本文簡要論述了影響地磅稱重傳感器疲勞壽命的主要因素，逐一敘述了各因素的影響程度，強(qiáng) 調(diào)了對地磅稱重傳感器進(jìn)行疲勞試驗(yàn)檢測的重要意義。

前言

國外的很多統(tǒng)計(jì)資料表明，在機(jī)械產(chǎn)品中，約有50% ~90%的機(jī)械零件失效于疲勞破壞。尤其是近 些年，隨著機(jī)械向髙溫、高速和大型方向的發(fā)展，所造成的機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力越來越高，零件使用條件 越來越惡劣，疲勞破壞事故也是越來越多。

我國目前尚未對疲勞破壞問題作過全面調(diào)查，但同類產(chǎn)品的使用壽命比發(fā)達(dá)國家明顯偏低的現(xiàn)狀, 使得疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)工作的開展成為我國機(jī)械類各行業(yè)刻不容緩的重要研究課題。稱重傳感器作為機(jī)械類 的一個(gè)分支，為確保產(chǎn)品長期有效、穩(wěn)定的工作，疲勞試驗(yàn)檢測確實(shí)應(yīng)當(dāng)作為傳感器生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品實(shí) 施全面檢測的主要指標(biāo)之一。

1.影響地磅稱重傳感器疲勞壽命的主要因素

從稱重傳感器的組成結(jié)構(gòu)上看，影響稱重傳感器疲勞的因素應(yīng)分為：

可以造成傳感器彈性體結(jié)構(gòu)疲勞失效的因素；

容易引起電阻應(yīng)變計(jì)疲勞損壞的因素。

上述影響疲勞壽命的因素大致可以分為四大類：材料、載荷、結(jié)構(gòu)形式和尺寸、工作環(huán)境。下面就 對這四種因素分別進(jìn)行簡單的分析論述：

1.1材料

材料對疲勞的影響主要指材料的種類和材料的特性。不同的材料，其成分、配比不同，從而疲勞特 性不同D熱處理可以改變或改善材料的金相組織，同樣的材料由于不同的熱處理過程，可以具有不同的 疲勞特性。研究表明，凡影響材料靜強(qiáng)度的因素都同樣對疲勞強(qiáng)度有影響，并且材料的靜強(qiáng)度與材料的 疲勞強(qiáng)度成正比。

對于工程運(yùn)用，材料對疲勞的影響主要體現(xiàn)在不同的材料會(huì)表現(xiàn)出不同的疲勞特性，所以，可以根 據(jù)不同的疲勞壽命要求選擇不同種類和特性的材料。

材料內(nèi)部存在缺陷——裂紋是產(chǎn)生疲勞失效的主要原因之一。疲勞裂紋常常從零部件的表面產(chǎn)生并 開始擴(kuò)展。

1.2 載荷

載荷對疲勞的影響主要指載荷的波形、載荷的頻率、載荷順序、載荷的幅值、載荷的均值、載荷的 循環(huán)次數(shù)對疲勞的影響。

在工程實(shí)際中，應(yīng)力-時(shí)間歷程的波形有許多種形狀，但研究表明：應(yīng)力-時(shí)間歷程的波形雖然對 疲勞有影響，但影響不大。因而可不考慮波形對疲勞的影響。

應(yīng)力-時(shí)間歷程的頻率對疲勞的影響比較小。一般零件的應(yīng)力-時(shí)間歷程的頻率在50 ~ 150Hz 范圍內(nèi)，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，多數(shù)材料的疲勞極限很少受影響，因此在工程中，一般可不考慮載荷 頻率的影響。

載荷的順序?qū)ζ谟幸欢ǖ挠绊憽Ｔ谘芯績杉壿d荷疲勞試驗(yàn)時(shí)，對高-低載荷情況，零件的累計(jì)損 傷率大于1;對于低-高載荷情況，零件的累計(jì)損傷率小于1。有規(guī)律變化的加載情況，零件的累計(jì)損 傷率的波動(dòng)范圍比較大，隨機(jī)加載情況，零件的累計(jì)損傷率的波動(dòng)范圍比較小。由于目前還未能較好地 考慮加載順序?qū)ζ诘挠绊懀蚨蓵翰豢紤]載荷順序。

載荷的幅值、載荷的均值、載荷的循環(huán)次數(shù)是載荷譜的三要素，它們之間的關(guān)系構(gòu)成一個(gè)完整的載 荷譜。載荷的幅值是諸多因素對疲勞影響最大的因素。零件的疲勞失效，除了它的內(nèi)在因素，如微觀裂 紋的重要作用外，外部因素起主要作用的便是載荷的幅值。正是由于載荷的波動(dòng)或應(yīng)力波動(dòng)，使零件承 受具有循環(huán)特性的變化載荷，從而在循環(huán)一定次數(shù)后，零件便產(chǎn)生疲勞失效。載荷的幅值對疲勞的影響 遠(yuǎn)大于載荷的均值，零件的疲勞對載荷的幅值十分敏感。

