機械振動與力的測試24

1、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試請簡要說明測試裝置幅頻特性的物理含義，并結(jié)合請簡要說明測試裝置幅頻特性的物理含義，并結(jié)合如圖所示某測試裝置的幅頻特性說明該裝置可允許如圖所示某測試裝置的幅頻特性說明該裝置可允許測試信號的頻率范圍。測試信號的頻率范圍。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試第第5 5章章 力的測量力的測量 力力壓力壓力 應(yīng)力應(yīng)力重力重力扭矩扭矩應(yīng)變應(yīng)變 彈性力彈性力氣動力氣動力轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 摩擦力摩擦力華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.1 5.1.1 力的

2、基本概念力的基本概念力是一個重要的物理量。力體現(xiàn)了物質(zhì)之間的力是一個重要的物理量。力體現(xiàn)了物質(zhì)之間的相互作用，凡是能使物體的運動狀態(tài)或物體所相互作用，凡是能使物體的運動狀態(tài)或物體所具有的動量發(fā)生改變而獲得加速度或者使物體具有的動量發(fā)生改變而獲得加速度或者使物體發(fā)生變形的作用都稱為力。發(fā)生變形的作用都稱為力。 單位：單位：力在國際單位制力在國際單位制(SI)(SI)中是導(dǎo)出量中是導(dǎo)出量 ，在我，在我國法定計量單位制和國際單位制中，規(guī)定力的單國法定計量單位制和國際單位制中，規(guī)定力的單位為牛頓（位為牛頓（N N），定義為：使），定義為：使1kg1kg質(zhì)量的物體產(chǎn)生質(zhì)量的物體產(chǎn)生1 m/s1 m/s2

3、 2加速度的力，即加速度的力，即1N=1kg1N=1kgm/sm/s2 2 。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.1 5.1.1 力的基本概念力的基本概念標準：標準：為保證國民經(jīng)濟各部門和研究單位靜態(tài)力為保證國民經(jīng)濟各部門和研究單位靜態(tài)力的力值準確一致，目前的力值準確一致，目前均以標準砝碼的重力作為均以標準砝碼的重力作為力的標準，力的標準，其大小除可以用標準砝碼傳遞外，還其大小除可以用標準砝碼傳遞外，還可以用各種不同準確度等級的基準和標準測力儀可以用各種不同準確度等級的基準和標準測力儀器設(shè)備復(fù)現(xiàn)力值及進行量值的傳遞。器設(shè)備復(fù)現(xiàn)力值及進行量值的傳

4、遞。 （重力加（重力加速度速度g g是一個使用很方便的標準，規(guī)定地球上緯是一個使用很方便的標準，規(guī)定地球上緯度為度為4545海平面上的重力加速度為海平面上的重力加速度為g g的標準值，為的標準值，為9.80665m/s9.80665m/s2 2。該標準便是對測力系統(tǒng)作。該標準便是對測力系統(tǒng)作“靜重靜重”標定的基礎(chǔ)標定的基礎(chǔ) ）華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.2 5.1.2 力的測量方法力的測量方法力平衡法力平衡法 機械式力平衡裝置機械式力平衡裝置 力平衡式測量法是基于比較測量的原理，用一個已力平衡式測量法是基于比較測量的原理，用一個已知力來平

5、衡待測的未知力，從而得出待測力的值。知力來平衡待測的未知力，從而得出待測力的值。平衡力可以是已知質(zhì)量的重力、電磁力或氣動力等平衡力可以是已知質(zhì)量的重力、電磁力或氣動力等 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.2 5.1.2 力的測量方法力的測量方法力平衡法力平衡法 液壓和氣壓式測力系統(tǒng)液壓和氣壓式測力系統(tǒng) 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.2 5.1.2 力的測量方法力的測量方法在力作用下，彈性元件產(chǎn)生變形，測位移法通過在力作用下，彈性元件產(chǎn)生變形，測位移法通過測量未知力所引起的位移，從而間接地測得

