动态应力的测量实验
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输出轴
电机
变速箱
集流环
制动器
应变片
出轴便产生了一对动态剪应变。 出轴便产生了一对动态剪应变。
图1 集流环式的加载装置
二）、
实验的测量装置
根据“材料力学”中扭转理论， 根据“材料力学”中扭转理论，在纯扭矩载荷 作用下，与轴线成±450方向上的剪切力值为最大 作用下，与轴线成± 值。再根据桥路联接基本关系式的特性，选择使用 再根据桥路联接基本关系式的特性，
3、周期性变化的动应力
发动机工作时，连杆构件上 发动机工作时， 的应力值是作周期性变化的动应力。 的应力值是作周期性变化的动应力。
4、随机变化的动应力
它是随时间变化而作无周期性无规律性 变化的随机动应力。 变化的随机动应力。
本实验装置是用来测量变速箱输出轴在扭矩载荷作用 下的随机动应力。 下的随机动应力。
三、动态应力测量的目的 三、动态应力测量的目的
1、认识动态应力对被测构件的强度及使用壽命的影响。 2、 通过对动应力的测量，对被测构件的强度和刚度有所了 解和掌控，从而确保被测构件能安全、合理正常地工作。 3、在今后的机械设计工作中可以帮助我们校核构件的强度 及使用寿命。 4、通过对动应力的测量实验，初步了解，掌握其测量的原 理，方法。
B
图 2 应变片的粘贴布置 R2
-450
根据桥路联接的基本关系式：
R1
A
ε仪＝ε1－ε2+ε3－ε4
则半桥自补偿的联接式： 则半桥自补偿的联接式：ε仪＝ε1－ε2
R2
C
R4
D
R3
图3 测量电桥的示意图
集流环（或称引电器）
集流环是把旋转轴上应变片所 感应的应变信号传递到动态测 量系统的电桥盒上的部件。避 免导线被缠在输出轴上。 本款集流器是最简单的款式之 一。 固定环罩是固定在变速箱的箱 体上。 旋转环是固接在输出轴上，并 随输出轴一起转动。 铜环是固接在旋转环上，可活 动地套在固定环罩内，随旋转 环一起转动，通过短导线把应 变片上的应变信号引到铜环上。
四、实验装置的介绍
本实验选用的实验装置是圆截面传动轴上的动态剪应变的测量装置。 本实验选用的实验装置是圆截面传动轴上的动态剪应变的测量装置。
1、实验加载和测量装置的介绍
一）、集流环式的加载和测量装置 ）、集流环式的加载和测量装置
图1 中的电机是该实验装置的主动力源， 中的电机是该实验装置的主动力源， 变速箱使输出轴转动并输出纯扭矩的载荷， 变速箱使输出轴转动并输出纯扭矩的载荷， 而制动器则是阻止输出 转动，相当于给变速 转动， 箱输出轴一个反向扭矩载荷作用 ，这样输
2 1 1
3
4
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扭矩传感器的
经过DH5935型动态应变测系统（即动态应变仪）输入到电脑后， 由电脑内的相关软件对数据进行采集和处理，最后得到我们要测的动 态剪应变值。
Biblioteka Baidu
3、 传感器轴上应变片的布片
根据“材料力学”中的扭转理论，在纯扭矩载荷作用下，与轴线 成±450方向的剪应变绝对值最大，所以在该两方向上分别贴了R1、R2、 应变片。
Ε 2(1− µ)
式中： E=206 GN/m2 µ =0.28 式中： 最后由所测得的 τ值大小来判 断其构件能否正常工作和所 选 材料是否合理。 材料是否合理。
四、测量、控制设备
