《機械工程測試技術》配套PPT課件

《機械工程測試技術》配套PPT課件,機械工程測試技術,機械工程,測試,技術,配套,PPT,課件 東北大學機械工程與自動化學院（東北大學機械工程與自動化學院（2012）Page 2學習導航學習導航9.1 電阻應變計的應用（電阻應變計的應用（Application of Resistance Strain Gauge）9.2 應力測量（應力測量（Stress Measurement）9.3 扭矩測量（扭矩測量（Torque Moment Measurement）Page 3 力力是物質之間的一種相互作用，其單位為牛頓是物質之間的一種相互作用，其單位為牛頓(N)(N)。力是。力是由公式由公式 來確定的，因此力的標定便取決于質量來確定的，因此力的標定便取決于質量()()和加和加速度速度()()的標準。的標準。力的測量力的測量是通過觀測受力物體的形狀，運動狀態(tài)或所具有是通過觀測受力物體的形狀，運動狀態(tài)或所具有的能量的變化來實現(xiàn)的。力值測量所依據的原理是力的靜力效的能量的變化來實現(xiàn)的。力值測量所依據的原理是力的靜力效應和動力效應。應和動力效應。Page 4 力的靜力效應力的靜力效應:指彈性物體受力作用后產生相應變形的物指彈性物體受力作用后產生相應變形的物理現(xiàn)象。胡克定律是該物理現(xiàn)象的理論概括：彈性物體在力的理現(xiàn)象。胡克定律是該物理現(xiàn)象的理論概括：彈性物體在力的作用下產生變形時，若在彈性范圍內作用下產生變形時，若在彈性范圍內(嚴格地說是在比例極限嚴格地說是在比例極限內內)，物體所產生的變形量與所受的力值成正比，物體所產生的變形量與所受的力值成正比(即即 )，從而建立起變形量與力值間的對應關系。從而建立起變形量與力值間的對應關系。力的動力效應力的動力效應：指具有一定質量的物體受到力的作用時，：指具有一定質量的物體受到力的作用時，其動量將發(fā)生變化，從而產生相應加速度的物理現(xiàn)象，此物理其動量將發(fā)生變化，從而產生相應加速度的物理現(xiàn)象，此物理現(xiàn)象由牛頓第二定律描述，即現(xiàn)象由牛頓第二定律描述，即 。Page 5 力的測量方法：力的測量方法：直接比較法和間接比較法直接比較法和間接比較法 直接比較法：直接比較法：采用梁式天平，通過歸零技術將被測力與標采用梁式天平，通過歸零技術將被測力與標準質量準質量(砝碼砝碼)的重力進行平衡。僅適用于作靜態(tài)測量。的重力進行平衡。僅適用于作靜態(tài)測量。間接比較法：間接比較法：采用測力傳感器，將被測力轉換為其他物理采用測力傳感器，將被測力轉換為其他物理量，再與標準值作比較，從而求得被測力的大小。能用來作動量，再與標準值作比較，從而求得被測力的大小。能用來作動態(tài)測量。態(tài)測量。在機械工程實際中，力是機器零件、機械機構和結構最基在機械工程實際中，力是機器零件、機械機構和結構最基本和最常見的工作載荷，是最基本的工作載荷物理量，又與應本和最常見的工作載荷，是最基本的工作載荷物理量，又與應力、應變、彎矩、扭矩、功率、壓力、剛度等密切相關。因此，力、應變、彎矩、扭矩、功率、壓力、剛度等密切相關。因此，力和扭矩的測量甚為重要。力和扭矩的測量甚為重要。Page 69.1 9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用電阻應變測量系統(tǒng)電阻應變測量系統(tǒng)記錄儀器記錄儀器零部件零部件或或彈性元件彈性元件電阻電阻應變計應變計測量測量電橋電橋放大器放大器指示指示或或記錄器記錄器傳感器傳感器電阻應變儀電阻應變儀Page 79.1.1電阻應變計的工作特性及選擇電阻應變計的工作特性及選擇 工作特性工作特性 電電阻值的改變由變形和一些非測量因素如溫度、濕阻值的改變由變形和一些非測量因素如溫度、濕 度等引起。度等引起。靈敏系數靈敏系數應變計安裝在處于單向應力狀態(tài)的試件表面（如鋼試應變計安裝在處于單向應力狀態(tài)的試件表面（如鋼試件），軸線與應力方向平行。件），軸線與應力方向平行。應變計電阻值的相對變化與軸向應變的比值應變計電阻值的相對變化與軸向應變的比值即為靈敏系數即為靈敏系數 。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 8 可測應變范圍可測應變范圍 最小應變最小應變?yōu)?