6、未知測量未知力所引起的位移，從而間接地測得未知力值。力值。 扁環(huán)形彈性元件內(nèi)腔上下平面上扁環(huán)形彈性元件內(nèi)腔上下平面上分別固連電容傳感器的兩個極板。分別固連電容傳感器的兩個極板。在力作用下，彈性元件受力變形，在力作用下，彈性元件受力變形，使極板間距改變，導(dǎo)致傳感器電使極板間距改變，導(dǎo)致傳感器電容量變化。用測量電路將此電容容量變化。用測量電路將此電容量變化轉(zhuǎn)換成電信號，即可得到量變化轉(zhuǎn)換成電信號，即可得到被測力值。通常采用調(diào)頻或調(diào)相被測力值。通常采用調(diào)頻或調(diào)相電路來測量電容。這種測力裝置電路來測量電容。這種測力裝置可用于大型電子吊秤?？捎糜诖笮碗娮拥醭?。 測位移法測位移法 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南

7、農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.2 5.1.2 力的測量方法力的測量方法測位移法測位移法 彈性元件受力產(chǎn)生位移，彈性元件受力產(chǎn)生位移，帶動差動變壓器的鐵芯帶動差動變壓器的鐵芯運動，使兩線圈互感發(fā)運動，使兩線圈互感發(fā)生變化，最后使差動變生變化，最后使差動變壓器的輸出電壓產(chǎn)生和壓器的輸出電壓產(chǎn)生和彈性元件受力大小成比彈性元件受力大小成比例的變化。例的變化。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.2 5.1.2 力的測量方法力的測量方法物理效應(yīng)法物理效應(yīng)法 物體在力作用下會產(chǎn)生某些物理物體在力作用下會產(chǎn)生某些物理效應(yīng)，如應(yīng)變效

8、應(yīng)，壓磁效應(yīng)，效應(yīng)，如應(yīng)變效應(yīng)，壓磁效應(yīng)，壓電效應(yīng)等，可以利用這些效應(yīng)壓電效應(yīng)等，可以利用這些效應(yīng)間接檢測力值。依據(jù)不同的物理間接檢測力值。依據(jù)不同的物理效應(yīng)和檢測原理可分為電阻應(yīng)變效應(yīng)和檢測原理可分為電阻應(yīng)變式、壓磁式、壓電式等等。式、壓磁式、壓電式等等。這類這類傳感器的測量基礎(chǔ)是彈性元件的傳感器的測量基礎(chǔ)是彈性元件的彈性變形和作用力成正比的現(xiàn)象。彈性變形和作用力成正比的現(xiàn)象。這類傳感器原則上可簡化為如圖這類傳感器原則上可簡化為如圖所示的在質(zhì)量塊受力的單自由度所示的在質(zhì)量塊受力的單自由度振動系統(tǒng)。振動系統(tǒng)。 zf(t)kcm華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與

9、力的測試5.1.2 5.1.2 力的測量方法力的測量方法華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.2 5.1.2 力的測量方法力的測量方法物理效應(yīng)法物理效應(yīng)法 傳感器的彈性和慣性參傳感器的彈性和慣性參數(shù)是分布的而不是集中數(shù)是分布的而不是集中的，作為集中參數(shù)質(zhì)量、的，作為集中參數(shù)質(zhì)量、彈簧剛度和阻尼比都很彈簧剛度和阻尼比都很難確定，而且其固有頻難確定，而且其固有頻率也總是和外部承力構(gòu)率也總是和外部承力構(gòu)件的質(zhì)量有關(guān)，因此，件的質(zhì)量有關(guān)，因此，對于這類傳感器，應(yīng)進對于這類傳感器，應(yīng)進行動態(tài)和靜態(tài)校準，以行動態(tài)和靜態(tài)校準，以建立其輸出和輸入力之建立其輸出和輸

