· 熔斷器–電氣保護(hù)

· 剪切螺栓和剪切銷–機(jī)械保護(hù)

· 犧牲陽極–腐蝕防護(hù)

犧牲組件材料的選擇是一個(gè)挑戰(zhàn)。犧牲組件意味著它是系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，所以如果我們將其設(shè)計(jì)得過于強(qiáng)大，則其他一些更關(guān)鍵的部分最終可能會(huì)遭到破壞。

那么，我們?cè)撊绾螢闋奚M件選擇材料呢？

- 01 -

熔斷器（電氣）

電氣熔斷器可能是大多數(shù)人最熟悉的犧牲組件。因?yàn)槿绻试S過大的電流通過，大多數(shù)電器設(shè)備都可能被損壞或引起火災(zāi)，因此，通常使用熔斷器來防止過大的電流通過。

在DIN導(dǎo)軌上安裝的自動(dòng)熔斷器

傳統(tǒng)的熔斷器是由玻璃管中的金屬絲制成的。當(dāng)電流通過燈絲時(shí)，燈絲就會(huì)發(fā)熱。如果產(chǎn)生足夠的熱量來熔化或蒸發(fā)燈絲，那么保險(xiǎn)絲就會(huì)“熔斷”并中斷電流。

在選擇可能的保險(xiǎn)絲材料時(shí)，我們將考慮以下材料特性：

· 高的電導(dǎo)率

· 低熔點(diǎn)

· 容易成型為細(xì)絲或薄片

插裝式保險(xiǎn)絲

通常，金屬具有最佳的導(dǎo)電性，并且能夠被成形為細(xì)絲或片狀。然而，不同的金屬適合制作額定電流值不同的熔斷器。通常，高熔點(diǎn)的金屬會(huì)制成較高電流的熔斷器。

如果我們對(duì)高導(dǎo)電率和低熔點(diǎn)進(jìn)行搜索，我們會(huì)找到一些用于低電流熔斷器的良好候選材料。

高額定電流值的熔斷器需要更高的熔點(diǎn)，因此我們可以查找具有最高導(dǎo)電率和熔點(diǎn)的材料。

在這些材料中，鋅，鋁，銀和銅都是常見的熔斷器材料。當(dāng)電流流過時(shí)，熔斷器中的金屬絲會(huì)發(fā)熱。如果金屬絲承受的電流超過熔斷器的額定值，則金屬絲會(huì)升溫并超過金屬的熔點(diǎn)，從而熔斷金屬絲并斷開電路。

- 02 -

剪切螺栓和剪切銷

剪切螺栓是另一種常見的犧牲組件，用于保護(hù)機(jī)械設(shè)備免受過大的力。剪切螺栓是緊固件的一種，它的破斷力低于損壞機(jī)器其他部分所需的的力，從而保護(hù)與它們連接在一起的其他機(jī)器部件。

吹雪機(jī)中的剪切螺栓

吹雪機(jī)（又稱拋雪機(jī)）中的剪切螺栓就是一個(gè)例子。吹雪機(jī)經(jīng)常會(huì)遇到積雪掩蓋的意外障礙，例如巖石或路緣石。發(fā)生這種情況時(shí)，如果將螺旋鉆撞擊障礙物的力傳遞到機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)上，則可能導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞。因此，使用了剪切螺栓，如果螺旋鉆堵塞，則剪切螺栓會(huì)失效，而不是使發(fā)動(dòng)機(jī)過載和損壞。

在選擇材料時(shí)，須考慮應(yīng)用的場(chǎng)景。如果銷釘太脆，則它們會(huì)在低應(yīng)力情況下不斷斷裂。如果銷釘太耐用，則由于在最需要的時(shí)候無法折斷，導(dǎo)致吹雪機(jī)的齒輪處于危險(xiǎn)之中。

選擇剪切螺栓材料主要考慮兩個(gè)要素：

· 具有較窄的強(qiáng)度范圍（屈服強(qiáng)度值與抗拉強(qiáng)度值很接近）

· 材料塑性較差

強(qiáng)度的重要性是顯而易見的：如果我們要使剪切螺栓在某個(gè)特定的應(yīng)力值下失效，那么我們就必須知道螺栓的強(qiáng)度。

另外，如果材料的塑性較好，螺栓在斷裂前會(huì)彎曲或變形，則可能會(huì)導(dǎo)致意外的失效模式或使更換工作比預(yù)期的更加困難。因此，應(yīng)避免使用易塑性好的材料。

