现代测试技术力扭矩压力的要点.ppt

第10章 力、扭矩、压力的测量 10.1 力的测量 通过对机械零件和机械结构的力、扭矩和压力的测量，可以分析其受力状况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现象的机理。对设备的安全运行、自动控制及设计理论的发展等都有重要指导作用。 10.1.1 应力、应变的测量 常用的力测量方法是用应变片和应变仪测量构件的表面应变，根据应变和应力、力之间的关系，确定构件的受力状态。 应变仪采用交流电桥时，输出特性与直流电桥类似。 应变片的布置和电桥组接（简称布片组桥）应根据被测量和被测对象受力分布来确定。还应利用适当的布片组桥方式消除温度变化和复合载荷作用的影响。 测量拉伸(压缩)应变时要采用适当的布片组桥方式，以便达到温度补偿、消除弯矩影响和提高测量灵敏度的目的。 当试件受到弯矩作用时，其上、下表面会分别产生拉应变或压应变。可通过应变测量求得弯矩，布片接桥时要注意利用电桥特性，在输出中保留弯应变的影响，消除轴向拉、压力产生的应变成分。 10.1.2 电阻应变式测力装置 测量力时可以直接在被测对象上布片组桥，也可以在弹性元件上布片组桥，使力通过弹性元件传到应变片。常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种形式。 ??? 柱式弹性元件 通过柱式弹性元件表面的拉(压)变形测力。应变片的粘贴和电桥的连接应尽可能消除偏心和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱表面中部。柱式力传感器可以测量0.1~3000吨的载荷，常用于大型轧钢设备的轧制力测量。 在设计柱式传感器时，圆柱的直径（主要参数）要根据所选用的材料的许用应力 来计算： 而 因此 由上式可知，要想提高应变力传感器的灵敏度K’=K/ES，必须减小截面积S，但S减小，抗弯能力也减弱，并对横向干扰力敏感。为了解决此矛盾，在对较小的集中力测量时，多采用空心圆筒或采用承弯膜片，空心圆筒在相同横截面下，好象刚度大，横向稳定性好 空心圆柱力传感器 由于 弹性元件的粘贴应变片和桥路的连接，应尽可能消除偏心和弯矩的影响，如图所示。 梁式力传感器 等强度梁应变式传感器 这种弹性元件的特点是：其截面沿梁强度方向按一定规律变化，当集中力F作用在自由端时，距作用力任何距离的截面上的应力均相等。因此，沿之中梁的程度方向上的截面抗弯模量W的变化与弯矩的变化成正比，即 在等强度两的设计中，往往采用矩形截面，保持截面厚度h不变，只改变梁的宽度b。设沿梁长度方向上某一截面到力的作用点的距离为x，则 等强度梁的应变值为： 相应的电阻变化量为： 双端固定梁应变式力传感器 环式弹性元件  在圆环上施加径向力Fy时，圆环各处的应变不同，其中与作用力成39.6°处(图中B点)应变等于零。在水平中心线上则有最大的应变 式中R为圆环外径，h为圆环壁厚，b为圆环宽度。 将应变片贴在1、2、3和4处，1、3处受拉应力；2、4处受压应力。 如果圆环一侧固定，另一侧受切向力Fx时，与受力点成0°处(图中A点)应变等于零。将应变片贴在与垂直中心线成39.6°的5、6、7、8处，则5、7处受拉应力，6、8处受压应力。这样，当圆环上同时作用着Fx和Fy时，将1～4处和5～8处的应变片分别组成电桥，就可以互不干扰地测力Fx和Fy。 圆环方式不易加紧固定，实际上常用八角环代替，如图所示。八角环厚度为h，平均半径为r。当h/r较小时，零应变点在39.6°附近。当h/r=0.4时，零应变点在45°处，故一般八角环测力Fx时，应变片贴在45°处。 当测力仪受进给抗力Fx作用，则应变片R5、R7受拉应力，R6、R8受压应力。 当圆环同时受Fy、Fx作用时，把应变片R1～R4，R5～R8组成如图所示的电桥，就可互不干扰地分别测得Fy和Fx。 由于八角环易于固定夹紧，所以常用它代替圆环。 当测力仪受主切削力Fz的作用时，其八角环既受到垂直向下的力，又受到由于Fz引起的弯矩Mz的作用。力Fz与各应变片轴向垂直不起作用，Mz使测力仪上部环受拉应力，下部环受压应力，因此将应变片组成如图所示电桥就可测出Fz。 车削测力仪在结构和贴片方式上作些适当的改变，还可用于测试铣削、钻削、磨削、滚齿等加工过程中的切削力。 10.1.3??? 其它测力传感器 1. 电容式力传感器 其特点是结构简单，灵敏度高，动态响应快，但是由于电荷泄漏难于避免，不适宜静态力的测量 。 2. 压电式力传感器 前面章节介绍过压电式传感器的原理和压电式振动加速度传感器，测力传感器的结构类似。其特点是体积小，动态响应快，但是也存在电荷泄漏，不适宜静态力的测量。使用中应防止承受横向力和施加予紧力。 压磁式测力装置的原理 其特点是硅钢材料受力面加大后，可以测