10、入力之間的關(guān)系和確定其靈敏間的關(guān)系和確定其靈敏度、固有頻率等項特性度、固有頻率等項特性參數(shù)。參數(shù)。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.3 5.1.3 測力裝置的使用特點測力裝置的使用特點使用測力裝置在測量過程中，使用測力裝置在測量過程中，它與被測系統(tǒng)以及它的支撐它與被測系統(tǒng)以及它的支撐系統(tǒng)組成非常復(fù)雜的多自由系統(tǒng)組成非常復(fù)雜的多自由度振動系統(tǒng)，在動態(tài)力作用度振動系統(tǒng)，在動態(tài)力作用下，該彈性元件的彈性變形下，該彈性元件的彈性變形同動態(tài)力的關(guān)系也就變得相同動態(tài)力的關(guān)系也就變得相當復(fù)雜，兩者在幅值、相位當復(fù)雜，兩者在幅值、相位方面都有較大差異，這些差

11、方面都有較大差異，這些差異和測力裝置的動態(tài)特性、異和測力裝置的動態(tài)特性、支撐系統(tǒng)、負載效應(yīng)都有密支撐系統(tǒng)、負載效應(yīng)都有密切關(guān)系。切關(guān)系。 FF華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.3 5.1.3 測力裝置的使用特點測力裝置的使用特點被測系統(tǒng)的被測系統(tǒng)的構(gòu)件作為測構(gòu)件作為測力裝置的構(gòu)力裝置的構(gòu)件件 FF系統(tǒng)的構(gòu)件系統(tǒng)的構(gòu)件直接出現(xiàn)物直接出現(xiàn)物理效應(yīng)理效應(yīng) 模擬實際使用條件，模擬實際使用條件，在整個工作頻率范圍在整個工作頻率范圍內(nèi)進行全面校準內(nèi)進行全面校準 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.1.3 5.1.

12、3 測力裝置的使用特點測力裝置的使用特點 按照實際條件進行現(xiàn)場靜態(tài)和動態(tài)校準；按照實際條件進行現(xiàn)場靜態(tài)和動態(tài)校準； 避免專為測試而增減被測機械系統(tǒng)的構(gòu)件；避免專為測試而增減被測機械系統(tǒng)的構(gòu)件； 測力裝置整體化、簡單化；測力裝置整體化、簡單化； 采用適當?shù)难a償技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法。采用適當?shù)难a償技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法。 總的使用原則總的使用原則華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試 當材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時，它的幾何當材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時，它的幾何形狀和形狀和尺寸尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為將發(fā)生變化，這種形變稱為應(yīng)變應(yīng)變（StrainStrai

13、n）。材料發(fā)生形變時內(nèi)部產(chǎn)生了大小相）。材料發(fā)生形變時內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面單位面積積上的這種反作用力為上的這種反作用力為應(yīng)力應(yīng)力（StressStress）?；蛭矬w）?；蛭矬w由于外因由于外因( (受力、濕度變化等受力、濕度變化等) )而變形時，在物體而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。到變形前的位置。5.2 5.2 應(yīng)力測量應(yīng)力測量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)

14、大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試應(yīng)力應(yīng)力分為由拉伸載荷引起的拉應(yīng)力、由分為由拉伸載荷引起的拉應(yīng)力、由壓縮載荷引起的壓應(yīng)力和由剪切引起的剪應(yīng)壓縮載荷引起的壓應(yīng)力和由剪切引起的剪應(yīng)力。拉應(yīng)力和壓應(yīng)力都產(chǎn)生在橫截面的法線力。拉應(yīng)力和壓應(yīng)力都產(chǎn)生在橫截面的法線方向上，這種應(yīng)力常常稱為方向上，這種應(yīng)力常常稱為正應(yīng)力（正應(yīng)力（normal stress）, ,而剪應(yīng)力產(chǎn)生在橫截面的切線方向而剪應(yīng)力產(chǎn)生在橫截面的切線方向上，通常稱為上，通常稱為切應(yīng)力（切應(yīng)力（tangential stress）。 5.2 5.2 應(yīng)力測量應(yīng)力測量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械

