天平檢修中橫梁吊耳的托翼也是一個要關(guān)注的重要因素

朱 琳 吳 迪/ . 鄭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心；. 河南有線網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司

天平檢修中橫梁吊耳的托翼也是一個要關(guān)注的重要因素

朱 琳1吳 迪2/ 1. 鄭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心；2. 河南有線網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司

0 引言

在天平的開關(guān)過程中，把天平的橫梁和吊耳落下或支起的機(jī)構(gòu)叫天平的橫梁吊耳托翼。托翼起著隔離和定位的作用，它的隔離作用是指當(dāng)天平關(guān)閉不用或往秤盤上加、取重物或砝碼時，把橫梁和吊耳托起，刀刃和刀承脫離接觸，形成一縫隙叫刀縫，以保護(hù)刀刃不受損壞；它的定位作用是指天平在開、關(guān)運動中，刀刃相對刀承的相對位置保持不變，即是保證刀刃和刀承接觸位置的復(fù)現(xiàn)性。

天平刀刃相對刀承接觸位置的復(fù)現(xiàn)性是減小天平示值變動性的一個重要因素。當(dāng)開啟天平時，中刀刃相對中刀承的移動和邊刀刃相對邊刀承的移動都會使天平產(chǎn)生較明顯的示值變動性。為了減小這種示值變動性。對于準(zhǔn)確度越高的天平，要求托翼的結(jié)構(gòu)形式越合理。托翼結(jié)構(gòu)形式已成為影響天平準(zhǔn)確度的一個重要因素。

刀縫寬度的大小，如中刀縫需要調(diào)多寬，中刀縫和邊刀縫寬度的比例應(yīng)為多大，這是天平修理過程中必然碰到的一個問題，而這個問題的解決也有賴于對托翼結(jié)構(gòu)形式的分折。因此，研究天平托翼結(jié)構(gòu)形式，對天平修理和天平設(shè)計都是很有意義的。

1 托翼的結(jié)構(gòu)

為了把橫梁和吊耳托起，在托翼上安裝有橫梁支銷和吊耳支銷。根據(jù)三點定平面的原理，橫梁支銷最少需三個，這三個支銷組成橫梁的三角定位器。為了保證中刀刃相對中刀承接觸位置的復(fù)現(xiàn)性，同時又便于調(diào)整起見，在橫梁上和三個支銷相配合的是所謂的點、面、槽結(jié)構(gòu)，即在橫梁的一個臂上有一個固定的圓錐窩，在另一個臂上固定一個小平板，平板的一端做成橫向槽，另一端是平面，天平關(guān)閉時有兩個支銷的尖端分別進(jìn)入圓錐窩和橫向槽內(nèi)，第三個支銷支在平面上。支銷和圓錐窩相配合，使橫梁不致發(fā)生左右移動，支銷和平面相配合是三點定位不可缺少的一個支點。對秤量大而準(zhǔn)確度高的天平，托翼上的橫梁支銷有四個，組成矩形的四點定位器，在橫梁上和四個支銷相配合的是槽、槽、槽、面結(jié)構(gòu)，即橫梁一端的圓錐窩用兩個互相垂直的橫向槽和縱向槽代替，橫梁另一端的槽和面不變。橫梁支銷的高低和在托翼上的位置是可調(diào)的，調(diào)整橫梁支銷可以確定橫梁在中刀承上的高低和前后左右位置。

橫梁兩端的吊耳也有用裝在托翼上的三個吊耳支銷支起的，吊耳上和三個支銷相配合也為點、面、槽結(jié)構(gòu)。由于狹長形的吊耳重心一般都很低，下面又掛有很重的秤盤，吊耳在秤盤的重力作用下可以自然成水平狀態(tài)，因此通常用前后兩個支銷支起吊耳便可以了。為了使吊耳不致前后左右相對邊刀刃移動，同時又便于調(diào)整起見，吊耳上和兩個支銷相配合的為點、槽結(jié)構(gòu)（槽為縱向槽）。顯然吊耳必須調(diào)到其重心在通過邊刀刃的豎直面內(nèi)，否則，在開啟天平時吊耳會產(chǎn)生耳折，甚至滑下。

為了減少摩擦和精確定位，托翼上的支銷尖以及與其相配合的橫梁、吊耳上的點、面、槽有的用專門鑲嵌的瑪瑙做成。

2 托翼的分類及比較

托翼按其結(jié)構(gòu)形式通常有如下分類：折翼式、固定式、單層升降式和雙層異步升降式四種。

折翼式托翼是托翼的兩翼圍繞著自己的轉(zhuǎn)軸上、下移動，從而把橫梁和吊耳托起和落下。由于吊耳支銷的旋轉(zhuǎn)半徑比橫梁支銷的旋轉(zhuǎn)半徑大，因而，吊耳的下降速度比橫梁的下降速度快，如果刀縫調(diào)整合適，即邊刀縫比中刀縫小到一定程度，可以在開啟天平時做到邊刀刃與邊刀承先于中刀刃與中刀承相接觸，或同時接觸。如分度值為0.1 mg的杠桿天平上多采用折翼式托翼。