，相當于鋼試件上的應力為為，相當于鋼試件上的應力?。最大應變最大應變決定于應變計的強度、應變效應的線性范圍決定于應變計的強度、應變效應的線性范圍以及膠粘劑性能，一般當大于以及膠粘劑性能，一般當大于1.52.0%時，會發(fā)生電阻時，會發(fā)生電阻絲和基底滑脫現(xiàn)象。絲和基底滑脫現(xiàn)象。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 9 溫度的影響溫度的影響環(huán)境溫度導致應變計電阻變化：環(huán)境溫度導致應變計電阻變化：敏感柵材料的溫度效應敏感柵材料的溫度效應式中敏感柵材料的電阻溫度系數。式中敏感柵材料的電阻溫度系數。零件與敏感柵之間線膨脹系數的差異零件與敏感柵之間線膨脹系數的差異式中零件的線膨脹系數；式中零件的線膨脹系數；敏感柵材料的線膨脹系數。敏感柵材料的線膨脹系數。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 10綜合后，有綜合后，有 式中式中應變計的電阻溫度系數。應變計的電阻溫度系數。應變計的橫向效應及其引起的誤差應變計的橫向效應及其引起的誤差9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 11工作環(huán)境的影響工作環(huán)境的影響水、蒸汽、油以及強磁場。水、蒸汽、油以及強磁場。例如空氣濕度大或應變計與水接觸：例如空氣濕度大或應變計與水接觸：引起膠層絕緣下降，使橋臂電阻發(fā)生變化；引起膠層絕緣下降，使橋臂電阻發(fā)生變化；膠層吸水膨脹，產生附加變形。膠層吸水膨脹，產生附加變形。在現(xiàn)場測試中，應采取必要的防護措施。在現(xiàn)場測試中，應采取必要的防護措施。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 12電阻應變計的選用電阻應變計的選用應變計幾何參數的選擇應變計幾何參數的選擇選擇依據：輸出表示沿長度方向的平均應變。選擇依據：輸出表示沿長度方向的平均應變。l應變場梯度大、應變波頻率高時應采用小標距；應變場梯度大、應變波頻率高時應采用小標距；l測量點應力及應力分布時，采用小標距；測量點應力及應力分布時，采用小標距；l混凝土、鑄鋼、鑄鐵等構件，由于材質為非均勻晶混凝土、鑄鋼、鑄鐵等構件，由于材質為非均勻晶體，宜采用大標距應變計；體，宜采用大標距應變計；l一般情況下，標距可選大些；長期使用時，大標距一般情況下，標距可選大些；長期使用時，大標距片可減少膠體的應力松弛。片可減少膠體的應力松弛。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 13電阻值的選擇電阻值的選擇應變儀一般按應變儀一般按120120設計，無特殊要求時宜選用設計，無特殊要求時宜選用120120應應變計，否則應根據儀器所提供的曲線進行修正。變計，否則應根據儀器所提供的曲線進行修正。靈敏系數的選擇靈敏系數的選擇動態(tài)電阻應變儀多按動態(tài)電阻應變儀多按 設計，設計，否則應根據儀器說明書否則應根據儀器說明書修正。修正。應變計類型的選擇應變計類型的選擇箔式應變計廣泛使用，半導體應變計體積小、頻率響應箔式應變計廣泛使用，半導體應變計體積小、頻率響應好、靈敏系數高，但溫度影響大。好、靈敏系數高，但溫度影響大。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 14 基底種類的選擇基底種類的選擇膠基常用于膠基常用于150150以下以下;150150以上多采用金屬、石棉、玻璃纖維布等。以上多采用金屬、石棉、玻璃纖維布等。絲柵材料的選擇絲柵材料的選擇l在在200300，多采用康銅；，多采用康銅；l高溫應變計常采用鎳鉻合金、卡馬合金、鉑鎢合金；高溫應變計常采用鎳鉻合金、卡馬合金、鉑鎢合金；l半導體應變計多用鍺、硅、銻化銦制成；半導體應變計多用鍺、硅、銻化銦制成；l雙金屬線柵溫度自補償應變計可用電阻溫度系數符號雙金屬線柵溫度自補償應變計可用電阻溫度系數符號相反的兩種康銅、康銅鎳、康銅鎳鉻合金制成。相反的兩種康銅、康銅鎳、康銅鎳鉻合金制成。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 159.1.29.1.2 電阻應變計的安裝電阻應變計的安裝 常用粘結劑的種類與性能常用粘結劑的種類與性能 氰基丙烯酸酯氰基丙烯酸酯（KH501、KH502）靠吸收空氣中微量水分即可在室溫下短時產生聚合反應而固靠吸收空氣中微量水分即可在室溫下短時產生聚合反應而固化。