第四章 运动参数测量.ppt

1、研究机械的运动规律、运动性能和力能参数都要涉及运动参数的测量。 运动参数：位移、速度、加速度。,第四章运动参数的测量,4-1 位移的测量,位移是一种常见的运动量，是线位移和角位移的总称。 位移是向量。,按位移测量原理来分有： 机械式位移测量法 如浮子式油量表、水箱液位计等都是利用浮子来感受液面的位移，达到指示油量的大小和水位的高低。 特点：机械惯性大，动态特性较差，不能远距离传送。,电气式位移测量法 位移量通过位移传感器转换为电量，再经相应的测试电路处理后，传递到显示或记录装置。 特点：动态范围大，接触式测量时，传感器对被测对象有一定影响。,光电式位移测量法 将机械位移量通过光电式位移传感器转

2、换为电量再进行测量的方法。 特点：应用于需进行非接触测量的场合，对被测对象无不良影响，具有较高的频响精度。,电阻式位移测量系统 应变片式位移测量系统 电感式位移测量系统 电容式位移测量系统 光电式位移测量系统,线位移：机构沿着某一条直线移动的距离。 角位移：机构绕着某一定点转动的角度。 传感器的种类： 大位移（1mm以上）：滑线电阻，光电式传感器（毫米级） 小位移（1mm以下）：应变片，电感式，电容式 （一） 滑线电阻,第四章运动参数的测量,测量电路：电桥特点： （1）结构简单 （2）速度不能太快 （3）接触电阻不稳定容易引起误差,（二） 应变片式位移传感器 原理：用一弹性元件把位移量转换成应

3、变量，然后用应变片、应变仪 测量记录。 常用元件：悬臂梁等,等截面梁：,等强度梁：,在一般测量中应使用标定方法确定应变和位移之间的数量关系，而不直接使用上式。,用应变片测大位移,角不能太小，角越小对楔块的导向性要求也就越高。,（三） 差动变压器式 组成原理：用三个绕线组和可移动铁芯组成，初级线圈1接通交流电源，因互感效应在磁极线圈2、3产生电动势，两者反接。 铁芯在中间，输出电压U0 铁芯向上移 U0 铁芯向下移 U0 由电压值测得铁芯的位移量,（四） 光电式 原理：将机械位移（线位移或角位移）转换成电脉冲的装置,光电式传感器：将被测量的变化转换成光量的变化，再通过光电元件把光量变化转换成电信

4、号的一种装置。,光电传感器的物理基础是光电效应。,光电效应分两大类型：外光电效应和内光电效应,测试框图：,光电传感器的应用 1 烟尘浊度检测仪 烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。,2 灯光亮度自动控制器 灯光亮度控制器可按照环境光照强度自动调节白炽灯或荧光灯的亮度，从而使室内的照明自动保持在最佳状态，避免人们产生视觉疲劳。 控制器主要由环境光照检测电桥、放大器、积分器、比较器、过零检测器、锯齿波形成电路、双向晶闸管等组成。过零检测器对50H

5、z市电电压的每次过零点进行检测，并控制锯齿波形成电路,使其产生与市电同步的锯齿波电压，该电压加在比较器的同相输入端。 由光敏电阻与电阻组成的电桥将环境光照的变化转换成直流电压的变化，该电压经放大并由积分电路积分后加到比较器的反相输入端，其数值随环境光照的变化而缓慢地成正比例变化。,两个电压的比较结果，便可从比较器输出端得到随环境光照强度变化而脉冲宽度发生变化的控制信号，该控制信号的频率与市电频率同步，其脉冲宽度反比于环境光照，利用这个控制信号触发双向晶闸管，改变其导通角，便可使灯光的亮度随环境光照做相反的变化，从而达到自动控制环境光照不变的目的。,（五） 位移测杆 将螺纹槽内灌满环氧树脂，在螺

6、纹的一条母线上，螺纹齿顶（金属）与环氧树脂交替出现，这样就可输出一系列方波，那么一个周期就表示触头走过了一个螺距。,（六） 电感式位移传感器 （七） 感应同步器式位移传感器 （八） 磁栅式,（一） 位移时间曲线的图解微分法 通过位移的测量，得到位移时间曲线，将它进行图解微分就是速度时间曲线 以比例尺s和t做s-t曲线 在图线下方建立V-T坐标，比例尺v和t 从O点向-t方向取线段 做PM平行于s-t曲线，在t1点的切线，则 则：,4-2 速度的测量,（二） 定距测时法 通过测被测件经过一已知距离所需的时间，然后计算出其速度。 用两个振子同时记录s，t,感光纸上时标长度 位移杆上绝缘段长度 感光

