中国农业大学：《工程测试技术》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 机械工程典型参数测量技术

工程测本科生试技术Advanced Measuring&Testing in Mechanical Engineering第五章机械工程测试技术工程共型参数测量技术S5.1力和力矩的测量第五章机械工程典型S5.2位移测量S5.3速度测量参数测量技术S5.4振动测量返回首页工学院机电工程系A

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 第五章 机械工程典型 参数测量技术 工程测试技术 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 工学院机电工程系 返回首页

工程测本科生试技术1.力的测量2.转距涮量Advanced Measuring&Testing in MechanicalEngineering第五章机桃工程典型多数第一节力和转矩的测量测量技术95.1力和力矩的测量一、力的测量S5.2位移测量95.3速度测量力的测量，其方法是通过测量在被测力作用下某弹性元件的变形或应变来测得被测S5.4振动测量力。其测量基础是弹性元件的弹性变形和作用力成正比的现象。返回首页CAU

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 一、力的测量 力的测量,其方法是通过测量在被测力 作用下某弹性元件的变形或应变来测得被测 力。其测量基础是弹性元件的弹性变形和作 用力成正比的现象。 第一节 力和转矩的测量 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页

工程测本科生试技术2.转距测量1.力的测量Advanced Measuring &Testing in Mechanical Engineering第五章机械拉（压）力的测量工程共型参数测量技术P试件所受力为：R195.1力和力矩P=0·A=E.8·A的测量Rz式中-贴片部位的轴S5.2位移测量向应力；P85.3速度测量R1A -贴片位置试件S5.4振动测量的截面积；RzE试件材料的弹性模量；R1 (R3)一贴片部位的应返回首页8R2(R4)变值。R3(R4)只要测出应变值8的LR1(RZ)大小，便可求出P

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 1、拉（压）力的测量 试件所受力为： 式中σ-贴片部位的轴 向应力； A -贴片位置试件 的截面积； E -试件材料的弹 性模量； ε-贴片部位的应 变值。 只要测出应变值ε的 大小，便可求出P。 P =  A= E  A 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页

工程测本科生试技术2.转距测量1.力的测量Advanced Measuring &Testing in Mechanical Engineering第五章机械A2、弯曲载荷的测量工程典型参数R1测量技术弯曲载荷S5.1力和力矩M=W.o=W.E.8 Rz :的测量S5.2位移测量式中：PR1W一试件的抗截面系数；85.3速度测量贴片部位的轴向应力：aS5.4振动测量E一一试件材料的弹性模量；--HRz一一贴片部位的应变值。8只要测出应变值8的大小，R1(R3)便可求出弯曲载荷M。返回首页R2(R4)R3(R4)-R1(R2)0CAU

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 2、弯曲载荷的测量 弯曲载荷 式中： W -试件的抗弯截面系数； σ-贴片部位的轴向应力； E -试件材料的弹性模量； ε -贴片部位的应变值。 只要测出应变值ε的大小， 便可求出弯曲载荷M。 M =W  =W E 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页

工程测本科生试技术2转距测量1.力的测量Advanced Measuring&Testing in MechanicalEngineering第五章机械3、拉（压）弯联合作用时力的测量工程典型参数测量技术Py85.1力和力矩Ry(Ry3) Rx1 Rx2试件同时受拉压力和弯曲载的测量PxS5.2位移测量荷联合作用时，要能够同时测Ry2 (Ry4) Rx3 Rx485.3速度测量量拉力和弯曲载荷，并且不受Ry3(Ry4) Rx1(Rx3) Py85.4振动测量另一载荷的影响，关键是贴片Px吕口和组桥。Rx2(Rx4)返回首页Ry1(Ry2)

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 3、拉（压）弯联合作用时力的测量 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页 试件同时受拉压力和弯曲载 荷联合作用时，要能够同时测 量拉力和弯曲载荷，并且不受 另一载荷的影响，关键是贴片 和组桥

本科生 工程测试技术2.转距测量1.力的测量Advanced Measuring&Testing in MechanicalEngineering4元剪力的测量第五章机工程典型参数测量技术问题：剪力不能直接测量以弯测扭：为测此横剪力，可在95.1力和力矩距力P作用点位L的截面上，贴一的测量应变片R，此断面的弯矩为：S5.2位移测量P=QM-P·L=Q·L85.3速度测量由材料力学知M-E·W（E为试件材料的弹性模量，8为该断面上的S5.4振动测量应变值，W弯截面系数）。得E.8.WM-Q·L-E··WL返回首页所以，只要用应变片将该断面的应变值8测出。即可求出横剪力Q。由此证明了用测量应变值的方法来测量剪力，成为可能。A缺点：测量结果与P力的作用点有关，而不是真正意义上的纯剪力测量