化。環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂 主要有環(huán)氧樹脂、固化劑、增塑劑、填料組成，室溫固化。主要有環(huán)氧樹脂、固化劑、增塑劑、填料組成，室溫固化。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 16 酚醛樹脂酚醛樹脂 強度高、耐熱、耐潮、耐疲勞、穩(wěn)定性好，可作為應變計強度高、耐熱、耐潮、耐疲勞、穩(wěn)定性好，可作為應變計的基底和粘結劑。當酚醛中加入有機硅、縮甲（甲乙、?。┤┑幕缀驼辰Y劑。當酚醛中加入有機硅、縮甲（甲乙、?。┤┗颦h(huán)氧樹脂后，可作為中溫粘結劑，工作溫度為或環(huán)氧樹脂后，可作為中溫粘結劑，工作溫度為180300，固化時需加熱、加壓并進行二次固化處理。，固化時需加熱、加壓并進行二次固化處理。氯仿氯仿 專用于粘有機玻璃，其成分為三氯甲烷摻入專用于粘有機玻璃，其成分為三氯甲烷摻入3%5%有有 機玻璃粉末，攪勻后即可使用。機玻璃粉末，攪勻后即可使用。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 17 此外，在中高溫測試中，還用聚酯樹脂粘結劑、此外，在中高溫測試中，還用聚酯樹脂粘結劑、聚酰壓胺粘結劑、有機硅粘結劑、硅酸鹽粘結劑、氧聚酰壓胺粘結劑、有機硅粘結劑、硅酸鹽粘結劑、氧化物噴涂等方法安裝應變計?；飮娡康确椒ò惭b應變計。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 18 電阻應變計的粘貼電阻應變計的粘貼現(xiàn)以常溫粘合劑為例說明貼片過程：現(xiàn)以常溫粘合劑為例說明貼片過程：u檢查與分選電阻應變計。用放大鏡檢查霉斑、銹點、斷檢查與分選電阻應變計。用放大鏡檢查霉斑、銹點、斷絲、變形、氣泡；用萬能表及電橋測阻值并選配。絲、變形、氣泡；用萬能表及電橋測阻值并選配。u被測試件的表面處理。被測試件的表面處理。u粘貼。用玻璃紙，單方向滾壓，擠出多余膠水和氣泡。粘貼。用玻璃紙，單方向滾壓，擠出多余膠水和氣泡。u檢查。放大鏡，絕緣電阻一般在檢查。放大鏡，絕緣電阻一般在500M。u組橋連線。接線端子，固定導線。組橋連線。接線端子，固定導線。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 19(3)(3)電阻應變計與測量導線的連接電阻應變計與測量導線的連接測量導線的焊接測量導線的焊接u錫焊：焊料多采用錫鉛鋅或銻的共晶合金，應用最廣泛。錫焊：焊料多采用錫鉛鋅或銻的共晶合金，應用最廣泛。u電弧焊：分直流和交流兩種，都是利用短路電弧將測量導電弧焊：分直流和交流兩種，都是利用短路電弧將測量導線與電阻應變計引線的接頭處熔合在一起。線與電阻應變計引線的接頭處熔合在一起。u電接觸焊：利用電流流經導體產生熱量將測量導線和電阻電接觸焊：利用電流流經導體產生熱量將測量導線和電阻應變計引線接觸部分焊接在一起。應變計引線接觸部分焊接在一起。測量導線的固定：測量導線的固定：固定方法有用白膠布粘接、用接線端子片、固定方法有用白膠布粘接、用接線端子片、膠粘和打金屬卡箍等。膠粘和打金屬卡箍等。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 20 (4)(4)電阻應變計的防護電阻應變計的防護防止因水、油、汽的侵蝕而失效，常用的防護劑有以下幾防止因水、油、汽的侵蝕而失效，常用的防護劑有以下幾種。種。合成橡膠防護劑合成橡膠防護劑 氯丁膠、聚硫膠可用于氯丁膠、聚硫膠可用于6060以下水中；以下水中；硅橡膠可用于硅橡膠可用于250250以下的防水測量。以下的防水測量。環(huán)氧樹脂防潮劑環(huán)氧樹脂防潮劑 配方與應變膠基本相同，適量減少固化配方與應變膠基本相同，適量減少固化劑用量，劑用量，914914膠可直接用于防潮涂層。膠可直接用于防潮涂層。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 21凡士林凡士林醫(yī)用凡士林加熱熔化去水，適量加入熔點較高的醫(yī)用凡士林加熱熔化去水，適量加入熔點較高的松香（松香（89899393）或石蠟，可提高硬度和使用溫度。）