一）、DH5935型动态测量系统 一）、DH5935型动态测量系统 （亦动态应变仪） 1、电脑 2、扭矩传感器 3、应变计（亦称应变片） 4、稳流器 二）、问题讨论 1、 本实验为何要采用半桥自 补偿的联接形式? 补偿的联接形式? 2、本实验的应变幅值应是亦个 常量，而实际上却不是，怎样 解释？
动态载荷 —— 它是随着时间变化而变化的载荷。 亦称动载荷。 动态应力 —— 被测构件上的随着动载荷（或时间）变化而
变化的应力，称为动态应力亦称动应力）。
二）、动应力的分类
1、瞬态动应力
冲击，爆破对构件产生的动应力，其动应力值的变化速度极快。 冲击，爆破对构件产生的动应力，其动应力值的变化速度极快。 2、振动动应力 它是随时间变化而作周期性的有规律性变化， 它是随时间变化而作周期性的有规律性变化，且变化过程非常 快 。
采用半桥自补偿的桥路联接方式： 采用半桥自补偿的桥路联接方式：
本实验的两种测量装置采用的都是半桥自补偿的形式。
半桥自补偿的联接式：ε仪＝ε1－ε2 半桥自补偿的联接式：
其中 2ε 这样 ε仪＝（ε实＋εt) — (－ε实＋εt）= 2ε实 ＝（ε
ε 1= ε 实 ＋ ε t ε2 =－ ε实＋εt
由材料力学中的强度理论得出在纯扭转载荷作用下， 剪应变与 由材料力学中的强度理论得出在纯扭转载荷作用下，
动态应力的测量实验
（旋转轴上的剪应力测量） 旋转轴上的剪应力测量）
机械工程学院基础实验中心
一、现实生活和工作中的动态应力的现象
一）、 现实生活工作中的某些动态应力现象 1、 发动机中的连杆构件。工作时的连杆构件的应力值作出不停的变化。 2、 汽车中车轮轴，在平坦路面上行驶时轮轴根部的应力值作出不停变化。 3、 打桩时桩柱上所承受的应力，其值也是一直持续不断地变化着。 4、 发动机工作时其壳体上振动的应力。其值也是不停地变化着。 5、 汽车在凹凸不平的路面上行驶时，车轮轴根部的应力，其值也是一刻 不停地在变化着。 这些构件在工作时都受到这类应力的影响，如果这些影响因素过大往 往是导致构件损坏，是产生事故的根源。汽车，压路机的轮轴断裂，飞 机主发动机输出轴的断裂事故，往往会造成人员伤亡和重大财产损失， 所以对这类应力的测量是电阻应变测量中的很重要的一部分内容。
正应变之间的关系： 正应变之间的关系：
ε实 ＝ γ /2
Ε G= 2(1− µ )
γ ＝ 2ε 实 ＝ ε 仪
根据金属材料的三个常数G 根据金属材料的三个常数G、E、µ之间，有一个关系式： 之间，有一个关系式：
所以剪切虎克定律可写成： 所以剪切虎克定律可写成： τ ＝ G x γ = G xε仪＝ ε仪
R1 450
半桥自补偿的联接形式，在这两方向上分别布置贴 半桥自补偿的联接形式， 上R1、 R2应变片，亦称工作片（或测量片），如图 应变片，亦称工作片（或测量片）， ），如图 2所示。 所示。 在图3 中的R 在图3 中的R3 、R4联接在测量电桥上的标准电阻， 联接在测量电桥上的标准电阻， 安装在应变仪内部，不参与测量工作。 安装在应变仪内部，不参与测量工作。
铜环 旋转环
固定环罩
输出轴
二）、使用扭矩传感器的实验装置
变 速 电机 箱 扭矩传感 器 器 动 制
器 输出
使用扭矩传感器的实验
置
1、输入能源的耦合器 2、稳压器 3 、应变测量桥 4、应变信号放大器 5、V / F变换器 (电压/ 频率变换器) 6、输出信号的耦合器 7、 F / V变换器 (频率/电压变换器) 扭矩传感器的 : 电源 耦合器 1） 能源 传感器 的 稳压器 2） 变 稳 电压 传感器 应变测量桥 3） 传感器 测 的 变 量 换 应变电压信号 放大器 4） 应变信号放大 V/F 变换器 5） V/F变换器 5） 电 压 信号 变 频率信号 频率信号耦合 器 6） 输出 F / V变换器 7）
