测试技术在机械工程中的.pptx

第一节、测试技术在检测技术中的应用第一节、测试技术在检测技术中的应用第第8章章 测试技术在机械工程中的典型应用测试技术在机械工程中的典型应用 本章介绍的检测技术内容内容主要侧重在机本章介绍的检测技术内容内容主要侧重在机械工业中的几何量（如尺寸、几何形状、位移等）械工业中的几何量（如尺寸、几何形状、位移等）的检测。的检测。检测技术的社会效益巨大，可以保证产品质检测技术的社会效益巨大，可以保证产品质量，降低废品的产生率，减少材料消耗，减轻工量，降低废品的产生率，减少材料消耗，减轻工人的劳动强度，减少停机检测时间和设备调整时人的劳动强度，减少停机检测时间和设备调整时间以及减少检测人员从而提高劳动生产率。间以及减少检测人员从而提高劳动生产率。8.1.1 回转轴径向误差运动的测量回转轴径向误差运动的测量一、定义：一、定义：回转轴误差运动是指回转运动中回转轴回转轴误差运动是指回转运动中回转轴线偏离理想位置而出现的附加运动。线偏离理想位置而出现的附加运动。n在理想的情况下，回转轴的实际中心线的空间位置在理想的情况下，回转轴的实际中心线的空间位置相对于某一固定参考轴线是不随时间变化的。相对于某一固定参考轴线是不随时间变化的。n实际上，由于轴径、轴承存在缺陷，轴挠曲、支承实际上，由于轴径、轴承存在缺陷，轴挠曲、支承孔的误差以及振动等原因，使回转轴线在每一瞬间是孔的误差以及振动等原因，使回转轴线在每一瞬间是变动的。变动的。第一节第一节 测试技术在检测技术中的应用测试技术在检测技术中的应用 工程上从研究误差运动对加工工程上从研究误差运动对加工的误差影响出发，通常简化为测量的误差影响出发，通常简化为测量回转误差运动中对加工精度影响最回转误差运动中对加工精度影响最大的那个方向上的分量。大的那个方向上的分量。二、工程测量方法二、工程测量方法第一节第一节 测试技术在检测技术中的应用测试技术在检测技术中的应用传感器传感器工件工件第一节第一节 测试技术在检测技术中的应用测试技术在检测技术中的应用对于刀具固定的机床对于刀具固定的机床:(比如车床的测试比如车床的测试)主轴回转误差在主轴回转误差在x方向的分量将以方向的分量将以1:1的关系的关系反映到加工表面上，主轴误差运动在反映到加工表面上，主轴误差运动在y方向的分量方向的分量对加工表面的影响极小。因此在测量时一般只要对加工表面的影响极小。因此在测量时一般只要是用一个传感器布置在敏感方向就可以了。是用一个传感器布置在敏感方向就可以了。对于刀具旋转工件固定的机床对于刀具旋转工件固定的机床:与主轴固结在一起的刀具对任何径向的误差与主轴固结在一起的刀具对任何径向的误差都会以都会以1：1的关系反映到加工表面上，为了测的的关系反映到加工表面上，为了测的回转误差运动方向的分量，需要使用两个互成回转误差运动方向的分量，需要使用两个互成90度的或随主轴一起旋转的传感器。度的或随主轴一起旋转的传感器。传感器传感器工件工件第一节第一节 测试技术在检测技术中的应用测试技术在检测技术中的应用测量仪测量仪1测量仪测量仪2位移传感器位移传感器x位移传感器位移传感器y双向测量法：双向测量法：测量一根通用的回转轴的径向运动误差时，可将参考测量一根通用的回转轴的径向运动误差时，可将参考坐标选在轴承支承孔上。这时运动误差所表示的是回转坐标选在轴承支承孔上。这时运动误差所表示的是回转过程中回转轴线对于支承孔的相对位移。回转轴任意径过程中回转轴线对于支承孔的相对位移。回转轴任意径向截面上的径向误差运动可采用在向截面上的径向误差运动可采用在x、y方向的两只位移方向的两只位移传感器来检测，任意时刻两分量的矢量和就是该时刻径传感器来检测，任意时刻两分量的矢量和就是该时刻径向误差运动。向误差运动。径向运动误差常用的测量方法：径向运动误差常用的测量方法：测量仪位移传感器回转轴径向运动误差常用的测量方法：径向运动误差常用的测量方法：单向测量法：单向测量法：有时由于种种原因，不必测量总的径向运动误差，有时由于种种原因，不必测量总的径向运动误差，而只需要测量它在某个方向上的分量（例如分析机床主而只需要测量它在某个方向上的分量（例如分析机床主轴的运动误差对加工形状的影响就属于这种情况），则轴的运动误差对加工形状的影响就属于这种情况），则可将一只位移传感器置于该方向来检测。