或石蠟，可提高硬度和使用溫度。石蠟涂層石蠟涂層由由45%45%石蠟、石蠟、30%30%松香、松香、15%15%凡士林及凡士林及1010純機油純機油加熱熔化，攪勻。亦可用石蠟熔化后涂復，但效果不如前加熱熔化，攪勻。亦可用石蠟熔化后涂復，但效果不如前者。者。9.1 電阻應變計的應用電阻應變計的應用Page 229.2 9.2 應力測量應力測量應力測量的目的：應力測量的目的：掌握被測試件的實際應力大小及分布規(guī)律掌握被測試件的實際應力大小及分布規(guī)律,進進 而分析機械零部件的破壞原因，壽命長短，強度而分析機械零部件的破壞原因，壽命長短，強度 儲備；驗證相應的理論公式，合理安排工藝；提儲備；驗證相應的理論公式，合理安排工藝；提 供生產過程或物理現(xiàn)象的數學模型。供生產過程或物理現(xiàn)象的數學模型。應力測量分類：應力測量分類：單向應力測量和平面應力測量單向應力測量和平面應力測量應力測量步驟：應力測量步驟：對被測試件進行應力、應變分析；對被測試件進行應力、應變分析；確定貼片方式；確定貼片方式；確定組橋方式；確定組橋方式；根據測得數據進行結果計算和分析。根據測得數據進行結果計算和分析。Page 239.2.19.2.1應變儀的使用應變儀的使用 (1)(1)電阻應變儀的分類電阻應變儀的分類 按所測應變信號的頻率范圍分為：按所測應變信號的頻率范圍分為：靜態(tài)電阻應變儀靜態(tài)電阻應變儀工作頻率為工作頻率為0Hz,0Hz,用以測量機械結構、零用以測量機械結構、零部件在靜載荷作用下的應變；部件在靜載荷作用下的應變；靜動態(tài)電阻應變儀靜動態(tài)電阻應變儀工作頻率工作頻率0 01500Hz1500Hz，可測以下的動可測以下的動應變或其它動載荷應變或其它動載荷；9.2 應力測量應力測量Page 24 動態(tài)電阻應變儀動態(tài)電阻應變儀工作頻率工作頻率0 02000Hz2000Hz，可測以下的動應可測以下的動應變或其它動載荷；變或其它動載荷；超動態(tài)電阻應變儀超動態(tài)電阻應變儀工作頻率工作頻率0 0100kHz 100kHz，多用于沖擊應多用于沖擊應力的測量力的測量。9.2 應力測量應力測量Page 25(2)(2)動態(tài)電阻應變儀的結構及工作原理動態(tài)電阻應變儀的結構及工作原理 動態(tài)電阻應變儀基本結構與工作原理框圖動態(tài)電阻應變儀基本結構與工作原理框圖 9.2 應力測量應力測量Page 269.2.2 9.2.2 單向應力測量單向應力測量 單向拉伸（壓縮）測量單向拉伸（壓縮）測量 半橋，單臂測量的輸出電壓半橋，單臂測量的輸出電壓溫度補償板溫度補償板補償片的溫度變化引起補償片的溫度變化引起工作片的溫度變化引起工作片的溫度變化引起即即9.2 應力測量應力測量Page 27 溫度補償條件：工作片、補償片完全相同；都粘溫度補償條件：工作片、補償片完全相同；都粘貼在完全相同材料的試件上，并放在相同的溫度場中，貼在完全相同材料的試件上，并放在相同的溫度場中，連接在相鄰橋臂。連接在相鄰橋臂。單臂電橋接線單臂電橋接線真實應變真實應變?yōu)椋簽椋?.2 應力測量應力測量Page 28 為了增加電橋的輸出，可以用為了增加電橋的輸出，可以用工作片補償法工作片補償法。半橋，雙臂測量的輸出電壓半橋，雙臂測量的輸出電壓真實應變真實應變?yōu)闉椋翰此杀炔此杀裙ぷ餮a償片工作補償片雙臂電橋接線雙臂電橋接線9.2 應力測量應力測量Page 29 電阻應變計溫度補償的條件：電阻應變計溫度補償的條件：l工作片、補償片完全工作片、補償片完全相同相同l粘貼在完全粘貼在完全相同相同材料的試件上材料的試件上l放在放在相同相同的溫度場中的溫度場中l(wèi)連接在連接在相鄰相鄰橋臂橋臂9.2 應力測量應力測量Page 30在拉（壓）應變測量中消除彎矩的影響在拉（壓）應變測量中消除彎矩的影響用對稱雙工作片測量拉（壓）應變用對稱雙工作片測量拉（壓）應變9.2 應力測量應力測量Page 31四臂工作方式可提高測量的靈敏度。四臂工作方式可提高測量的靈敏度。用四臂工作提高測量的靈敏度用四臂工作提高測量的靈敏度測拉、壓時，輸出電壓最高為倍，即為：測拉、壓時，輸出電壓最高為倍，即為：9.2 應力測量應力測量Page 32彎曲應變測量彎曲應變測量半橋，雙臂測量半橋，雙臂測量真實應變真實應變?yōu)椋簽椋?.2 應力測量應力測量Page 33 全橋，四臂測量全橋，四臂測量真實應變真實應變?yōu)椋簽椋簭澗貫閺澗貫?.2 應力測量應力測量Page 34扭轉應變測量扭轉應變測量受扭矩作用時，軸表面有最大剪應力。