15、振動與力的測試yTFAW正應(yīng)力：正應(yīng)力：AWs剪應(yīng)力：剪應(yīng)力：W W為拉伸（或壓縮）載荷，為拉伸（或壓縮）載荷，WsWs為剪切載荷，為剪切載荷，A A為橫截面積。為橫截面積。 5.2 5.2 應(yīng)力測量應(yīng)力測量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試應(yīng)變應(yīng)變單位長度材料的單位長度材料的變形量稱為應(yīng)變量，簡稱應(yīng)變形量稱為應(yīng)變量，簡稱應(yīng)變。應(yīng)變分為變。應(yīng)變分為軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變 橫向應(yīng)變橫向應(yīng)變 剪切應(yīng)變剪切應(yīng)變 ld1tanl 應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的關(guān)系橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的關(guān)系Et5.2 5.2 應(yīng)力測量應(yīng)力測量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華

16、南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試東漢東漢考工記考工記弓人弓人中的測變形圖中的測變形圖應(yīng)力是一重要的機械量，它表征了構(gòu)件的受載狀態(tài)、負載水應(yīng)力是一重要的機械量，它表征了構(gòu)件的受載狀態(tài)、負載水平和強度能力，因此應(yīng)力測量是其它力參數(shù)測量的基礎(chǔ)。通平和強度能力，因此應(yīng)力測量是其它力參數(shù)測量的基礎(chǔ)。通過應(yīng)力分析可以測定外載的大小、方向以及各種動態(tài)響應(yīng)。過應(yīng)力分析可以測定外載的大小、方向以及各種動態(tài)響應(yīng)。 5.2 5.2 應(yīng)力測量應(yīng)力測量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試 壓 力 作 用 膜 片 形 變 （ 應(yīng) 變 ） 應(yīng) 變 片 電 阻 改

17、 變 敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件采用電阻應(yīng)變法測量應(yīng)力時就是利用該原理首先把被采用電阻應(yīng)變法測量應(yīng)力時就是利用該原理首先把被測應(yīng)力轉(zhuǎn)變成彈性元件的應(yīng)變，再利用電阻應(yīng)變效應(yīng)測應(yīng)力轉(zhuǎn)變成彈性元件的應(yīng)變，再利用電阻應(yīng)變效應(yīng)測出應(yīng)變，從而間接地測出力的大小。測出應(yīng)變，從而間接地測出力的大小。 5.2 5.2 應(yīng)力測量應(yīng)力測量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試abcd1R2R3R4RyU0U1I2I若當四個橋臂的阻值變化同號時：若當四個橋臂的阻值變化同號時： UoRRRRRRRRUy)(4104030201設(shè)四個橋臂的初始電阻值均為設(shè)四個橋臂的初始電阻值均

18、為R R0 0ERdR2電橋的和差特性電橋的和差特性 5.2 5.2 應(yīng)力測量應(yīng)力測量華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3 5.3 應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器在所有力傳感器中，應(yīng)變式力傳感器應(yīng)用最為廣泛。它在所有力傳感器中，應(yīng)變式力傳感器應(yīng)用最為廣泛。它能應(yīng)用于極小到很大的動、靜態(tài)力的測量，且測量精度能應(yīng)用于極小到很大的動、靜態(tài)力的測量，且測量精度高，高，其使用量約占力傳感器總量的其使用量約占力傳感器總量的9090左右左右。應(yīng)變式力。應(yīng)變式力傳感器首先把被測力轉(zhuǎn)變成彈性元件的應(yīng)變，再利用電傳感器首先把被測力轉(zhuǎn)變成彈性元件的應(yīng)變，再利用電阻應(yīng)變效應(yīng)