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页 问题： 剪力不能直接测量。 4、剪力的测量 以弯测扭：为测此横剪力，可在 距力P作用点位L的截面上，贴一 应变片R，此断面的弯矩为： M=P·L＝Q·L 由材料力学知，M=E·ε·W（E为试件 材料的弹性模量，ε为该断面上的 应变值，W抗弯截面系数）。得 M＝Q·L ＝E·ε·W L E W Q   =  所以，只要用应变片将该断面的应变值ε测出，即可求 出横剪力Q 。由此证明了用测量应变值的方法来测量剪 力，成为可能。 缺点：测量结果与P力的作用点有关，而不是真正意 义上的纯剪力测量

工程测本科生试技术2.转距测量1.力的测量Advanced Measuring&Testing in MechanicalEngineering第五章机械改进：在悬臂梁上贴两片应变片R，与R设其距P工程共型参数力（即等于横剪力Q）的作用点分别为1和120测量技术M, =P.l =Q.l因为85.1力和力矩M2M1M的测量M2 =P.l2 =Q.l2R2R1S5.2位移测量所以M,-M, =Q(,-l2)L2L185.3速度测量M,-M,_ M,-M,0又S5.4振动测量1-12aM2M1MR2R1且 M,=&·EW;M, =&,·E.W返回首页O-S.E.W-,-E.WR4 R3 L2-2.E.W则（L11-12a式中距P力作用点1，和1，处81、82A断面上的应变值

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页 改进：在悬臂梁上贴两片应变片R1与R2，设其距P 力（即等于横剪力Q）的作用点分别为l1和l2。 因为 2 2 2 1 1 1 M P l Q l M P l Q l =  =  =  =  ( ) 1 2 1 2 M −M = Q l −l a M M l l M M Q 1 2 1 2 1 2 − = − − = 所以 又 且 M1 =  1 EW; M2 =  2 EW E W l l a E W E W Q   − = −   −   = 1 2 1 2 1 2     式中 ε1、ε2——距P力作用点l1和l2处 断面上的应变值 则

本科生 工程测试技术2转距量1.力的测量Advanced Measuring&Testing in MechanicalEngineering5圆轴扭转时横断面上剪应力和扭矩的测量第五章机工程典型参数当圆轴受纯扭矩时，主应力的方向与轴线成45的夹测量技术角：而互相垂直的两主应力，绝对值相等、符号相反95.1力和力矩且此绝对值等于轴的横断面上的最大剪应力max即0, =-03,,=Tmx的测量如图所示，在与轴线成45的方向上贴S5.2位移测量DRT应变片，即可测出此处的应变8。根据广义虎克定律，85.3速度测量g=E·8／（1+u），则最大剪应力[RS5.4振动测量E.8Tmzx =ol1+uE..W而扭矩M=Tmx·W1+μ返回首页式中E试件材料的弹性模量，kg/cm28所测应变值试件材料的箔松比uCAUW,抗扭截面系数，cm2

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页 5、圆轴扭转时横断面上剪应力和扭矩的测量 当圆轴受纯扭矩时，主应力的方向与轴线成45°的夹 角；而互相垂直的两主应力，绝对值相等、符号相反， 且此绝对值等于轴的横断面上的最大剪应力τmax，即 1 3 1 max  = − ;  =     +  = = 1 E mzx k p Wp E M W  +  =  =    1 max 如图所示，在与轴线成45°的方向上贴一 应变片，即可测出此处的应变ε。根据广 义虎克定律， σ＝E·ε/（1+μ），则最大剪应力 而扭矩 式中 E——试件材料的弹性模量，kg/cm2 ε——所测应变值 μ——试件材料的箔松比 Wp——抗扭截面系数，cm2

工程测本科生试技术2.转距测量1.力的测量Advanced Measuring &Testing in Mechanical Engineering第五章机械工程共型参数RC在实际应用中，为了增加测量技术R电桥的输出，往往互相垂直85.1力和力矩地贴两片或四片应变片，组Q0的测量成半桥或全桥测量，并且也解决了温度补偿问题。S5.2位移测量如果测定扭矩应变的同S5.3速度测量时，也测得了轴的转速n（转分）则可按下式求出功率NS5.4振动测量(马力）Mk·nN71260返回首页R(RA)米+-QR2(R)R3

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页 在实际应用中，为了增加 电桥的输出，往往互相垂直 地贴两片或四片应变片，组 成半桥或全桥测量，并且也 解决了温度补偿问题。 如果测定扭矩应变的同 时，也测得了轴的转速n(转/ 分)，则可按下式求出功率N （马力） 71260 M n N k  =

工程测本科生试技术1.力的测量2.转距测量Advanced Measuring&Testing in MechanicalEngineering第五章机械6.测力传感器的应用举例工程典型参数测量技术95.1力和力矩的测量S5.2位移测量95.3速度测量S5.4振动测量(a)RT返回首页(b)AT图5-2料斗秤（a）料斗秤结构（b）轮辐式传感器

工程测 试技术 本科生 CAU 1905 T Advanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering 第五章 机械 工程典型参数 测量技术 P 6、测力传感器的应用举例 1.力的测量 2.转距测量 §5.1力和力矩 的测量 §5.2位移测量 §5.3速度测量 §5.4振动测量 返回首页