7、纸上对应位移杆绝缘段的讯号长度,锤头速度测量：,（三） 测速发电机测速度 测速发电机：交流型和直流型 测速原理：电枢转动时，有电压输出，大小正比于速度,由电压大小求得速度 速度太大、太小动态特性差，用于测量速度变化不大的场合。,4-2 速度的测量,J12-40压力机的强度测试,J12-40压力机的强度测试 试验目的：检验该压力机主要零件的强度是否安生，研究其应力分布规律。 试验内容：测定床身、曲轴、连杆等零件的静态和动态应力。,测试方案： 测点的选择和布片,床身的测点布置： 其测点布置如右图。通过1-1截面的测点，可测出该截面的应力分布规律，并鉴定其强度是否安全，由于该截面各点是线应力状态，故

8、都沿Y轴方向贴片。在贴片过程中，发现9与10测点之间存在铸造缺陷，考虑应力集中对9、10点的影响，放在其下面补贴13、14两片作为参考和比较。 2-2截面比较单薄，在其上布置l、2测点。为了测出转角处的应力集中情况布置了Fl和F2两个应变花。,J12-40压力机的强度测试,加载方法： 静态测试：把压力机滑块调到下死点，用液压加载荷器，逐级加至额定教荷40吨。 动态测试的加裁：是通过冲栽厚度为4mm、直径为94mm的A3钢板来实现，其载荷动态应力测试是在静态测试后进行，便于选择测点可使测试工作简化。 测试仪器 静态测试时选用：Y3-5静态应变仪，YJD-1静动态应变仪。 动态测试时选用；Y6D-

9、动态电阻应变仪，SC-1八线示波器。 测试前对仪器进行了检查和校正，其误差都在说明书规定范围之内。测力传感器也进行了标定。,J12-40压力机的强度测试,覆面各测点的静、动态应力,J12-40压力机的强度测试,床身1-1截面的应力分布曲线,在最大拉应力处静态实测应力比计算应力大34.8，动态实测应力又比静态实测应力大55.3，而且实测的中性层比理论计算的中性层往喉口方向前移。因此按直杆计算的应力与实测值有较大出入，应寻求更好的计算方法。 测试结果表明：床身最大应力出现在应力集中点F2上（103.5MPa）；床身材料为QT-45-0，实测强度极限350MPa，故认为床身是安全的。但应力值过高，应

10、设法加以改善。,J12-40压力机的强度测试,结构强度与刚度的模型试验在试验研究中是常遇到的。如设计一台新型或大型机器时，都要通过模型试验来确定其最佳方案；有时由于研究问题的特殊性而在实际机器上无法进行直接试验也需要通过模型试验来解决。 模型试验包括模型设计、如何测量数值和怎样将测得数据推算到实物上去等三个问题。 模型设计包括模型材料的选择，几何尺寸的决定加载方法和试验程序的安排等。 测量数值问题，模型试验与在实际机器上试验没有什么不同之处。处理数据的问题与模型的设计直接有关。所以，模型试验的关键问题是如何设计一个模型，使它能够代表实物即模型与实物间存在有相似性。,相似理论,根据相似理论，对于

11、弹性问题，模型与实物间相似的条件是：要保证模型与实物是力学相似；为了保证其力学相似还必须满足若干相似准则。 所谓力学相似包括三方面内容： 几何相似，是指模型与实物的几何形状应相同，两者的各个几何尺寸都有同样的比例关系，即有同一比例尺，称此比例尺为几何相似比。 运动相似，即要求模型的变形位移、速度、加速度与实物相应点的相似。 动力相似，即要求作用在模型上的外力与作用在实物上的外力相似。 上述这些相似比，并不是孤立的，它们之间必须满足一定的关系，即要满足相似准则或相似判据。确定相似准则的方法有分析方程式法和量纲分析法，此两种方法虽不同，但结果是一样的。,相似理论,模型的几何相似比和材料的选择： 从

12、原理上说，模型的几何相似比是可以任意选定的，但应考虑： 模型加工的可能性，即选择适当的几何比使模型能制造出来，这直接与被测件(实物)的形状复杂程度、尺寸大小及模型材料等有关 模型试验测量的可能性，即应使模型有足够的地方安装测试装置，保证试验测量的进行。 试验模型可用与实物相同的材料来制造。其优点是直接模拟、换算方便，缺点是模型制造较难、加载力大、应变和变形量小，不便于测量。 试验模型也可用低弹性模量的非金属材料来制造。它的优点是加载力小应变及变形量大，并且加工工艺简单。缺点是材料性能的稳定性差、影响因素多。,相似理论,目前常用的非金属材料有酚醛树脂和有机玻璃。 酚醛树脂通常是制成块料，也可自行配料浇铸，它的强度极限和弹性模量决定于树脂的聚化程度，它在载荷下实际上没有蠕变，并容易成型与切削加工，但有一定的脆性。 有机玻璃一般是削成l-20毫米的板材，更厚的用板材粘贴而成。此材料机械加工成形比较容易；如用木工工具就可切割下料，可进行车、铣、刨等加工；它在100左右就软化，可利用模具加压成形，制成各