邊刀刃先于中刀刃與刀承相接觸或同時接觸(即邊刀縫先消失，中刀縫后消失，或同時消失)這是開關(guān)天平所要求的，因為這樣，在天平的整個開關(guān)過程中，能保證天平橫梁水平的上升和下降，如圖1所示：在（a）的位置為天平的關(guān)閉狀態(tài)，三刀縫都存在，橫梁支銷托住橫梁。當(dāng)天平橫梁下降到（b）的位置，兩個邊刀縫同時消失，中刀縫由大變小，中刀縫仍存在。由于橫梁支銷仍托住橫梁，橫梁不會偏轉(zhuǎn)，并處于水平狀態(tài)。當(dāng)橫梁下降到（c）的位置，橫梁支銷脫離橫梁，中刀刃與中刀承接觸，這時橫梁有了支點，可開始擺動。在關(guān)閉天平時，橫梁由（c）到（b）再到（a）的位置?？傊谡麄€開或關(guān)的過程中橫梁都是水平地下降和上升。

圖1

如果是中刀刃先于邊刀刃與刀承相接觸，如圖2所示的情況。

圖2

當(dāng)橫梁由（a）水平地下降到（b）時，中刀刃便和中刀承相接觸，橫梁有了支點，橫梁支銷失去作用，空橫梁本身不可能十分平衡，因而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時懸柱系統(tǒng)的負(fù)荷并沒有加到邊刀刃上。在這種情況下，空橫梁發(fā)生偏轉(zhuǎn)很容易造成中刀刃相對中刀承的移動，因而容易引起示值變動。當(dāng)橫梁（b）的位置到（c）的位置的過程中，空橫梁在一邊吊耳的壓力下發(fā)生反偏轉(zhuǎn)，由于吊耳對邊刀刃的沖擊，甚至使空橫梁發(fā)生快速往返的擺動，使邊刀刃相對邊刀承產(chǎn)生位移，而且由于邊刀刃受沖擊還會造成損壞。在關(guān)閉天平的過程中，同樣的毛病仍會出現(xiàn)。

固定式托翼，是托其固定在立柱上不動，天平的開啟和關(guān)閉，靠中刀承的上升和下降。因此在開啟和關(guān)閉天平時，總是中刀刃先于邊刀刃與刀承相接觸，后于邊刀刃與刀承相脫離，刀縫的變化情況如圖2所示。而且由于中刀承必須升降幅度大，指針才能擺出標(biāo)牌，中刀承升降幅大，就不好控制，容易發(fā)生扭動，因而是最差的一種托翼。如在分度值為10 mg的杠桿天平上多采用這種托翼。

升降式托翼，有單層升降式和雙層異步升降式兩種。單降式托翼其橫梁支銷和吊耳支銷都固定在同一托翼上，因而升降速度相同，因此在開啟天平時，只有中刀縫消失后邊刀縫才能消失。在關(guān)閉天平時，邊刀刃與邊刀承脫離接觸后，中刀刃才能與中刀承相脫離，刀縫的變化情況如圖2所示。在高靈敏度天平上這種托翼也是很少采用的，如在分度值為l mg的杠桿天平上多采用這種托翼。

雙層異步升降式托翼和上述幾種托翼相比是最為合理的，在現(xiàn)代的高靈敏度天平如國產(chǎn)的分度值為0.0l mg、0.00l mg的杠桿天平上多采用這種托翼。分度值雖大，但秤量也大，相對準(zhǔn)確度較高的天平也多采用這種托翼，如國產(chǎn)的秤量為1 kg、分度值為0.5 mg的杠桿天平采用的也是這種托翼。雙層托翼也就是兩個托翼，一個用來控制橫梁支銷的升降，一個用來控制吊耳支銷的升降，而這兩個托翼的升降是由底板下面開關(guān)制動軸上的兩個偏心機(jī)構(gòu)控制的，由于這兩個偏心機(jī)構(gòu)偏心的程度不同，兩個托翼升降速度不同，因而叫異步升降式。控制吊耳支銷的托翼升降速度快，雙層異步升降式托翼很容易做到邊刀刃先于中刀刃與刀承相接觸或同時接觸。雙層異步升降式托翼較折翼式托翼的合理之處還在于：雙層異步升降式托翼上的所有支銷尖在垂直平面內(nèi)作垂直升降，而折翼式托翼上的所有支銷尖的升降運動軌跡為圓弧曲線，因而容易造成秤盤的搖蕩。

