1、第8章 测试技术在机械工程中的典型应用,机械工程测试技术与信号分析,第一节 测试技术在检测技术中的应用 第二节 机械阻抗试验 第三节 测试技术在设备状态检测与故障诊断中的应用,第一节、测试技术在检测技术中的应用,第8章 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械工业中的几何量（如尺寸、几何形状、位移等）的检测。,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。,8.1.1 回转轴径向误差运动的测量,一、定义： 回转轴误差运动是指回转运动中回转轴线偏离理想
2、位置而出现的附加运动。 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。 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变动的。,第一节 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大的那个方向上的分量。,二、工程测量方法,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,对于刀具固定的机床: (比如车床的测试)主轴回转误差在x方向的分量将以1:1的关系反映到加工表面上，主轴误差运动在y方向的分量对加工表面的影响极小。因此在
3、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。,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都会以1：1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90度的或随主轴一起旋转的传感器。,第一节 测试技术在检测技术中的应用,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。回转轴任意径向截面上的径向误差运动可采用在x、y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：
4、,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，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。,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。,O0理想回转中心 Om基准球的几何中心 Om瞬时回转中心中心 e基准球的安装偏心量 S()基准球的形状误差 r()某一瞬间径向误差运动,-两传感器输出信号,单向测量法：,数字式测量法
5、,一种用数字信号处理技术（如FFT等）消除信号中偏心e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,圆图像一般是有一组误差运动曲线组成的。其整体称为总误差运动圆图像。各转误差运动曲线的平均曲线，称为平均误差运动圆图像。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。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动大小的评定值。,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方法，属于模态分析的范围。常用的机械系统动态分析的途
6、径有两条： 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。,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。,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，一般都包含了系统的幅频特性 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有频率、振型模态阻尼、刚度、质量等。,试验对象,激励,测激振力,测响应,A/D,FFT,传递函数,曲线拟合,模态振型图,力传感器,响应传感器,机械阻抗试
7、验的原理图,1、激励信号和激振器,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号，能量集中，信噪比高，试验结果可靠。,常用的激振器有：电动式、电磁式和电液式三种。,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，就可以完成一项在所有频率范围上的频率试验。,主要包括脉冲和阶跃信号,电动式激振器,电动式激振器,电磁式激振器,电液式激振器,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：,m,C,K,Z01,Z0,Z1,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。,磁电
8、式速度计结构原理图,中心安装压缩型,环形剪切型,B,S弹簧 M质量块 P压电元件 R夹持环 B基座,压电式加速度计的结构和安装,第三节 测试技术在设备状态检测与故障诊断中的应用,1、概述,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。,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,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。,