軸表面的單元受扭矩作用時，軸表面有最大剪應力。軸表面的單元體為純剪應力狀態(tài)，在與軸線成的方向上有最大正應力體為純剪應力狀態(tài)，在與軸線成的方向上有最大正應力和和，且，且。相應的應變?yōu)楹?。相應的應變?yōu)楹?。測量時應變片沿與軸線成的方向粘貼。測量時應變片沿與軸線成的方向粘貼。扭矩測量的布片和組橋方式扭矩測量的布片和組橋方式9.2 應力測量應力測量Page 35 若測得沿若測得沿 方向的應變，則相應的剪應變方向的應變，則相應的剪應變 扭矩為：扭矩為：式中材料的抗扭模量。式中材料的抗扭模量。對于對于實心軸實心軸，有，有對于對于空心軸空心軸，有，有9.2 應力測量應力測量Page 36 半橋，雙臂測量半橋，雙臂測量，則電橋輸出電壓為：，則電橋輸出電壓為：軸表面與軸線成方向的真實應變?yōu)椋狠S表面與軸線成方向的真實應變?yōu)椋喝珮?，四臂測量全橋，四臂測量，則電橋輸出電壓為：，則電橋輸出電壓為：軸表面與軸線成方向的真實應變軸表面與軸線成方向的真實應變?yōu)椋簽椋?.2 應力測量應力測量Page 37 復雜受力情況下單向應力的測量復雜受力情況下單向應力的測量拉伸（壓縮）與彎曲的組合變形拉伸（壓縮）與彎曲的組合變形電橋輸出電壓為：電橋輸出電壓為：真實彎曲應變真實彎曲應變?yōu)椋簽椋簻y彎除拉測彎除拉9.2 應力測量應力測量Page 38測拉除彎測拉除彎半橋連接時，電橋因拉力產生的輸出電壓為：半橋連接時，電橋因拉力產生的輸出電壓為：真實彎曲應變真實彎曲應變?yōu)椋簽椋簻y拉除彎的布片組橋方式測拉除彎的布片組橋方式9.2 應力測量應力測量Page 39測扭除拉彎測扭除拉彎拉伸（壓縮）、彎曲和扭轉的組合變形拉伸（壓縮）、彎曲和扭轉的組合變形9.2 應力測量應力測量Page 40由扭矩引起與軸線成由扭矩引起與軸線成 方向的真實應變?yōu)椋悍较虻恼鎸崙優(yōu)椋?.2 應力測量應力測量Page 41測彎除拉扭測彎除拉扭電橋輸出電壓為：電橋輸出電壓為：由由引起的與軸線成引起的與軸線成 方向的真實應變?yōu)椋悍较虻恼鎸崙優(yōu)椋?.2 應力測量應力測量Page 429.2.3平面應力狀態(tài)下主應力的測量平面應力狀態(tài)下主應力的測量主應力方向已知的平面應力測量主應力方向已知的平面應力測量胡克定律：胡克定律：沿沿主主應應力力方方向向貼貼片片9.2 應力測量應力測量Page 43 主應力方向未知的平面應力測量主應力方向未知的平面應力測量 主應力方向未知，要測取任意點的主應力的大小主應力方向未知，要測取任意點的主應力的大小和方向，可在該點貼三個相互間有一定角度的應變計，測和方向，可在該點貼三個相互間有一定角度的應變計，測取這三個方向的應變、就可以利用公式，求得主取這三個方向的應變、就可以利用公式，求得主應力、的大小和方向。應力、的大小和方向。9.2 應力測量應力測量Page 44 由材料力學可知，在單元體中，在與正應力成角的任一截由材料力學可知，在單元體中，在與正應力成角的任一截面上的正應力為：面上的正應力為：當正應力、分別變?yōu)橹鲬?、時：當正應力、分別變?yōu)橹鲬?、時：而與成的平面上的正應力為：而與成的平面上的正應力為：9.2 應力測量應力測量Page 45 對上述兩式兩端分別應用胡克定律，經整理得：對上述兩式兩端分別應用胡克定律，經整理得：解方程組消去解方程組消去 可得到可得到 ，同理求得，同理求得 、，即，即9.2 應力測量應力測量Page 46應變花的組成形式應變花的組成形式(a)(b)(c)(d)9.2 應力測量應力測量Page 47令令 ，如圖，如圖(a)所示。所示。相應的應力表達式為相應的應力表達式為：主應變的大小和方向：主應變的大小和方向：9.2 應力測量應力測量Page 48令令 ，還有一個溫度補償片，還有一個溫度補償片，如圖如圖(b)所示。所示。主應力的大小和方向：主應力的大小和方向：-=-+-+-=cacbcbcacaEeeeeaeeeemmeesarctan21)()(1112222,1令令 ，如圖如圖(c)(c)所示。所示。主應力的大小和方向：主應力的大小和方向：-=-+-+-+-=cbacbaccbbacbaEEeeeeeaeeeeeemeeems2)(3arctan21)()()()1(32)()1(32222,1e39.2 應力測量應力測量Page 49令令 ，還有一個溫度補償片，還有一個溫度補償片，如圖如圖(d)所示。