电机
变速箱
集流环
制动器
应变片
出轴便产生了一对动态剪应变。 出轴便产生了一对动态剪应变。
图1 集流环式的加载装置
二）、
实验的测量装置
根据“材料力学”中扭转理论， 根据“材料力学”中扭转理论，在纯扭矩载荷 作用下，与轴线成±450方向上的剪切力值为最大 作用下，与轴线成± 值。再根据桥路联接基本关系式的特性，选择使用 再根据桥路联接基本关系式的特性，
3、周期性变化的动应力
发动机工作时，连杆构件上 发动机工作时， 的应力值是作周期性变化的动应力。 的应力值是作周期性变化的动应力。
4、随机变化的动应力
它是随时间变化而作无周期性无规律性 变化的随机动应力。 变化的随机动应力。
本实验装置是用来测量变速箱输出轴在扭矩载荷作用 下的随机动应力。 下的随机动应力。
三、动态应力测量的目的 三、动态应力测量的目的
1、认识动态应力对被测构件的强度及使用壽命的影响。 2、 通过对动应力的测量，对被测构件的强度和刚度有所了 解和掌控，从而确保被测构件能安全、合理正常地工作。 3、在今后的机械设计工作中可以帮助我们校核构件的强度 及使用寿命。 4、通过对动应力的测量实验，初步了解，掌握其测量的原 理，方法。
B
图 2 应变片的粘贴布置 R2
-450
根据桥路联接的基本关系式：
R1
A
ε仪＝ε1－ε2+ε3－ε4
则半桥自补偿的联接式： 则半桥自补偿的联接式：ε仪＝ε1－ε2
R2
C
R4
D
R3
图3 测量电桥的示意图
集流环（或称引电器）
集流环是把旋转轴上应变片所 感应的应变信号传递到动态测 量系统的电桥盒上的部件。避 免导线被缠在输出轴上。 本款集流器是最简单的款式之 一。 固定环罩是固定在变速箱的箱 体上。 旋转环是固接在输出轴上，并 随输出轴一起转动。 铜环是固接在旋转环上，可活 动地套在固定环罩内，随旋转 环一起转动，通过短导线把应 变片上的应变信号引到铜环上。
四、实验装置的介绍
本实验选用的实验装置是圆截面传动轴上的动态剪应变的测量装置。 本实验选用的实验装置是圆截面传动轴上的动态剪应变的测量装置。
1、实验加载和测量装置的介绍
一）、集流环式的加载和测量装置 ）、集流环式的加载和测量装置
图1 中的电机是该实验装置的主动力源， 中的电机是该实验装置的主动力源， 变速箱使输出轴转动并输出纯扭矩的载荷， 变速箱使输出轴转动并输出纯扭矩的载荷， 而制动器则是阻止输出 转动，相当于给变速 转动， 箱输出轴一个反向扭矩载荷作用 ，这样输
2 1 1
3
4
5 6 6 7 7
扭矩传感器的
经过DH5935型动态应变测系统（即动态应变仪）输入到电脑后， 由电脑内的相关软件对数据进行采集和处理，最后得到我们要测的动 态剪应变值。
Biblioteka Baidu
3、 传感器轴上应变片的布片
根据“材料力学”中的扭转理论，在纯扭矩载荷作用下，与轴线 成±450方向的剪应变绝对值最大，所以在该两方向上分别贴了R1、R2、 应变片。
Ε 2(1− µ)
式中： E=206 GN/m2 µ =0.28 式中： 最后由所测得的 τ值大小来判 断其构件能否正常工作和所 选 材料是否合理。 材料是否合理。
四、测量、控制设备
一）、DH5935型动态测量系统 一）、DH5935型动态测量系统 （亦动态应变仪） 1、电脑 2、扭矩传感器 3、应变计（亦称应变片） 4、稳流器 二）、问题讨论 1、 本实验为何要采用半桥自 补偿的联接形式? 补偿的联接形式? 2、本实验的应变幅值应是亦个 常量，而实际上却不是，怎样 解释？