19、測出應(yīng)變，從而間接地測出力的大小。阻應(yīng)變效應(yīng)測出應(yīng)變，從而間接地測出力的大小。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.1 5.3.1 應(yīng)變式力傳感器的組成應(yīng)變式力傳感器的組成確 保 力 的確 保 力 的良好傳遞良好傳遞將 受 力 轉(zhuǎn)將 受 力 轉(zhuǎn)化為應(yīng)變化為應(yīng)變將應(yīng)變的變將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電化轉(zhuǎn)換為電量的變化量的變化加載裝置加載裝置彈性元件彈性元件應(yīng)變片應(yīng)變片保護套保護套華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.2 5.3.2 應(yīng)變式力傳感器常見彈性元件應(yīng)變式力傳感器常見彈性元件 柱式柱式筒式筒式梁式梁式應(yīng)

20、變式力傳感器的彈性元件是主要元件，其設(shè)計的好壞直應(yīng)變式力傳感器的彈性元件是主要元件，其設(shè)計的好壞直接決定著傳感器的靈敏度、抗干擾能力等重要指標。彈性接決定著傳感器的靈敏度、抗干擾能力等重要指標。彈性元件的材質(zhì)一般用合金鋼，如元件的材質(zhì)一般用合金鋼，如40CrNiMo,40CrMnMo40CrNiMo,40CrMnMo。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.2 5.3.2 應(yīng)變式力傳感器常見彈性元件應(yīng)變式力傳感器常見彈性元件 受拉；受拉； 受壓受壓1372546 8華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.

21、2 5.3.2 應(yīng)變式力傳感器常見彈性元件應(yīng)變式力傳感器常見彈性元件零應(yīng)變零應(yīng)變應(yīng)變最大處應(yīng)變最大處39.6 F有應(yīng)變有應(yīng)變零應(yīng)變零應(yīng)變F由于圓環(huán)不易夾緊，實際上通常由于圓環(huán)不易夾緊，實際上通常用八角環(huán)代替，當環(huán)的厚度與環(huán)用八角環(huán)代替，當環(huán)的厚度與環(huán)的半徑之比為的半徑之比為0.40.4時，零應(yīng)變點時，零應(yīng)變點在在4545處，故一般八角環(huán)的一部處，故一般八角環(huán)的一部分應(yīng)變片貼在分應(yīng)變片貼在4545處。處。 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.3 5.3.3 應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例單分量傳感器單分量傳感器測量壓縮力的應(yīng)變式測力傳

22、測量壓縮力的應(yīng)變式測力傳感器的典型結(jié)構(gòu)又名感器的典型結(jié)構(gòu)又名測力頭測力頭。為了提高靈敏度，常采用內(nèi)為了提高靈敏度，常采用內(nèi)圓外方的空心柱；加強板的圓外方的空心柱；加強板的作用是增大作用是增大XYXY平面的剛度，平面的剛度，而其而其Z Z向的剛度很小采用全向的剛度很小采用全橋法能消除彎矩的影響，也橋法能消除彎矩的影響，也有溫度補償功能。有溫度補償功能。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.3 5.3.3 應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.3 5.3.3 應(yīng)變

23、式力傳感器設(shè)計實例應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例返回艙再入大氣層時，因為再入速度很高，空氣又比較返回艙再入大氣層時，因為再入速度很高，空氣又比較稠密，氣動環(huán)境十分惡劣。返回艙在返回地球時由于需稠密，氣動環(huán)境十分惡劣。返回艙在返回地球時由于需要減速因此選用了大鈍頭外形，但正因為選用了大鈍頭要減速因此選用了大鈍頭外形，但正因為選用了大鈍頭外形，又存在一些不可避免的問題：巨大的空氣阻力對外形，又存在一些不可避免的問題：巨大的空氣阻力對氣動力特性產(chǎn)生落點偏失等嚴重影響。氣動力特性產(chǎn)生落點偏失等嚴重影響。 飛行器模型測力天飛行器模型測力天平平華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力

