10典型测试系统设计实例教学教材
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✓ 环境条件：测试温度10～25℃，湿度50%～70%，风
力1级
✓ 测试工况：测试中选取了五种不同起重重量、三种变幅
幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最 大应力
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试步骤 ✓ 检查和调整试验样机 ✓ 粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘 ✓ 接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象 ✓ 取空载状态作为初始状态，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
工件的棱圆度测量确定为离线方式，工作台低速回转下测量即可， 传感器的频响特性不需要很高 • 接触方式：
测量方式可选用接触或非接触方式 • 成本问题：
尽可能减小
2、无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 传感器选择
变间距电容传感器？电涡流传感器？电感传感器？ 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 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；如选用高精度型，其量程为250um，分 辨率0.01um，但这种类型成本较高。
➢ 测试参考 根据原始设计资料，选择在应力应变最大处粘贴 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
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试方案
问题最终归结于测量最危险截面的静态与动态应力应变
—吊点到
1～20
超载25%
塔机回转
1～20 1～20
额定载荷 额定载荷
中心的距 离
1～20
超载25%
α起重臂
1～20
超载25%
与塔身之 间的方位
角。
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 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：用光线示波器记录下动态应变曲线,确定最大应力、
平均应力、动载系数。
max E max
1）单向应力状态下的平面应力计算 E
K max /
2）平面应力状态的主应力计算
1
E
1 2
( 1
2 )
2
E
1 2
( 2
1 )
3）与设计指标比较
10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 测试对象
砂轮
工件
导轮
托架
➢ 特点：加工自动定位——3点定位 导轮的摩擦力带动工件旋转 导轮的摩擦力和砂轮的切削力使工件支撑在 托架上进行自动定心，实现砂轮对工件外圆 的连续加工——等直径加工
回顾
➢ 测试系统的设计涉及
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 测试系统效能分析
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试对象
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试任务 对新设计的某型号塔式起重机样机进行强度检测
➢ 测试目的 通过测试来验证理论计算，为产品的进一步改进 提供依据 对样机提出评价意见，作为新产品鉴定的依据
由于棱圆的各个方向直径在加工过程中是被保证的，因此，直 径测量无法反映棱圆形状。
2）测量棱圆半径 由于外圆表面到圆心的距离不同，所以使用位移传感器测量棱圆
各个方向的外圆表面到圆心的距离
2、无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 采取测量棱圆半径测试方案
测量系统组成
✓ 回转工作台：以实现工件的回转，中心不变
问题：回转中心动态不稳定性造成工件外圆 形状为棱圆问题
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）
三棱圆 传动轴无心复合磨削
2、无心磨削的百度文库件棱圆度精密检测
➢ 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
1）测量外圆直径——工件外圆测量常规方法 ✓等分棱圆角度，测量出相应的直径数值 ✓希望经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差
断面正应力分布
各种断面的应力分布规律： a．断面上通常只有两种力：正应
力、剪应力 b．断面角点处只有正应力，而无
剪应力。正应力的最大值出现 在角点处,即为主应力。 c．剪应力的分布形式根据其断面 形状不同而不同，一般来说， 最大剪应力产生在中性轴处。
10.1塔式起重机结构强度测试
测点位置：最大正应力法——角点法
✓ 位移测量传感器：测量外圆位移的动态数值
✓ 位移传感器的调理装置
✓ 信号处理和显示装置
传感器
工件 回转台
信号 调理
信号处理 显示
2、无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 选择传感器考虑问题
• 精度： 为了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 • 量程：
由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，小量程可满足测量要求 • 测量方式：
工况序号
R距离
Q吊重
α
1
10m
29.4kN
0º
2
10m
29.4kN
45º
3
10m
36.75kN
0º
4
10m
36.75kN
45º
5
18m
17.15kN
0º
6
18m
17.15kN
45º
7
18m
21.4kN
0º
8
18m
21.4kN
45º
测试点
备注
1～20
额定载荷
Q起重量
1～20
额定载荷
R幅度—
1～20
超载25%
第十章
测试技术—— 典型测试系统设计实例(4)
内容
1. 塔式起重机结构强度测试 2. 无心磨削的工件棱圆度精密检测 3. 高速机车轴温测试系统 4. 润滑油膜厚度检测 5. 缝纫机噪声源测试分析 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
箱形梁断面在外力拉（压）、弯曲、 扭（转）矩作用下的正应力分布
贴片方法：在箱形断面 角点处贴应变片。
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试方案
测量系统共布置了20个测点
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试条件
✓ 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；测试数据 均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力
测量方法：应变片+电桥
✓ 静态测量时由于有多个测点，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