1.3結(jié)構(gòu)形式和尺寸

因彈性體形狀上的突變和尺寸上的突變，常常會(huì)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致裂紋的 產(chǎn)生或加速裂紋的擴(kuò)展，在裂紋擴(kuò)展的過程中，裂紋連邊時(shí)而分離，時(shí)而擠壓，發(fā)生類似研磨的作用， 逐漸形成了斷口的光滑區(qū)，經(jīng)過長期運(yùn)轉(zhuǎn)后，裂紋不斷擴(kuò)展并伸人到構(gòu)件的內(nèi)部，，當(dāng)構(gòu)件的有效截面 積被削弱到一定程度時(shí)，就會(huì)在某一次的過載下發(fā)生斷裂。所以，如果在制作過程中未采取響應(yīng)的措施 消除應(yīng)力或?qū)?yīng)力降到盡可能小，避免可能發(fā)生的構(gòu)件有效截面積的逐漸減小，就會(huì)影響傳感器的疲勞 性能，縮短傳感器的壽命。提髙彈性體的疲勞強(qiáng)度應(yīng)盡可能減少應(yīng)力集中和改善表面質(zhì)量。

此外，據(jù)我們公司多年傳感器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，相同的材料、同樣的熱處理過程，尺寸較大 的彈性體的疲勞強(qiáng)度要低于尺寸小的彈性體的疲勞強(qiáng)度，因?yàn)殡S著彈性體尺寸的增大，材料內(nèi)部所含的 雜質(zhì)、缺陷就相應(yīng)增多，產(chǎn)生疲勞裂紋的可能性就愈大。所以，從提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，增加產(chǎn)品的使用 壽命出發(fā)，應(yīng)盡量將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的緊湊一些，將傳感器體積和表面積降到最低。

1.4 工作環(huán)境

泛指傳感器的使用溫度、周圍環(huán)境的腐蝕性等。

溫度對疲勞有一定的影響。以高溫為例，高溫會(huì)引起彈性體材料表面的劇烈氧化，且由于髙溫應(yīng) 力、高溫強(qiáng)化機(jī)制的變化，材料會(huì)發(fā)生小的缺口敏感性、熱松弛性，從而抗熱疲勞性降低。另外，高溫 會(huì)引起金屬材料的內(nèi)部組織的不斷變化，導(dǎo)致抗疲勞損壞能力降低，因此，特殊的溫度環(huán)境下工作的零 部件，必須采用相應(yīng)環(huán)境下獲得的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。一般來說，產(chǎn)品在室溫下的疲勞強(qiáng)度較其他溫度下的高。對于溫度變化不大的一般的工作環(huán)境，可以不考慮溫度對疲勞的影響。

腐蝕環(huán)境對疲勞有較大的影響，腐蝕環(huán)境常常使工程材料的疲勞強(qiáng)度降低，而且是大幅度的降 低。所以在傳感器的應(yīng)用中，生產(chǎn)廠家一般都會(huì)在其使用說明中標(biāo)明，無論是傳感器的使用還是存 放，都應(yīng)保證溫度不低于-30T，相對濕度不大于85%的通風(fēng)室內(nèi)，而且不得含有腐蝕性氣體或腐 蝕性介質(zhì)。

2.稱重傳想器疲勞檢測的實(shí)際意義

疲勞損壞通常是在沒有明顯先兆的情況下突然發(fā)生的，往往造成嚴(yán)重?fù)p失，因此，了解并掌握稱重 傳感器在交變應(yīng)力下的性能，保證傳感器在“服役”期內(nèi)不發(fā)生疲勞破壞，無論對傳感器的生產(chǎn)廠家還 是對傳感器的使用者來說都是十分重要和必要的，這也正是對稱重傳感器進(jìn)行疲勞檢測的意義所在。濟(jì) 南金鐘公司曾對不同結(jié)構(gòu)形式和尺寸的傳感器作過多次疲勞試驗(yàn)，正是由于考慮到了彈性體結(jié)構(gòu)對傳感 器疲勞壽命的影響并相應(yīng)地改善了設(shè)計(jì)，所以產(chǎn)品的抗疲勞性很好。檢測數(shù)據(jù)見下表。

試驗(yàn)機(jī)型號：InStnm8502電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)

3.結(jié)束語

綜上所述，傳感器疲勞強(qiáng)度的高低是反映地磅稱重傳感器產(chǎn)品長期穩(wěn)定性和可靠性的一個(gè)不可忽視的指 標(biāo)，在傳感器的制作生產(chǎn)過程中注意減小上述影響因素對疲勞壽命的影響，并對地磅傳感器進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的 檢驗(yàn)測試應(yīng)是傳感器生產(chǎn)廠家的工作重點(diǎn)之一。