这种方式称为可将一只位移传感器置于该方向来检测。这种方式称为单向测量法。单向测量法。在测量中，两种方法都必须利用基准在测量中，两种方法都必须利用基准面来体现回转轴线。通常是选用具有高圆面来体现回转轴线。通常是选用具有高圆度的圆球或圆环作为基准面。直接采用回度的圆球或圆环作为基准面。直接采用回转轴上的某一回转表面来作为基准面虽然转轴上的某一回转表面来作为基准面虽然可行，但由于该表面的形状误差不易满足可行，但由于该表面的形状误差不易满足测量要求，测量精度较差。测量要求，测量精度较差。O0理想回转中心理想回转中心Om基准球的几何中心基准球的几何中心Om瞬时回转中心中心瞬时回转中心中心e基准球的安装偏心量基准球的安装偏心量S()基准球的形状误差基准球的形状误差r()某一瞬间径向误差运动某一瞬间径向误差运动-两传感器输出信号两传感器输出信号单向测量法：单向测量法：数字式测量法数字式测量法 一种用数字信号处理技术（如一种用数字信号处理技术（如FFT等）消除信号中偏等）消除信号中偏心心e的影响，从而得到接近真实的瞬时回转中心的运动信的影响，从而得到接近真实的瞬时回转中心的运动信号，再把它或其分量叠加在一个人为确定的半径大小可号，再把它或其分量叠加在一个人为确定的半径大小可调整的基圆上去形成圆图像的方法。调整的基圆上去形成圆图像的方法。圆图像的处理与分析圆图像的处理与分析 圆图像圆图像一般是有一组误差运动曲线组成的。其整体一般是有一组误差运动曲线组成的。其整体称为称为总误差运动圆图像总误差运动圆图像。各转误差运动曲线的平均曲线，。各转误差运动曲线的平均曲线，称为称为平均误差运动圆图像平均误差运动圆图像。他们分别反映了误差运动的。他们分别反映了误差运动的总体情况和某种倾向性的误差运动规律。总体情况和某种倾向性的误差运动规律。对圆图像的数值评定，一般采用包容法，即用两个对圆图像的数值评定，一般采用包容法，即用两个正好包容误差运动圆图像的同心圆的半径差作为误差运正好包容误差运动圆图像的同心圆的半径差作为误差运动大小的评定值。动大小的评定值。第二节、机械阻抗试验第二节、机械阻抗试验 机械阻抗是机械系统动态特性的一种描述机械阻抗是机械系统动态特性的一种描述方法，属于模态分析的范围。常用的机械系统方法，属于模态分析的范围。常用的机械系统动态分析的途径有两条：动态分析的途径有两条：基于有限元分析等方法的理论建模分析；基于有限元分析等方法的理论建模分析；基于系统传递函数测试的实验方法。基于系统传递函数测试的实验方法。用试验的方法研究机械系统的动态分析特用试验的方法研究机械系统的动态分析特性称为机械阻抗试验或试验模态分析。性称为机械阻抗试验或试验模态分析。机械系统输入一任意激振力时，其相应可以用机械系统输入一任意激振力时，其相应可以用六个以振动位移、速度和加速度以及它们的倒六个以振动位移、速度和加速度以及它们的倒数所组成的机械阻抗数据来表达。机械阻抗一数所组成的机械阻抗数据来表达。机械阻抗一般是以频率为变量的复函数，一般都包含了系般是以频率为变量的复函数，一般都包含了系统的幅频特性统的幅频特性 和相频特性和相频特性 振动模态是振动系统的一种表征，是由系振动模态是振动系统的一种表征，是由系统特征值和相应的特征向量所确定的。统特征值和相应的特征向量所确定的。表征振动模态的特征参数有振动系统的固表征振动模态的特征参数有振动系统的固有频率、振型模态阻尼、刚度、质量等。有频率、振型模态阻尼、刚度、质量等。试验对象试验对象激励激励测激振力测激振力测响应测响应A/DFFT传递函数传递函数曲线拟合曲线拟合模态振型图模态振型图力传感器力传感器响应传感器响应传感器机械阻抗试验的原理图机械阻抗试验的原理图1、激励信号和激振器、激励信号和激振器常用的激励信号主要有常用的激励信号主要有机械阻抗试验中使用最早最普遍的激励信机械阻抗试验中使用最早最普遍的激励信号，能量集中，信噪比高，试验结果可靠。号，能量集中，信噪比高，试验结果可靠。常用的激振器有：常用的激振器有：电动式、电磁式和电液式电动式、电磁式和电液式三种。三种。一种宽带激振信号，一般由白噪声信号发生一种宽带激振信号，一般由白噪声信号发生器产生。此信号一次激励，就可以完成一项器产生。此信号一次激励，就可以完成一项在所有频率范围上的频率试验。在所有频率范围上的频率试验。