✓ 动态测量由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接与应变仪 连接，使用光线示波器作为动态应变记录装置
静态应力测试系统框图
动态应力测试系统框图
10.1塔式起重机结构强度测试
测点布置：测点位置和测点方向是影响结构强度试验是否可靠的两个 重要因素
力1级
✓ 测试工况：测试中选取了五种不同起重重量、三种变幅
幅度、两种方位角进行组合变化，分别测试各种工况下最 大应力
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试步骤 ✓ 检查和调整试验样机 ✓ 粘贴应变片并干燥、密封、检查绝缘 ✓ 接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象 ✓ 取空载状态作为初始状态，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
工件的棱圆度测量确定为离线方式，工作台低速回转下测量即可， 传感器的频响特性不需要很高 • 接触方式：
测量方式可选用接触或非接触方式 • 成本问题：
尽可能减小
2、无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 传感器选择
变间距电容传感器？电涡流传感器？电感传感器？ 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 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；如选用高精度型，其量程为250um，分 辨率0.01um，但这种类型成本较高。
➢ 测试参考 根据原始设计资料，选择在应力应变最大处粘贴 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
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试方案
问题最终归结于测量最危险截面的静态与动态应力应变
—吊点到
1～20
超载25%
塔机回转
1～20 1～20
额定载荷 额定载荷
中心的距 离
1～20
超载25%
α起重臂
1～20
超载25%
与塔身之 间的方位
角。
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 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：用光线示波器记录下动态应变曲线,确定最大应力、
平均应力、动载系数。
max E max
1）单向应力状态下的平面应力计算 E
K max /
2）平面应力状态的主应力计算
1
E
1 2
( 1
2 )
2
E
1 2
( 2
1 )
3）与设计指标比较
10.2无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 测试对象
砂轮
工件
导轮
托架
➢ 特点：加工自动定位——3点定位 导轮的摩擦力带动工件旋转 导轮的摩擦力和砂轮的切削力使工件支撑在 托架上进行自动定心，实现砂轮对工件外圆 的连续加工——等直径加工
回顾
➢ 测试系统的设计涉及
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 测试系统效能分析
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试对象
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试任务 对新设计的某型号塔式起重机样机进行强度检测
➢ 测试目的 通过测试来验证理论计算，为产品的进一步改进 提供依据 对样机提出评价意见，作为新产品鉴定的依据
由于棱圆的各个方向直径在加工过程中是被保证的，因此，直 径测量无法反映棱圆形状。
2）测量棱圆半径 由于外圆表面到圆心的距离不同，所以使用位移传感器测量棱圆
各个方向的外圆表面到圆心的距离
2、无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 采取测量棱圆半径测试方案
测量系统组成
✓ 回转工作台：以实现工件的回转，中心不变
问题：回转中心动态不稳定性造成工件外圆 形状为棱圆问题
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）
三棱圆 传动轴无心复合磨削
2、无心磨削的百度文库件棱圆度精密检测
➢ 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
1）测量外圆直径——工件外圆测量常规方法 ✓等分棱圆角度，测量出相应的直径数值 ✓希望经数据处理获得棱圆的棱数和圆度误差
断面正应力分布
各种断面的应力分布规律： a．断面上通常只有两种力：正应
力、剪应力 b．断面角点处只有正应力，而无
剪应力。正应力的最大值出现 在角点处,即为主应力。 c．剪应力的分布形式根据其断面 形状不同而不同，一般来说， 最大剪应力产生在中性轴处。
10.1塔式起重机结构强度测试
测点位置：最大正应力法——角点法
✓ 位移测量传感器：测量外圆位移的动态数值
✓ 位移传感器的调理装置
✓ 信号处理和显示装置
传感器
工件 回转台
信号 调理
信号处理 显示
2、无心磨削的工件棱圆度精密检测
➢ 选择传感器考虑问题
• 精度： 为了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 • 量程：
由于是磨削加工，外圆形状误差不会很大，小量程可满足测量要求 • 测量方式：
工况序号
R距离
Q吊重
α
1
10m
29.4kN
0º
2
10m
29.4kN
45º
3
10m
36.75kN
0º
4
10m
36.75kN
45º
5
18m
17.15kN
0º
6
18m
17.15kN
45º
7
18m
21.4kN
0º
8
18m
21.4kN
45º
测试点
备注
1～20
额定载荷
Q起重量
1～20
额定载荷
R幅度—
1～20
超载25%
第十章
测试技术—— 典型测试系统设计实例(4)
内容
1. 塔式起重机结构强度测试 2. 无心磨削的工件棱圆度精密检测 3. 高速机车轴温测试系统 4. 润滑油膜厚度检测 5. 缝纫机噪声源测试分析 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
箱形梁断面在外力拉（压）、弯曲、 扭（转）矩作用下的正应力分布
贴片方法：在箱形断面 角点处贴应变片。
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试方案
测量系统共布置了20个测点
10.1塔式起重机结构强度测试
➢ 测试条件
✓ 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；测试数据 均为吊重引起的应力，不应包括自重和风阻应力
测量方法：应变片+电桥
✓ 静态测量时由于有多个测点，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
✓ 动态测量由于测点少不需要配用预调平衡箱，直接与应变仪 连接，使用光线示波器作为动态应变记录装置
静态应力测试系统框图
动态应力测试系统框图
10.1塔式起重机结构强度测试
测点布置：测点位置和测点方向是影响结构强度试验是否可靠的两个 重要因素