最小重量 条件下具有最好的强度及刚度，所以其设计准则 包括以下几个方面的要求。

(一）刚度：包括静刚度和动刚度，静刚度限 制外力作用下的变形量，动刚度则主要是指结构 的抗振能力及热变形能力，对静态电子秤而言，此 处所言的刚度就是静刚度，对于电子秤而言, 支承系统的变形量可以作为设计输入而给定，但 大多数情况下则是通过相关试验数据获取的，下 文案例中的零件也是试验获取刚度值的例子。

（二）强度：要求在最大外载荷（包括突然性 载荷下，保证机架不会受到损坏，机架的强度 包括静强度和疲劳强度。此处的强度指的是静强 度，主要是相关结构件不致剪切破坏即可，通过 下文的剪力图，可指导相关强度设计。

（三）稳定性：包括结构稳定性和精度稳定性 即尺寸稳定性。电子秤承重系统受压或压变 斜弯时产生结构失稳的问题较少出现，此处带 过，下文不作讨论。

（四）此外，还要求有美观的造型，电子秤整体 的外观造型很大程度上决定于承重系统的造型, 实用、美观和低成本是设计的基本原则，按照比 例、统调、平衡及安定等规则使得承重系统与产 品的外观融为一体。

三、电子秤承重系统零件结构设计举例 如图2所示，为某款电子秤的支承体零件, 现以该零件的设计举例。

支承体局部结构与传感器装配示意，如图2 所示。

该电子秤的最大秤量为10kg,分度值为2g, 精密度为1/5000，属于III级电子秤。下面分别从材 质的选择、受力情况分析、设计过程等方面进行 简单分析如下：

一材质及关键尺寸的选择 该零件既是一个承重的功能件，同时因为定 位较高，对外观又有较高的要求，所以选用了综 合性能较好的ABS121工程塑料作为原材料，设计 零件平均壁厚为2mm,并采用加强筋。这样的设 计一方面可以保证零件的使用要求，同时可以节 约原材料的用量。加强筋厚度为b=0.7a=1.4mm,

加强筋的高度取6b=8.4mm,取8.5mm。零件的外 形尺寸约为：长x宽x高=212mm x 150mm x 23mm。上述数据部分是通过查手册搜集而得，部 分是设计输入要求，下一步要考虑筋位的分布， 就要清楚零件的受力情况，以使结构更加合理。

二受力情况分析 1首先作如下简化

①将传感器所受的分布载荷简化为集中载荷N ；

②将传感器传递给塑料底壳的剪力及弯矩简 化为弯矩IM-M,其大小为m ；

③将塑料底壳简化为材质具有连续性、均匀 性和各向同性的杆件，找出其弯矩分布的规律。

（2）简化后的支承体受力情况如图3所示。

（3）作相关计算：

D截面外加载荷：N=98N A截面及C截面支撑力：FA=FC=49N B截面两侧弯矩：

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

D截面两侧弯矩：

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

（4）根据上述数据绘制FS-x及m-x图形，如 图4所示。

0图示较大弯矩出现在B、D截面，其中B 截面两侧为固定传感器位置，该截面出现了最大弯矩，而D截面会随着秤体受力点的变化而移位, 此处仅作特例说明。

㈢优化设计

到此阶段，可进行细部的结构设计，设计的 成败就在筋位布置的合理性。过少的筋会导致结 构强度较差、刚性不足。特别是当刚度不足时， 会直接影响到传感器的使用性能，其影响的程度 此处不作论述；过多的筋则会导致零件重量增 加，成本上升，直接影响到产品的市场竞争力。 所以结构设计应当依据受力分析的结果来进行优 化，如图5所示。

依据初始经验进行的基本结构设计，其理论 基础主要是塑料件的一些基本性能，比如ABS塑 料在常温下可制作具有一定强度、刚度和稳定性 的零部件。其一，综合考虑其受力及变形的方式, 设计所要分析的侧重点则为该零件的强度及刚度， 因为不属于细长杆，可不考虑其稳定性；其二， 塑料制品的强度及刚度不需要严格计算，一般都 是通过样机测试的数据反馈给结构设计后，根据 实际需要进行改模。可见，若能遵循上述布筋图 线进行原始设计，如图5所示的“1”、“2”两条 筋上按比例增加高度，同时在其附近增加筋位的 数量，就有可能一次到位，有效地减少改模的工 作量、节约项目开发时间、实现零件成本的优化。

四运用3D软件根据外观对零件进行结构 设计后，使用M odel Analysis软件对塑料件的各点 传递函数及模太拟合分析后表明，零件的注塑工 艺性良好。

四、塑料承重系统的推广应用

电子秤塑料承重系统与传统的钢质承重系 统最显著的特点就是减少了零部件的数量，同时 降低了成本。但与钢材相比，塑料的弹性模模量 不高，例如ABS:弹性模量E=2.0GPa—2.5GPa,泊 松比 p=0.38_0.4。而普通钢材 E=180GPa_220GPa, 泊松比卜=0.25_0.3。这就决定了塑料承重系统若 单独使用，则只能用于载荷较小、精度要求不高产品精密度不高于II级的设计及使用场合。

综合塑料及钢材的特点，新的设计中将两者 结合起来使用，即一方面利用塑料的易成型、成 本低、便于修改等优点，另一方面利用钢材的高 强度及耐候性的优点，使得新型“塑料结合钢材” 承重系统成为了推广应用的主流。依托不同的制 造工艺，“塑料结合钢材”主要有以下几种形式： 1塑料包钢件：此形式是以钢件为嵌件，在 注塑或压塑机上成型而得；

Q钢板包塑件：此形式是以塑料件为嵌件， 在冲压机上对钢板进行成形而得；

0机械连接：此形式是通过螺钉固定或热铆 塑料等方式使得塑件与钢件连接成为一体而得。

五、小结

承重系统作为一台电子秤的核心部件，其结 构零件无论采用何种设计方式，除了工艺、技术、 成本的考虑外，还必须搜集市场及客户的需求， 并不断进行改进和优化，以满足客户需求为根本 出发点和最终目的，继续实现突破创新。