所示。主應力的大小和方向：主應力的大小和方向：-=-+-+-+=)(3)(2arctan21)(34)(1112222,1cabacbcacaEeeeeaeeeemmees9.2 應力測量應力測量Page 509.2.4常用的測力裝置常用的測力裝置9.2.4.1電阻應變式測力傳感器電阻應變式測力傳感器 在被測對象上直接布片組橋；在被測對象上直接布片組橋；在彈性元件上布片組橋，組成各種測力儀。在彈性元件上布片組橋，組成各種測力儀。常用的彈性元件有柱式、梁式、環(huán)式、輪輻式等多種形常用的彈性元件有柱式、梁式、環(huán)式、輪輻式等多種形式。式。特點是：結構簡單、制造方便、精度高特點是：結構簡單、制造方便、精度高。9.2 應力測量應力測量Page 51圓柱式彈性元件圓柱式彈性元件實心和空心兩種實心和空心兩種實心實心空心空心9.2 應力測量應力測量Page 52為了減少端面上接觸摩擦和載荷偏心對變形的影響，一為了減少端面上接觸摩擦和載荷偏心對變形的影響，一般應使。但是高度太大時，彈性元件固有頻率般應使。但是高度太大時，彈性元件固有頻率降低，橫向穩(wěn)定性變差。彈性元件高度取降低，橫向穩(wěn)定性變差。彈性元件高度取實心實心空心空心應變計應貼在應力均勻的圓柱體中部，盡可能消除偏心應變計應貼在應力均勻的圓柱體中部，盡可能消除偏心和彎矩的影響。和彎矩的影響?？蓽y可測 0.13000 噸的載荷，常用于大型軋鋼設備的軋制噸的載荷，常用于大型軋鋼設備的軋制力的測量。力的測量。應變片基底長應變片基底長9.2 應力測量應力測量Page 53梁式彈性元件梁式彈性元件等截面梁等截面梁等截面梁等截面梁在端點的力在端點的力的的作用下，懸臂梁受彎作用下，懸臂梁受彎矩，貼片點的上表面矩，貼片點的上表面應變：應變：9.2 應力測量應力測量Page 54所所以以，梁梁內內各各橫橫截截面面的的應應力力相相等等，應變，應變:等強度梁等強度梁常數常數等強度梁等強度梁9.2 應力測量應力測量Page 55雙端固定梁雙端固定梁梁的梁的兩端都固定兩端都固定，中間中間加載荷加載荷。雙端固定梁雙端固定梁梁的結構在相同力的梁的結構在相同力的作用下產生的撓度比懸臂梁作用下產生的撓度比懸臂梁的要小。的要小。9.2 應力測量應力測量Page 56受徑向力受徑向力時，圓環(huán)時，圓環(huán)上各點的應變不同，且上各點的應變不同，且點處的應變?yōu)榱?。點處的應變?yōu)榱?。在水平在水平中心線上有最大應變，即中心線上有最大應變，即式中圓環(huán)外徑；式中圓環(huán)外徑；圓環(huán)壁厚；圓環(huán)壁厚；圓環(huán)寬度。圓環(huán)寬度。環(huán)式彈性元件環(huán)式彈性元件圓環(huán)式圓環(huán)式9.2 應力測量應力測量Page 57一側固定，另一側受切向力作用。此時，點應變一側固定，另一側受切向力作用。此時，點應變等于零。等于零。9.2 應力測量應力測量Page 58測測測測若同時作用有和時，若同時作用有和時，則按上述方法布片，并按圖則按上述方法布片，并按圖組橋組橋，可不受干擾測得該兩力。，可不受干擾測得該兩力。9.2 應力測量應力測量Page 59八角環(huán)式彈性元件的布片和組橋八角環(huán)式彈性元件的布片和組橋八角環(huán)式八角環(huán)式圓環(huán)不易固定，實際常用八角環(huán)。其厚度為圓環(huán)不易固定，實際常用八角環(huán)。其厚度為，平均半，平均半徑為徑為。當時，零應變點在處。當時，零應變點在處。9.2 應力測量應力測量Page 60下圖是變了形的八角環(huán)式。下圖是變了形的八角環(huán)式。測力時，應在水平中心線（此處受力作用時產生最測力時，應在水平中心線（此處受力作用時產生最大應變）處，并成斜向布片組橋。大應變）處，并成斜向布片組橋。9.2 應力測量應力測量Page 61切削測力儀切削測力儀例如例如切削測力儀可以通過適當的橋路分別測量主切削切削測力儀可以通過適當的橋路分別測量主切削力、進給抗力和吃刀抗力，同時排除其他因素的影響。力、進給抗力和吃刀抗力，同時排除其他因素的影響。9.2 應力測量應力測量Page 62切削測力儀的布片和組橋切削測力儀的布片和組橋9.2 應力測量應力測量Page 63輪輻式彈性元件輪輻式彈性元件形狀類似帶輻條的車輪，沿其軸向受載。形狀類似帶輻條的車輪，沿其軸向受載。