新型力学和运动学量.ppt

第7章 力学量和运动学量 ;7.1 力学量检测技术 ;图7-1 YDS-781型压电式单向力传感器的结构 ;　　2. 金属加工切削力的测量 　　图7-2是利用压电陶瓷传感器进行测量刀具切削力的示意图。由于压电陶瓷元件的自振频率高， 特别适合测量变化剧烈的载荷。图中压电传感器位于车刀前部的下方， 当进行切削加工时，切削力通过刀具传给压电传感器， 压电传感器将切削力转换为电信号输出， 记录下电信号的变化便测得切削力的变化。  　　图7-3是拉刀的切削力试验图。 在拉削加工中， 因为切削速度低， 可以在拉刀的卡具上粘贴应变片进行受力状态的测试。 应变片与测试电路组成桥路并由放大电路及示波器进行测试。 　;图7-2 刀具切削力测量示意图 ;图7-3 拉刀切削力试验图 ;　　3. 压电引信 　　压电引信是利用钛酸钡或锆钛酸铅压电陶瓷的正压电效应制成的一种弹丸起爆装置。 它具有瞬发度高、 灵敏度低、 不需配置电源等特点， 常应用在破甲弹上， 对提高弹丸的破甲能力起着非常重要的作用。 压电引信由压电晶体和起爆装置两部分组成，压电晶体放在弹丸的头部， 起爆装置设置在弹丸的尾部， 如图7-4所示。 ;图7-4 使用压电引信的破甲弹 ;　　压电晶体产生的电荷将从电阻R泄放掉，不会使电雷管动作。 弹丸发射后， 引信起爆装置解除保险状态，开关S从a处断开， 与b接通， 处于待发状态。当弹丸与装甲目标相遇时， 碰撞力使压电晶体产生电荷，经导线传给电雷管使其起爆， 并引起弹丸的爆炸， 锥孔炸药爆炸形成的能量使药形罩熔化， 形成高温高速的金属流将钢甲穿透， 起到杀伤作用。 ;图7-5 压电引信电路 ;7.1.2 扭矩的测量 　　1. 测量原理 　　扭矩是一种力矩，它是改变物体转动状态的原因。 扭矩的大小可用下式表示，即 ;　　扭矩传感器与力传感器一样， 要使用弹性元件。 它利用弹性体把扭矩转换为角位移， 再由角位移转换成电信号输出。 用于扭矩传感器的弹性元件是扭矩轴， 如图7-6所示。 把扭转轴连接在驱动源和负载之间， 扭转轴就会产生扭转， 所产生的扭转角可用下式表示， 即 ;图7-6 一些扭转轴的结构 ;　　2. 扭矩传感器 　　1） 应变片式扭矩传感器 　　图7-7是应变片式扭矩传感器的工作原理图。 扭转轴发生扭转时，在相对于轴中心线45°方向上产生的应力最大，应变也最大。沿扭转轴中心线45°方向粘贴四个电阻应变片，并组成桥式电路， 将应力转换为电压输出。 由此便可测量扭矩的大小。为了给旋转的应变片输入电压和从电桥中取出检测信号， 在扭转轴上安装有集电环和电刷。它是一种接触式测量，结构复杂。 ;图7-7 应变片式扭矩传感器工作原理图 ;　　2） 振弦式转矩传感器 　　振弦式转矩传感器的结构如图7-8所示， 将套筒1、 2分别卡在被测轴的两个相邻面上， 然后将振弦5与6分别安装在套筒上的支架3、 4和3′、4′上， 安装时必须使振弦具有一定的预应力。 当被测轴转动传递转矩T时， 轴产生扭转变形， 致使其两相邻截面扭转一个角度， 造成振弦5受到拉力，振弦6受到压力。 在被测轴的弹性变形范围内， 轴的扭转角与外加转矩T成正比，而振弦的张力又与扭转角成正比。 与振弦式压力传感器一样，可以用测量传感器输出的差频信号来测量被测轴上所承受的转矩。 ;图7-8 振弦式转矩传感器 ;　　3） 磁致伸缩式扭矩传感器 　　磁致伸缩式扭矩传感器的转换原理是磁致伸缩效应。 采用铁磁材料制作的扭转轴在受到扭矩作用时， 扭转轴中产生方向性应力， 扭转轴表面的磁场分布会变得不对称， 从而出现磁的各向异性。  　　图7-9是磁致伸缩式扭矩传感器工作原理图。 为了检测扭转轴由于扭转产生的磁场， 在离扭转轴表面1～2 mm处设置有两个交叉90°的铁芯1和2， 在铁芯1上绕有励磁线圈， 在铁芯2上绕有感应线圈。 两个线圈与检测电路组成一个磁桥。 ;图7-9 磁致伸缩式扭矩传感器工作原理图 （a） 结构原理； （b） 桥路原理 ;　　鉴于以下优点，磁致伸缩式扭矩传感器被广泛应用于大型动力机械的扭矩测量。  　　（1） 可实现非接触测量，避免了接触测量需经常检修的麻烦，也没有电刷和集流环产生的干扰信号，因而工作可靠， 坚固耐用。  　　（2） 对扭转轴的材质要求不高，一般采用低碳钢即可。 　　（3） 当扭转轴切应力在3000 N/cm2以下时，输出电势与扭矩呈线性关系， 测量误差较小。 ;　　4) 磁电式扭矩传感器 　　磁电式扭矩传感器是根据磁电转换和相位差原理制成的， 它可以将转矩力学量转换成有一定相位差的电信号。  　　图7-10为磁电式扭矩传感器的工作原理图。 在驱动源和负载之间的扭转轴的两侧安装有齿形圆盘， 它们旁边装有相应的两个磁电传感器。 传感器的检测元件部分