动态载荷 —— 它是随着时间变化而变化的载荷。 亦称动载荷。 动态应力 —— 被测构件上的随着动载荷（或时间）变化而
变化的应力，称为动态应力亦称动应力）。
二）、动应力的分类
1、瞬态动应力
冲击，爆破对构件产生的动应力，其动应力值的变化速度极快。 冲击，爆破对构件产生的动应力，其动应力值的变化速度极快。 2、振动动应力 它是随时间变化而作周期性的有规律性变化， 它是随时间变化而作周期性的有规律性变化，且变化过程非常 快 。
采用半桥自补偿的桥路联接方式： 采用半桥自补偿的桥路联接方式：
本实验的两种测量装置采用的都是半桥自补偿的形式。
半桥自补偿的联接式：ε仪＝ε1－ε2 半桥自补偿的联接式：
其中 2ε 这样 ε仪＝（ε实＋εt) — (－ε实＋εt）= 2ε实 ＝（ε
ε 1= ε 实 ＋ ε t ε2 =－ ε实＋εt
由材料力学中的强度理论得出在纯扭转载荷作用下， 剪应变与 由材料力学中的强度理论得出在纯扭转载荷作用下，
动态应力的测量实验
（旋转轴上的剪应力测量） 旋转轴上的剪应力测量）
机械工程学院基础实验中心
一、现实生活和工作中的动态应力的现象
一）、 现实生活工作中的某些动态应力现象 1、 发动机中的连杆构件。工作时的连杆构件的应力值作出不停的变化。 2、 汽车中车轮轴，在平坦路面上行驶时轮轴根部的应力值作出不停变化。 3、 打桩时桩柱上所承受的应力，其值也是一直持续不断地变化着。 4、 发动机工作时其壳体上振动的应力。其值也是不停地变化着。 5、 汽车在凹凸不平的路面上行驶时，车轮轴根部的应力，其值也是一刻 不停地在变化着。 这些构件在工作时都受到这类应力的影响，如果这些影响因素过大往 往是导致构件损坏，是产生事故的根源。汽车，压路机的轮轴断裂，飞 机主发动机输出轴的断裂事故，往往会造成人员伤亡和重大财产损失， 所以对这类应力的测量是电阻应变测量中的很重要的一部分内容。
正应变之间的关系： 正应变之间的关系：
ε实 ＝ γ /2
Ε G= 2(1− µ )
γ ＝ 2ε 实 ＝ ε 仪
根据金属材料的三个常数G 根据金属材料的三个常数G、E、µ之间，有一个关系式： 之间，有一个关系式：
所以剪切虎克定律可写成： 所以剪切虎克定律可写成： τ ＝ G x γ = G xε仪＝ ε仪
R1 450
半桥自补偿的联接形式，在这两方向上分别布置贴 半桥自补偿的联接形式， 上R1、 R2应变片，亦称工作片（或测量片），如图 应变片，亦称工作片（或测量片）， ），如图 2所示。 所示。 在图3 中的R 在图3 中的R3 、R4联接在测量电桥上的标准电阻， 联接在测量电桥上的标准电阻， 安装在应变仪内部，不参与测量工作。 安装在应变仪内部，不参与测量工作。
铜环 旋转环
固定环罩
输出轴
二）、使用扭矩传感器的实验装置
变 速 电机 箱 扭矩传感 器 器 动 制
器 输出
使用扭矩传感器的实验
置
1、输入能源的耦合器 2、稳压器 3 、应变测量桥 4、应变信号放大器 5、V / F变换器 (电压/ 频率变换器) 6、输出信号的耦合器 7、 F / V变换器 (频率/电压变换器) 扭矩传感器的 : 电源 耦合器 1） 能源 传感器 的 稳压器 2） 变 稳 电压 传感器 应变测量桥 3） 传感器 测 的 变 量 换 应变电压信号 放大器 4） 应变信号放大 V/F 变换器 5） V/F变换器 5） 电 压 信号 变 频率信号 频率信号耦合 器 6） 输出 F / V变换器 7）