典型测试系统设计实例

测试技术——典型测试系统设计实例(4)第十章西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英内容10.1塔式起重机结构强度测试10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测10.3高速机车轴温测试系统10.4润滑油膜厚度检测10.4润滑油膜厚度检测10.5缝纫机噪声源测试分析10.6旋转机械故障监测诊断网络化系统重点：掌握一些具体的测试技术，对一个测试系统的设计有一个基本的概念，学会分析方法与设计思路西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试系统的设计明确测试任务制定测试方案选择传感器设计后续测试系统方框图测试系统评估回顾测试系统的组成西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英10.1塔式起重机结构强度测试第十章典型测试系统设计实例西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试对象10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试对象10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试组成塔基塔身吊臂、拉杆、变幅小车吊臂、拉杆、变幅小车平衡臂、拉杆、平衡重塔帽结构型材方钢、工字钢、槽钢、T字钢、角钢箱形结构（由钢板焊成）测试：构件受力危险断面正应力——拉/压力危险断面剪应力——弯/扭力剪应力或切应力——与截面相切的力西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试任务对某型号塔式起重机样机的最危险截面进行强度检测测试目的验证理论计算，为产品的进一步改进提10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试验证理论计算，为产品的进一步改进提供依据样机评价，作为新产品鉴定的依据测试参考根据原始设计资料，选择在应力应变最大部位粘贴应变片进行测量根据两种不同破坏情况，按照JJ30-85《塔式起重机结构试验方法》测试静态、动态应力应变强度检测正、切应力测量判断最大应力是否大于许用应力两种不同破坏•超越性破坏•疲劳积损破坏西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试方案依据原始设计——选择部位:关键截面•吊臂3个截面•塔帽-塔身3个截面10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试•塔帽-塔身3个截面应变片布置•断面正应力：在角点处沿棱线方向布置应变片——单向应力•平面应力布点：应变花测量主应力——正应力+剪应力西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试方案测量内容：最危险截面的静态与动态应力应变测量方法：应变片+电桥测量点数：20（其中静态15个，动态5个）10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试测量点数：20（其中静态15个，动态5个）静态测量：多个测点，通常配用预调平衡箱，利用外加电阻对电桥调平衡，以便于与应变仪连接动态测量：测点少，直接连应变仪静态应力测试系统框图动态应力测试系统框图西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试大纲假设条件•载荷不包括吊钩重量，载荷误差应小于1%•各工况皆是处于空钩离地状态时进行仪器调零10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试•测试数据均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力环境条件：测试温度10～25℃，湿度50%～70%，风力1级测试工况：测试各种工况下最大应力•Q起重量：5种不同起重重量•R幅度（吊点到塔机回转中心的距离）：3种变幅幅度•α起重臂与塔身之间的方位角：2种方位角工况序号R距离Q吊重α测试点备注110m29.4kN0º1～20额定载荷218m36.75kN45º1～20超载25%西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试步骤检查和调整试验样机——塔式起重机应变片安装：粘贴并干燥、密封、检查绝缘调试：接好应变测试系统，合理选择灵敏度，消除不正常现象初始状态：取空载状态，将应变仪调零10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试初始状态：取空载状态，将应变仪调零按照测试工况，分别测试各种情况下的最大应力工况序号R距离Q吊重α测试点备注110m29.4kN0º1～20额定载荷210m29.4kN45º1～20额定载荷310m36.75kN0º1～20超载25%410m36.75kN45º1～20超载25%518m17.15kN0º1～20额定载荷618m17.15kN45º1～20额定载荷718m21.4kN0º1～20超载25%818m21.4kN45º1～20超载25%西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英数据处理与结果分析•静态：相同试验条件下多次测量取平均值•动态：记录下动态应变曲线数据处理：确定其最大应力、平均应力和动载系数单向应力状态的应力计算10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试单向应力状态