24、的測試5.3.3 5.3.3 應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例承載錐承載錐彈性元件彈性元件加速度計加速度計應(yīng)變片應(yīng)變片flow地面模擬試驗示意地面模擬試驗示意華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試5.3.3 5.3.3 應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例應(yīng)變式力傳感器設(shè)計實例華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試1 1 天平天平 2 2 加載套加載套 3 3 鋼絲鋼絲 4 4 滑輪滑輪 5 5 載荷載荷靜態(tài)校準靜態(tài)校準華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試機械振動是生活中常見的運動

25、形式機械振動是生活中常見的運動形式上下跳動的上下跳動的皮球皮球小鳥飛離后小鳥飛離后顫動的顫動的樹枝樹枝被手撥動的被手撥動的彈簧片彈簧片第第6 6章章 機械振動測試機械振動測試 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試振動壓路機振動壓路機振動篩振動篩振動破碎機振動破碎機超聲波影像圖超聲波影像圖概率篩概率篩測量機器振動測量機器振動第第6 6章章 機械振動測試機械振動測試 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試6.1.1 6.1.1 機械振動的初步認識機械振動的初步認識無阻尼簡諧振動無阻尼簡諧振動xokm)tcos(Ax 位位

26、 移移22cos()cos()dvaAtAtdt sin()cos()2dxvAtAtdt 速速 度度加速度加速度2468101214-1-0.50.51vt xa華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試名稱名稱 波波 形形 頻頻 譜譜 名稱名稱 波波 形形 頻頻 譜譜各種振動的頻譜圖各種振動的頻譜圖華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試6.1.2 6.1.2 機械振動檢測方法機械振動檢測方法名稱名稱原理原理優(yōu)缺點及應(yīng)用優(yōu)缺點及應(yīng)用電測法電測法將被測對象的振動量轉(zhuǎn)換將被測對象的振動量轉(zhuǎn)換成電量，然后用電量測試成電量，然后

27、用電量測試儀器進行測量儀器進行測量靈敏度高，頻率范圍及動態(tài)、線性范圍靈敏度高，頻率范圍及動態(tài)、線性范圍寬，便于分析和遙測，但易受電磁場干寬，便于分析和遙測，但易受電磁場干擾。是目前最廣泛采用的方法擾。是目前最廣泛采用的方法機械法機械法利用杠桿原理將振動量放利用杠桿原理將振動量放大后直接記錄下來大后直接記錄下來抗干擾能力強，頻率范圍及動態(tài)、線性范圍窄、抗干擾能力強，頻率范圍及動態(tài)、線性范圍窄、測試時會給工件加上一定的負荷，影響測試結(jié)測試時會給工件加上一定的負荷，影響測試結(jié)果，用于低頻大振幅振動及扭振的測量果，用于低頻大振幅振動及扭振的測量光學(xué)法光學(xué)法利用光杠桿原理、讀數(shù)顯利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微

28、鏡、光波干涉原理，激微鏡、光波干涉原理，激光多普勒效應(yīng)等進行測量光多普勒效應(yīng)等進行測量不受電磁場干擾，測量精度高，適于對質(zhì)量小不受電磁場干擾，測量精度高，適于對質(zhì)量小及不易安裝傳感器的試件作非接觸測量。在精及不易安裝傳感器的試件作非接觸測量。在精密測量和傳感器、測振儀標定中用得較多密測量和傳感器、測振儀標定中用得較多華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試光杠桿望遠鏡(光標燈)豎尺SS0S1d2d1L6.1.2 6.1.2 機械振動檢測方法機械振動檢測方法光杠桿法光杠桿法華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試在大多數(shù)的情