剪切螺栓和剪切銷并不是唯一的犧牲性機(jī)械組件。犧牲齒輪有時(shí)用于保護(hù)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。汽車的褶皺區(qū)域設(shè)計(jì)用于在發(fā)生碰撞時(shí)吸收能量，從而保護(hù)乘員。

因此，在這些情況下，不需要選擇最堅(jiān)固的材料，相反，較弱的材料將獲得更可控且更安全的失效。

- 03 -

犧牲陽極

犧牲組件也可用來保護(hù)金屬零件不受腐蝕。

兩種不同氧化電位的金屬相互接觸并暴露在水環(huán)境中，就產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，因?yàn)檫@兩種不同電位的金屬構(gòu)成了一個(gè)微原電池。

結(jié)果氧化電位較大的金屬腐蝕加速，氧化電位較小的金屬腐蝕率減緩。例如當(dāng)金屬鋅和金屬鐵在水中接觸時(shí)，鋅比鐵的氧化電位高，為陽極，被腐蝕。鐵比鋅的氧化電位低，為陰極，不被腐蝕。

這種腐蝕現(xiàn)象稱為犧牲陽極的陰極保護(hù)法，或犧牲陽極保護(hù)。其中，氧化電位是衡量一個(gè)原子形成氧化物的傾向性指標(biāo)。下表列出了一些材料的氧化電位。

通過將金屬零件與具有更大氧化電位的另一金屬配對(duì)，可以保護(hù)其免受腐蝕。具有較高氧化電位的金屬將充當(dāng)陽極，并遭受腐蝕的影響，另一部分將充當(dāng)陰極，并且只要兩種不同的金屬間有電接觸，即可防止腐蝕。

船東需要了解船上安裝的犧牲陽極的位置和狀況。如果不能定期維護(hù)或更換陽極，船尾螺旋槳和其他水下金屬配件下可能發(fā)生的腐蝕損害將是災(zāi)難性的。

- 04 -

總結(jié)一下

有些情況下，最堅(jiān)固、最耐用的材料并不總是最好的選擇。許多系統(tǒng)可以從包含犧牲組件中獲益，這些犧牲組件在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)保護(hù)設(shè)備的其余部分。這些包括：

· 電熔斷器融化，以防止過大的電流損壞電路

· 剪切螺栓和剪切銷會(huì)斷裂，以防止對(duì)電機(jī)和其他零件造成機(jī)械損壞

· 犧牲陽極腐蝕，以保護(hù)另一個(gè)金屬部件

其實(shí)，“完美失效”設(shè)計(jì)的背后，是一種理性止損的哲思，或者我們常說“兩害相較取其輕處”處世哲學(xué)。

犧牲組件的意義在于保護(hù)重要的設(shè)備。犧牲組件從價(jià)值上來說，本是無足輕重的東西，它唯一的價(jià)值在于保護(hù)更重要的設(shè)備。它的存在是為了設(shè)備，而不是為了它自己，更不是設(shè)備為它而存在。

當(dāng)設(shè)備運(yùn)行面臨危險(xiǎn)時(shí)，犧牲組件以自身的毀滅挽救大局，這是犧牲組件存在唯一的意義。這種犧牲有時(shí)候顯得有些悲壯。

1945年7月，正當(dāng)丘吉爾首相在德國波茨坦與美蘇商討戰(zhàn)后秩序重建的時(shí)候，英國國內(nèi)大選卻將重視勞工利益的工黨選上臺(tái)，而將他這個(gè)保守黨頭子選下去。丘吉爾得知消息后，卻安之若素，不僅如此，他還在卸任時(shí)大度地說：“對(duì)杰出內(nèi)閣首相的無情，是偉大民族的象征?！倍勾罅謩t對(duì)此憤憤不平地說：“丘吉爾先生，是你領(lǐng)導(dǎo)英國打贏了戰(zhàn)爭(zhēng)，他們?cè)趺茨苓@么對(duì)待自己的民族英雄呢？你看在蘇聯(lián)，誰敢罷免我？”丘吉爾講道：“斯大林先生，我?guī)ьI(lǐng)英國人民打贏戰(zhàn)爭(zhēng)，就是為了讓英國人民能夠繼續(xù)擁有罷免我的權(quán)力！”

丘吉爾后來引用古希臘作家普魯塔克的話說：“對(duì)他們的偉大人物忘恩負(fù)義，是偉大民族的標(biāo)志。”

這是另一種維度的“完美失效”。