第7章机械测试技术应用.doc

第7章 机械测试技术应用 本章主要介绍在机械工程中常见的应力应变、振动等机械量的测试系统、测试方法和应用。还介绍工业机器人中传感器应用等，旨在帮助学生更好地掌握测试技术基础知识和应用方法，为进一步学习和开展科研奠定良好的基础。 7.1 应力应变测试及应用 应力、应变测量是对工程结构设计、制造、装配的可靠性和安全性进行、分析和评价的常用手段测试工件表面的残余应力，分析工件表面的残余应力的大小和分布，定量评价残余应力对工件疲劳强度、应力腐蚀、尺寸稳定性、使用寿命的影响以及评价热处理工艺、表面强化处理工艺和消除应力工艺等。、吃刀抗力和主削力）；图7-1f为弹性梁应变加速度计。弹性梁也可用在测量位移和力的应变传感器中。 1-应变片 2-膜片 3-壳体 图7-1 应变式传感器示意图 2．各种载荷测量中应变片的排列和连桥 应变片感受的是构件表面某点的拉或压变形，有时应变可能是有多种内力（如有拉有弯）造成的。为了测量某种内力所造成的变形，而排除其余内力的应变，必须合理选择贴片位置、方向和组桥方式，才能利用电桥的加减特性达到测量目的，同时达到温度补偿的效果。组成测量电桥的方法有两种：半电桥接法和全电桥接法。半电桥接法是指用两个电阻应变片作电桥的相邻臂，另两臂为应变仪电桥盒中精密无感电阻所组成的电桥。全电桥接法是指电桥四个桥臂全由电阻应变片构成。这种接法可消除连接导线电阻的影响和降低接触电阻的影响，同时可提高灵敏度。 进行载荷测量时，可根据需要采用半桥测量或全桥测量。半桥测量时工作半桥与电桥盒如图7-2a所示的1，2，3接线柱相连，并通过短接片与电桥盒中的精密无感电阻相连接，组成测量电路，接入应变仪。全桥测量时，工作应变片组成的全桥与电桥盒如图7-2b所示的1，2，3，4接线柱相连，此测量电路通过电桥盒接入应变仪。 a） b） 7-2 电桥盒接线图 a）半桥接法 b）全桥接法 1）拉（压）力的测量 如图7-3a所示，试件受力作用，方向已知。为测量力的大小，可沿力作用方向贴一工作电阻应变片，而在另一块与试件处于同一温度环境且不受力的相同材料的金属块上贴一温度补偿片。将和接入电桥中，构成了测量力的桥路，如图7-3c所示。因此，该电桥可获得相互补偿，输出电压为 （7-1） 还可将温度补偿片也贴在同一试件上，如图7-3b所示，组成半桥，如图7-3c所示。其输出电压增加了（为泊松比）倍，即 （7-2） 显然，上述两种贴片、接桥方式，不能排除弯曲的影响。如有弯曲，也会引起电阻变化而产生电压输出。拉力的大小可按下式计算 （7-3） 式中，为试件材料的弹性模量；为所测量的应变值（即机械应变）；为试件截面面积。 图7-3 拉（压）载荷的测量 2）弯曲载荷的测量 试件受一弯矩，如图7-4a在试件上贴一工作电阻应变片，温度补偿片是贴在一块与试件环境温度、同材质且不受力的材料上，将和（如图7-4c）接入半桥，即为弯矩的测量电桥，其输出电压为 也可用图7-4b方法，在试件上贴和两片工作片，亦互为温度补偿。贴在压缩区，贴在拉伸区，两者电阻变化大小相等，符号相反，按图7-4c所示组成半桥。此时输出为前者的二倍，即 弯矩可按下式计算 （7-4） 式中，为试件的抗弯曲截面系数。 图7-4 弯矩的测量 3）拉压及弯曲联合作用时的测量 如果要求只测量弯矩值，可如图7-5a，b所示来贴片和组桥。这时不用，因为这时拉或压产生的应变使和大小相等符号相同，在电桥臂上相互抵消，不会对电桥的输出产生影响，因此该测量电桥的输出自动消除了拉（压）的影响，正好反映出弯矩的大小，其输出电压为 如果只测拉（压）而不考虑弯曲的作用，可按图7-5a，c所示贴片和组桥，和串联组成臂桥，另一臂用两片温度补偿片串联组成。贴在与试件相同环境、相同材质且不受力的零件上，此时电桥的输出只能反映拉伸（或压缩）载荷的大小。弯矩引起的和的电阻变化绝对值相等，符号相反，且在一个电桥臂上互相抵消，所以电桥的输出只表示拉（压）载荷，其输出电压为 图7-5 拉（压）、弯曲载荷的测量