29、況下，機械振動是有害的。振動常常破壞機械在大多數(shù)的情況下，機械振動是有害的。振動常常破壞機械的正常工作，振動的動載荷使機械加快失效，降低機械設(shè)備的正常工作，振動的動載荷使機械加快失效，降低機械設(shè)備的使用壽命甚至導(dǎo)致?lián)p壞造成事故。振動也有可以被利用的的使用壽命甚至導(dǎo)致?lián)p壞造成事故。振動也有可以被利用的一方面，如運輸、夯實、搗固、清洗、脫水、時效等。一方面，如運輸、夯實、搗固、清洗、脫水、時效等。 對設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，對設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，使其產(chǎn)生振動，然后測量其振使其產(chǎn)生振動，然后測量其振動；此類振動的目的是研究設(shè)動；此類振動的目的是研究設(shè)備或結(jié)構(gòu)的力學(xué)動態(tài)特性。備或結(jié)構(gòu)的力學(xué)動態(tài)特性

30、。 現(xiàn)場測量設(shè)備和結(jié)構(gòu)現(xiàn)場測量設(shè)備和結(jié)構(gòu)所存在的振動特性所存在的振動特性信號的時域分析和頻域分析信號的時域分析和頻域分析6.1.2 6.1.2 機械振動檢測方法機械振動檢測方法華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試系統(tǒng)僅受到初始條件系統(tǒng)僅受到初始條件( (初始位移、初始速度初始位移、初始速度) )的激勵而引起的激勵而引起的振動稱為的振動稱為自由振動自由振動，系統(tǒng)在持續(xù)的外作用力激勵下的振，系統(tǒng)在持續(xù)的外作用力激勵下的振動稱為動稱為受迫振動受迫振動。在簡化模型中，振動體的位置或形狀只。在簡化模型中，振動體的位置或形狀只需用一個獨立坐標來描述的系統(tǒng)稱為單自由度

31、系統(tǒng)。需用一個獨立坐標來描述的系統(tǒng)稱為單自由度系統(tǒng)。 kcy(t)x(t)m測試工作中的許多工程問題，往往測試工作中的許多工程問題，往往可以用可以用彈簧彈簧- -阻尼器阻尼器- -質(zhì)量塊質(zhì)量塊構(gòu)成的構(gòu)成的單自由度模型來描述單自由度模型來描述 。但是在不同。但是在不同的場合下所處理的輸入、輸出量往的場合下所處理的輸入、輸出量往往是不同的，從而其頻率響應(yīng)函數(shù)往是不同的，從而其頻率響應(yīng)函數(shù)及幅頻、相頻特性也不同及幅頻、相頻特性也不同 6.2 6.2 由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試；6.2 6.2 由

32、系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動起的受迫振動華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試202dtzdmk)zz (10)zz (c10dtd0Z) t (Z1kcm設(shè)基礎(chǔ)的絕對位移設(shè)基礎(chǔ)的絕對位移Z Z1 1，質(zhì)量塊質(zhì)量塊m m的絕對位移為的絕對位移為Z Z0 0，分析如圖自由體上，分析如圖自由體上所受的力可得所受的力可得 : :0)()(1010202zzkzzdtdcdtzdm如果考察質(zhì)量塊如果考察質(zhì)量塊m m對基礎(chǔ)的相對運動，對基礎(chǔ)的相對運動， 則可改寫成則可改寫成 ：2120101201

33、2dtzdmkzdtdzcdtzdm1001zzz6.2 6.2 由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試6.2 6.2 由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動,sin)(11tztzmtzmkzdtdzcdtzdmmsin1201012012設(shè)載體的運動為簡諧運動：設(shè)載體的運動為簡諧運動：上式變?yōu)樯鲜阶優(yōu)? :考慮如下幾種情形：考慮如下幾種情形：輸入輸入手段手段輸出輸出載體振動位移載體振動位移載體振動速度載體振動速度載體振動加速度載體振動加速度振動振動位移計位移計質(zhì)量塊質(zhì)量塊M對基礎(chǔ)