3 刀縫寬度及與托翼結(jié)構(gòu)的關(guān)系

天平刀縫的寬度與多種因素有關(guān)，其中最主要的因素是托翼的結(jié)構(gòu)形式。例如，對折翼式托翼要保證在天平開啟過程中，做到邊刀縫先于中刀縫消失，或者邊刀縫與中刀縫同時消失，不難推導(dǎo)出兩種刀縫寬度的比例關(guān)系：設(shè)橫梁支銷的旋轉(zhuǎn)半徑為r，吊耳支銷的旋轉(zhuǎn)半徑為R，中刀縫的寬度為H，邊刀縫的寬度為h，設(shè)托翼的兩翼從水平位置下旋一小角度α?xí)r，中刀縫與邊刀縫同時消失，這時橫梁支銷下降的高度等于中刀縫的寬度，即：

對于小角(以弧度計)有近似式：sinα≈α代入式（1）H=rα，同理，吊耳的下降高度等于Rα。邊刀縫的寬度應(yīng)等于吊耳的下降高度減去橫梁的下降高度，即：

那么，邊刀縫與中刀縫寬度之比為

以國產(chǎn)的折翼式天平為例，橫梁支銷位于從中刀承中心線到吊耳支銷間約距離處的位置，即：,代入上式得：。若要使邊刀縫先于中刀縫消失，應(yīng)有：。綜合使邊刀縫先于中刀縫消失或同時消失應(yīng)有：。即邊刀縫和中刀縫的寬度比例不大于1 : 2。在保證邊刀縫寬度與中刀縫寬度比例的前提下,刀縫的絕對寬度與秤量的大小和靈敏度高低有關(guān)，靈敏度越高，刀縫的絕對寬度應(yīng)適當(dāng)窄些，秤量越大，刀縫的絕對值寬度應(yīng)適當(dāng)寬些。如國產(chǎn)的秤量為200 g、分度值為0.1 mg杠桿天平，中刀縫寬度一般約為0.5 mm，邊刀縫寬度一般約為0.2 mm，如果再寬，就會增加天平的示值變動性，再窄，加上全量200 g 砝碼或使用一段時間后，刀縫就會消失，致使刀刃損壞。

對于雙層異步升降式托翼，多應(yīng)用在準(zhǔn)確度級別較高的微量分析天平，刀縫的絕對寬度應(yīng)盡量小，但也應(yīng)以開啟天平時，邊刀縫先于中刀縫消失或同時消失為原則。如國產(chǎn)的分度值為0.01 mg、秤量為20 g和分度值為0.001 mg、秤量為2 kg的杠桿天平，中刀縫寬度一般為0.3 ～ 0.2 mm，邊刀縫寬度一般為0.2 ～ 0.1 mm，由于吊耳支銷和橫梁支銷的升降是異步的，中、邊刀縫的寬度沒有嚴(yán)格的比例關(guān)系。

對于固定式托翼和單層升降式托翼，無論中、邊刀縫寬度比例為多少，天平的開啟總是中刀縫先消失，邊刀縫后消失，刀縫寬度可適當(dāng)大些。但由于天平空橫梁是不平衡的，因此在天平開啟過程中，天平橫梁的左、右抖動是不可避免的。為了減小天平橫梁的抖動，又需要把邊刀縫調(diào)得窄些。對于固定式托翼，如國產(chǎn)的秤量為200 g、分度值為10 mg的杠桿天平，中刀縫寬度一般調(diào)到0.7 mm左右，邊刀縫寬度一般調(diào)到0.4 mm左右。對于單層升降式托翼，如國產(chǎn)的秤量為100 g、分度值為1 mg的杠桿天平，中刀縫寬度一般調(diào)到0.6 mm左右，邊刀縫寬度一般調(diào)到0.3 mm左右。

刀刃相對刀承的距離，即中刀縫和邊刀縫的寬度是靠調(diào)整托翼上的橫梁支銷和吊耳支銷的高度來實現(xiàn)的。在調(diào)整刀縫寬度時還應(yīng)注意，無論中刀縫或是邊刀縫，每個刀縫必須前后等寬，否則在開、關(guān)天平時，會發(fā)生跳針現(xiàn)象（即指針向前跳或向后跳或者前后交替跳）。另外兩個邊刀縫必須左、右等寬，否則在開關(guān)天平時，會發(fā)生帶針現(xiàn)象（即指針向左或向右跳）。

4 結(jié)語

通過對橫梁吊耳托翼結(jié)構(gòu)的分類及研究，明確了刀縫寬度與托翼結(jié)構(gòu)形式的關(guān)系，托翼結(jié)構(gòu)形式已成為分析天平調(diào)整是否準(zhǔn)確的一個重要因素。

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