輪輻式彈性元件的結構和組橋方式輪輻式彈性元件的結構和組橋方式 9.2 應力測量應力測量Page 64輪輻式彈性元件的特點：輪輻式彈性元件的特點：剪切受力的彈性元件具有對加載方式不敏感、側向穩(wěn)剪切受力的彈性元件具有對加載方式不敏感、側向穩(wěn)定、抗偏載、外形矮等特點。定、抗偏載、外形矮等特點。輪輻式彈性元件形似帶有輻條的車輪。輻條按剪切方輪輻式彈性元件形似帶有輻條的車輪。輻條按剪切方式工作式工作。應變片沿輪輻軸線成角的方向貼于梁的兩個側面。應變片沿輪輻軸線成角的方向貼于梁的兩個側面。為了使彈性元件具有足夠的輸出靈敏度而又不發(fā)生彎為了使彈性元件具有足夠的輸出靈敏度而又不發(fā)生彎曲破壞，輻條的厚度與長度的比值一般應在以下范圍內選曲破壞，輻條的厚度與長度的比值一般應在以下范圍內選擇。擇。9.2 應力測量應力測量Page 659.2.4.2其他測力傳感器其他測力傳感器電容式測力傳感器電容式測力傳感器結構簡單，靈敏度高，動態(tài)響應快，但是由于電荷泄結構簡單，靈敏度高，動態(tài)響應快，但是由于電荷泄漏，不適宜靜態(tài)力的測量。漏，不適宜靜態(tài)力的測量。電容式力傳感器電容式力傳感器9.2 應力測量應力測量Page 66特點特點是體積小、動態(tài)響是體積小、動態(tài)響應快，但也存在電荷泄露，應快，但也存在電荷泄露，不適宜靜態(tài)力的測量。使用不適宜靜態(tài)力的測量。使用中應中應承受橫向力承受橫向力和和施加預緊施加預緊力力。壓電式測力傳感器壓電式測力傳感器9.2 應力測量應力測量Page 67壓磁式測力傳感器壓磁式測力傳感器在壓磁式測力傳感器中，外力通過彈性支架對壓磁元件在壓磁式測力傳感器中，外力通過彈性支架對壓磁元件加載。繞組中產生感應電勢，且作用力加載。繞組中產生感應電勢，且作用力愈大，感應電勢愈愈大，感應電勢愈大。大?？梢赃M行數千噸力的測量，適用于大型軋鋼機的軋制力可以進行數千噸力的測量，適用于大型軋鋼機的軋制力測量。輸出電勢較大，甚至只需濾波整流，無需放大處理。測量。輸出電勢較大，甚至只需濾波整流，無需放大處理。使用中應防止有側向力干擾，而破壞硅鋼的疊片結構。使用中應防止有側向力干擾，而破壞硅鋼的疊片結構。9.2 應力測量應力測量Page 689.2 應力測量應力測量Page 699.2 應力測量應力測量Page 709.2 應力測量應力測量Page 71壓磁式扭矩傳感器原理壓磁式扭矩傳感器原理軸受到扭矩時，表面的導磁率發(fā)生變化，因此可以利用軸受到扭矩時，表面的導磁率發(fā)生變化，因此可以利用壓磁效應測量扭矩。壓磁效應測量扭矩。9.2 應力測量應力測量Page 72特點特點差動變壓器式力傳感器差動變壓器式力傳感器差動變壓器式測力裝置差動變壓器式測力裝置工作溫度范圍較寬，工作溫度范圍較寬，為了減小橫向力或偏心力為了減小橫向力或偏心力的影響，傳感器的高徑比的影響，傳感器的高徑比應較小。應較小。9.2 應力測量應力測量Page 739.2.5 力參數測量實例力參數測量實例(1)(1)軋制力測量軋制力測量軋機立柱上應變片的布置和接線方式軋機立柱上應變片的布置和接線方式 最大應力發(fā)生在力柱內表面最大應力發(fā)生在力柱內表面 上上 最小應力發(fā)生在力柱外表面最小應力發(fā)生在力柱外表面 上上 在中性在中性 面，軋制力引起的拉面，軋制力引起的拉應力應力 一扇牌坊所受到拉力為一扇牌坊所受到拉力為 總軋制力為總軋制力為 9.2 應力測量應力測量Page 74(2)(2)切削力測量切削力測量 切削力的測量是一種比較典型的多向動態(tài)力測量，切削力信號切削力的測量是一種比較典型的多向動態(tài)力測量，切削力信號是復雜的信號，一般情況下是隨機信號。是復雜的信號，一般情況下是隨機信號。八角環(huán)型車削測力儀八角環(huán)型車削測力儀為典為典型的切削力測量裝置。型的切削力測量裝置。八角環(huán)型車削測力儀八角環(huán)型車削測力儀 9.2 應力測量應力測量Page 75八角環(huán)上的布片和組橋八角環(huán)上的布片和組橋 9.2 應力測量應力測量Page 76(3)壓電式切削力測力系統(tǒng)壓電式切削力測力系統(tǒng)1.1.壓電式力傳感器；壓電式力傳感器；2.2.分載調節(jié)柱；分載調節(jié)柱；3.3.壓蓋；壓蓋；4.4.低噪聲電纜；低噪聲電纜；5.5.