主要包括脉冲和阶跃信号主要包括脉冲和阶跃信号正弦信号正弦信号随机信号随机信号瞬态信号瞬态信号电动式激振器电动式激振器电动式激振器电动式激振器电磁式激振器电磁式激振器电液式激振器电液式激振器名名称称原理原理优缺点优缺点电电测测法法将将被被测测件件的的振振动动量量转转化化成成电电量量,而后用电量测试仪测量而后用电量测试仪测量灵敏度高，频率范围、动态范围、和线灵敏度高，频率范围、动态范围、和线形范围宽。便于分析。易受电磁干扰。形范围宽。便于分析。易受电磁干扰。目前应用最广。目前应用最广。机机械械法法利利用用光光杠杠杆杆原原理理、读读数数显显微微镜镜、光光波波干干涉涉原原理理、激激光光多多普效应和光纤等测量普效应和光纤等测量抗干扰能力强，频率范围、动态范围、抗干扰能力强，频率范围、动态范围、和线形范围窄。测试时会给试件产生一和线形范围窄。测试时会给试件产生一定的负载效应，影响测试结果。主要用定的负载效应，影响测试结果。主要用于低频大振幅振动及扭振的测量。于低频大振幅振动及扭振的测量。光光学学法法利利用用光光杠杠杆杆原原理理、读读数数显显微微镜镜、光光波波干干涉涉原原理理、激激光光多多普效应和光纤等测量普效应和光纤等测量不受电磁干扰，测量精度高，适用于对不受电磁干扰，测量精度高，适用于对质量和体积小、不易安装传感器的试件质量和体积小、不易安装传感器的试件作非接触测量。在精密测量和传感器、作非接触测量。在精密测量和传感器、测振仪的校准、定度中用的较多。测振仪的校准、定度中用的较多。几种振动的测量方法几种振动的测量方法振动测量方法按振动信号转换后的形式可分为三种：振动测量方法按振动信号转换后的形式可分为三种：绝对式绝对式激激振器的力学模型振器的力学模型mCKZ01Z0Z1电测法的激振器。电测法的激振器。按振动时激振器是否与被测件接触可将激振器分为：接按振动时激振器是否与被测件接触可将激振器分为：接触式和非接触式。触式和非接触式。按所测的振动性质可将激振器分为：绝对式和相对式。按所测的振动性质可将激振器分为：绝对式和相对式。弹簧片弹簧片磁靴磁靴阻尼杯阻尼杯外壳外壳铝架铝架磁钢磁钢线圈线圈线圈架线圈架弹簧片弹簧片导线导线接线座接线座磁电式速度计结构原理图磁电式速度计结构原理图中心安装压缩型中心安装压缩型环形剪切型环形剪切型BSMPBMPS弹簧弹簧 M质量块质量块 P压电元件压电元件 R夹持环夹持环 B基座基座压电式加速度计的结构和安装压电式加速度计的结构和安装第三节第三节 测试技术在设备状态检测与故障诊断中的应用测试技术在设备状态检测与故障诊断中的应用1、概述、概述 在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监督、质量监控和性能试验等，都离不开测试技术。特督、质量监控和性能试验等，都离不开测试技术。特别是近年来自动化技术的发展，测试装置已成为控制别是近年来自动化技术的发展，测试装置已成为控制系统的重要组成部分，已经深入到日常用具、汽车产系统的重要组成部分，已经深入到日常用具、汽车产品、工程技术等各个领域。品、工程技术等各个领域。由于长时间使用，各种设备都会出现各种不由于长时间使用，各种设备都会出现各种不同的故障，降低或失去预定的功能，甚至造同的故障，降低或失去预定的功能，甚至造成严重的灾难性事故。为了保证设备的安全成严重的灾难性事故。为了保证设备的安全运行，尽早消除事故隐患，设备装态监测与运行，尽早消除事故隐患，设备装态监测与故障诊断变得非常的重要。故障诊断变得非常的重要。由于新技术的出现，传感技术、计算机和信由于新技术的出现，传感技术、计算机和信息处理技术已经应用到当前的机械设备运行息处理技术已经应用到当前的机械设备运行状态的监测与故障诊断中。状态的监测与故障诊断中。砂轮工频干扰油泵设备监测与故障诊断的原理及实例设备监测与故障诊断的原理及实例 动态测试所采用的方法是利用设备在运行中的状态信息，动态测试所采用的方法是利用设备在运行中的状态信息，通过对某些信号的处理和分析，并结合诊断对象的历史状通过对某些信号的处理和分析，并结合诊断对象的历史状态来识别设备及其零部件的运行状态，从而获取有关设备态来识别设备及其零部件的运行状态，从而获取有关设备的异常与故障，确定必要的对策。的异常与故障，确定必要的对策。