的应力计算其中：E为结构材料的弹性模量，均取E=0.2×106MPa；σε为测得的应力和应变，K为动载系数平面应力状态应力计算式中：ε1、ε2为沿主应力方向测得的应变，μ为构件材料的泊松比μ=0.3maxmaxmax...KEEEiii)(1)(112222121EE西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英数据处理与结果分析计算最大应力•与原始设计比较10.1塔式起重机结构强度测试10.1塔式起重机结构强度测试•与原始设计比较•与国标比较结论•全部测点的静态应力与动态应力测量均满足xxxxx，且有较大余量•该机结构强度有较大的安全系数，刚度良好xxxmax西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测第十章典型测试系统设计实例西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测测试对象：工件外圆砂轮导轮工件•加工自动定位——3点定位由导轮的摩擦力带动工件旋转，同时由导轮的摩擦力和砂轮的切削力使工件稳定地支撑在托架上进行自动定心，从而实现砂轮对工件外圆的连续加工——等直径加工•问题：造成工件外圆形状为棱圆的问题，一般为低次的3、5、7次奇数棱圆和高次的12、14、16次偶数棱圆（常见为三棱圆）托架三棱圆传动轴无心复合磨削西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试任务：棱圆的棱数和棱圆度检测测量精度达到微米级实现量化分析和评估测试方案直接测量外圆外径——直径测量是无法反映棱圆形状等分棱圆角度，测量出相应的直径数值10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测等分棱圆角度，测量出相应的直径数值经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差直接测量棱圆半径——外圆表面到圆心的距离回转工作台位移测量传感器调理装置信号处理和显示装置传感器工件信号调理信号处理显示回转台西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英传感器选择要求：高精度、小量程、低带宽•保证磨削加工的工件测量精度为微米级，必须选用高精度的位移传感器•由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，小量程即可满足测量要求•工件的棱圆度测量确定为非在线方式，低速回转下测量即可，传感器的10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测•工件的棱圆度测量确定为非在线方式，低速回转下测量即可，传感器的频响特性不需要很高•考虑到成本，测量方式可选用接触或非接触方式①变间距电容传感器优点：测量精度高，灵敏度高，响应速度快，能抵抗高温、振动和潮湿，特别适用于恶劣环境中作非接触测量，适应于测位移小量程缺点：测量电路较为复杂，一般采用调幅电路或调频电路，后续调理电路相对复杂，增加了系统复杂性西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英传感器选择②电涡流传感器优点：具有灵敏度高、响应快速、非接触测量的特点缺点：•常规类型:量程1～2mm，从实际应用来讲，其精度不足10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测•常规类型:量程1～2mm，从实际应用来讲，其精度不足•高精度型:量程为250μm，分辨率0.01，成本较高•易受工件残余磁场干扰③差动变压器位移传感器优点：能提供所需的准确度、精度和可靠性缺点：接触式测量优势：作为测量头，已成功应用于圆度仪圆度仪差动变压器位移传感器西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英信号处理方法的选择由位移数据波动的频率与工件回转频率的倍数即可确定棱圆的棱数谱分析法频域傅氏谱分析方法：长数据采集方便，亦可获得高的频率分辨率10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测频域傅氏谱分析方法：长数据采集方便，亦可获得高的频率分辨率()2()2()(0)jxxxGSRed1X为工件回转频率，3X的频率为棱圆为三棱圆、其幅值的大小表现了棱圆度西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英10.3高速机车轴温测试系统第十章典型测试系统设计实例西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试对象问题描述机车速度提高和牵引功率增大——支承轴承发热增多——安全不容乐观10.3高速机车轴温测试系统10.3高速机车轴温测试系统支承轴承：轴箱轴承、牵引电动机轴承、抱轴承及空心轴承不正常发热原因：轴承磨损和产生缺陷危害：轻则热轴、固死造成机损，影响机车正常运转；重则造成疲劳破坏和热切轴，车毁人亡西安交通大学机械电子及信息系统研究所景敏卿教授/博导[e-mail]学习做人做事铸就团队精英测试任务测试目的在线监测高速机车的轴箱轴承、牵引电机轴承、抱轴承及空心轴承处的温度实时显示各测点的实际温度，进行声光报警和定位指示数据存储管理10.3高速机车轴温测试系统10.3高速机车轴温测试系统数据存储管理主要技术参数测温范围：-55～+125℃测温精度：1℃（0～85℃）测温点数：38点（可根据不同车型而增减）报警温度：绝对温度（75℃）和相对温度（环境温度+55℃）供电电压：110VDC(波动范围：65~140VDC)；功耗小于15W其它要求抗干扰能力强、适应恶劣的工作环境系统可靠性高、有完善的自检