密封接頭密封接頭壓電石英動態(tài)車削測力儀的結構示意圖壓電石英動態(tài)車削測力儀的結構示意圖 9.2 應力測量應力測量Page 779.39.3扭矩測量扭矩測量測測 方向的應變方向的應變測兩截面的相對轉角測兩截面的相對轉角Page 789.3.1應變式扭矩測量的機理應變式扭矩測量的機理由材料力學的平面應力胡克定律公式得：由材料力學的平面應力胡克定律公式得：或或進而可求得作用在轉軸上的扭矩為：進而可求得作用在轉軸上的扭矩為：9.3扭矩測量扭矩測量Page 799.3.2扭矩信號的傳輸扭矩信號的傳輸采集旋轉傳動軸應變量的主要問題是解決其應變信號的采集旋轉傳動軸應變量的主要問題是解決其應變信號的傳遞。傳遞。有線傳輸和無線傳輸兩種方法有線傳輸和無線傳輸兩種方法。有線傳輸有線傳輸集電裝置集電裝置 集電裝置由兩部份組成：集電裝置由兩部份組成：與應變片相連，隨旋轉件轉動的（集流）滑環(huán)；與應變片相連，隨旋轉件轉動的（集流）滑環(huán)；與外部測量儀器相連，壓靠在滑環(huán)上的（拉線）電刷。與外部測量儀器相連，壓靠在滑環(huán)上的（拉線）電刷。9.3扭矩測量扭矩測量Page 80拉線式集電裝置拉線式集電裝置拉線式集電裝置拉線式集電裝置9.3扭矩測量扭矩測量Page 81安裝時應注意事項安裝時應注意事項滑環(huán)不得松動，滑環(huán)的四個滑道特別是端頭焊點應滑環(huán)不得松動，滑環(huán)的四個滑道特別是端頭焊點應光滑平整，滑環(huán)與轉軸嚴格垂直；光滑平整，滑環(huán)與轉軸嚴格垂直；拉線在轉軸上的包角太小，轉軸有徑向跳動會脫離拉線在轉軸上的包角太小，轉軸有徑向跳動會脫離接觸。包角太大，磨損過快。一般應在接觸。包角太大，磨損過快。一般應在 之間；之間；拉線彈簧張力太小，接觸電阻加大甚至接觸不好；拉線彈簧張力太小，接觸電阻加大甚至接觸不好；張力太大，磨損過快；張力太大，磨損過快；拉線固定方式應視現(xiàn)場條件而定，對于高速轉軸或拉線固定方式應視現(xiàn)場條件而定，對于高速轉軸或正反換向轉軸應雙端固定。正反換向轉軸應雙端固定。9.3扭矩測量扭矩測量Page 82電刷式集電裝置電刷式集電裝置電刷式電刷式集電裝置分為徑向式和側向式?；h(huán)與電刷接集電裝置分為徑向式和側向式?；h(huán)與電刷接觸，接觸電阻小，許用速度較高。觸，接觸電阻小，許用速度較高。電刷式集電裝置電刷式集電裝置9.3扭矩測量扭矩測量Page 83軋機扭矩測量的現(xiàn)場軋機扭矩測量的現(xiàn)場9.3扭矩測量扭矩測量Page 84無線傳輸方式無線傳輸方式有電波收發(fā)方式和光電脈沖傳輸方式兩種。有電波收發(fā)方式和光電脈沖傳輸方式兩種。電波收發(fā)方式電波收發(fā)方式測量系統(tǒng)需要有可靠的發(fā)射、接收和遙測測量系統(tǒng)需要有可靠的發(fā)射、接收和遙測裝置，容易受到干擾。裝置，容易受到干擾。光電脈沖方式光電脈沖方式把測試數據數字化后通過光信號從轉動的把測試數據數字化后通過光信號從轉動的測量盤傳送到固定的接收器上，然后經解碼器后還原所需信測量盤傳送到固定的接收器上，然后經解碼器后還原所需信號，抗干擾能力較強。號，抗干擾能力較強。9.3扭矩測量扭矩測量Page 85扭矩信號無線傳輸的結構方式扭矩信號無線傳輸的結構方式9.3扭矩測量扭矩測量Page 869.3.3扭矩的標定扭矩的標定 直接標定法直接標定法 在現(xiàn)場對所測軸施加已知力矩。在現(xiàn)場對所測軸施加已知力矩。間接標定法間接標定法 模擬小軸法。小軸的直徑小于實測軸的直徑，材質必模擬小軸法。小軸的直徑小于實測軸的直徑，材質必須相同的。要求粘貼在小軸上應變片、貼片工藝、組橋、儀須相同的。要求粘貼在小軸上應變片、貼片工藝、組橋、儀器及導線均與實測軸一樣。將小軸加載，做出標定曲線。器及導線均與實測軸一樣。將小軸加載，做出標定曲線。對小軸施加已知扭矩，有對小軸施加已知扭矩，有9.3扭矩測量扭矩測量Page 87對實測軸，有對實測軸，有于是，有于是，有或或式中標定系數；式中標定系數；實測光點高度。實測光點高度。9.3扭矩測量扭矩測量Page 889.3.4電參數法測量扭矩電參數法測量扭矩 感應式扭矩測量感應式扭矩測量 轉軸齒輪檢測探頭檢測探頭齒輪感應式扭矩測量傳感器示意圖感應式扭矩測量傳感器示意圖 9.3扭矩測量扭矩測量Page 89 光電式扭矩測量光電式扭矩測量 光源轉軸光敏元件光柵光電式扭矩測量傳感器示意圖光電式扭矩測量傳感器示意圖 9.3扭矩測量扭矩測量