34、對基礎(chǔ)的相對位移的相對位移速度計速度計加速度計加速度計華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試6.2.2 6.2.2 由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動2222101)/2()/(1 )/(nnnmmdzzA2d)/(1)/(2arctgnn位移輸入位移輸入位移計應(yīng)工作在過諧振區(qū)，位移計應(yīng)工作在過諧振區(qū)，其固有頻率越低越好。當阻其固有頻率越低越好。當阻尼比取值在尼比取值在0.60.60.80.8范圍內(nèi)范圍內(nèi)時，幅頻特性曲線有最寬廣時，幅頻特性曲線有最寬廣而平坦的曲線段，此時，相而平坦的曲線段，此時，相頻特性曲線在很寬的范圍內(nèi)頻特性曲線在

35、很寬的范圍內(nèi)也幾乎是直線。也幾乎是直線。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試6.2.2 6.2.2 由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動速度輸入速度輸入221014)/(1nnnmmzzA2)/(1)/(22nnVarctg速度計應(yīng)工作在諧振區(qū)附近，速度計應(yīng)工作在諧振區(qū)附近，在選用速度計測量振動速度在選用速度計測量振動速度的響應(yīng)時，往往使其在很大的響應(yīng)時，往往使其在很大的過阻尼狀態(tài)下工作。的過阻尼狀態(tài)下工作。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試6.2 6.2 由系統(tǒng)基礎(chǔ)運動引起的受迫振動由系統(tǒng)基

36、礎(chǔ)運動引起的受迫振動加速度輸入加速度輸入2222101)/2()/(1 /1nnmmazzA 2)/(1/2nnaarctg加速度計應(yīng)工作在亞諧振區(qū)，加速度計應(yīng)工作在亞諧振區(qū)，其固有頻率越高越好。當阻其固有頻率越高越好。當阻尼比取值在尼比取值在0.60.60.80.8范圍內(nèi)范圍內(nèi)時，幅頻特性曲線有最寬廣時，幅頻特性曲線有最寬廣而平坦的曲線段，此時，相而平坦的曲線段，此時，相頻特性曲線在很寬的范圍內(nèi)頻特性曲線在很寬的范圍內(nèi)也幾乎是直線也幾乎是直線華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院機械振動與力的測試機械振動與力的測試傳感器傳感器工作原理工作原理壓電式壓電式振動時，使傳感器中的壓電元件受到慣性

37、重塊的慣性力作振動時，使傳感器中的壓電元件受到慣性重塊的慣性力作用而產(chǎn)生電荷。輸出量與用而產(chǎn)生電荷。輸出量與振動加速度振動加速度成正比成正比 。電動式電動式振動時，使傳感器中的可動線圈在磁場中振動，切割磁力振動時，使傳感器中的可動線圈在磁場中振動，切割磁力線而感應(yīng)出電動勢輸出量與線而感應(yīng)出電動勢輸出量與振動速度振動速度成正比成正比電磁式電磁式振動時，使傳感器中在磁場里的靜止線圈周圍磁通量發(fā)變振動時，使傳感器中在磁場里的靜止線圈周圍磁通量發(fā)變化而感應(yīng)電動勢。輸出量與化而感應(yīng)電動勢。輸出量與振動速度振動速度成正比。成正比。電阻式電阻式絲式：絲式：振動時，傳感器中電阻絲長度變化而使電阻變化。振動時，傳感器中電阻絲長度變化而使電阻變化。壓阻式：壓阻式：利用半導(dǎo)體或某些稀有金屬受力變形時電阻率改利用半導(dǎo)體或某些稀有金屬受力變形時電阻率改變的特性。與變的特性。與振動位移振動位移成正比。成正比。電容式電容式相對式相對式由振動體與傳感器作為電容的兩極，兩極的間隙或由振動體與傳感器作為電容的兩極，兩極的間隙或相對有效面積產(chǎn)生變化而使電容變化。相對有效面積產(chǎn)生變化而使電容變化。慣性式慣性式由慣性重塊由慣性重塊和傳感器基座組成電容的兩極。輸出量與和傳感器基座組成電容的兩極。輸出量與位移成正比位移