应变力和转矩的测量

滚动轴承摩擦力矩测量技术

滚动轴承摩擦力矩测量技术 （轴承研讨会资料） 洛阳轴研科技股份有限公司仪器开发部 2003年3月21日

目 录 一、轴承摩擦力矩测量的目的意义 二、轴承摩擦力矩的特性 三、轴承摩擦力矩的种类及其定义 四、轴承摩擦力矩的组成部分 五、轴承摩擦力矩的影响因素 六、轴承摩擦力矩的计算方法 七、轴承摩擦力矩的测量原理和测量方法 八、国内外轴承摩擦力矩测量仪简介 九、轴承摩擦力矩测量技术的发展趋势

一、轴承摩擦力矩测量的目的意义： 滚动轴承在旋转过程中，由于其外圈、内圈、保持架、钢球、密封圈五大件之间互相接触，故存在着摩擦阻力。 轴承摩擦阻力的性能一般按两种方法进行评定，一种是灵活性检查：采用徒手检查的方法，检查轴承在旋转时的阻滞现象，以定性的粗略判断其轴承摩擦阻力大小。另一种是以摩擦力矩来衡量，这也是一种科学的客观的测量方法。 轴承摩擦阻力影响轴承寿命，影响主机制导系统的可靠性和精确性的重要因素。尤其对于高科技使用的轴承，如：陀螺仪轴承、卫星消旋天线轴承、运载大箭轴承、飞行平台轴承等等，均需要更加严格的摩擦力矩测量。 总之目前世界各国对于精密轴承质量的重点要求，已经由尺寸精度、几何精度、成品的旋转精度等方面转向了轴承的动态性能方面-----摩擦力矩和振动的测量，这也是使用单位最关心的两个重要技术性能指标。 因此，轴承摩擦力矩测量技术的研究目的就是研究如何合理评定，准确测量轴承的摩擦性能，为改进轴承设计参数、改进加工工艺和分析轴承摩擦力矩的影响因素，提供一个可靠的手段。从而提高轴承质量，提高主机精度，满足使用单位对轴承摩擦性能的技术要求，这对尖端科学技术的发展和国防建设都有着重要意义。 二、轴承摩擦力矩的特性： 为了阐明摩擦力矩测量技术首先对轴承摩擦力矩的特性（图1）进行分析。 图1 轴承摩擦力矩特性曲线 M max---最大摩擦力矩 M mcp---平均摩擦力矩 1．摩擦力矩是轴承内外圈角变位的函数M = f (H)，从式中可以看出轴承在旋转过程中每个位置都具有一个摩擦力矩值，即被测量轴承摩擦力矩是个随机变量。可以在测量过程中提取最大力矩，平均力矩和力矩差值等性能指标，用于分析轴承摩

(完整版)力与力矩

力矩的量纲是距离乘以力；依照国际单位制，力矩的单位是牛顿-米。虽然牛顿与米的次序，在数学上，是可以变换的。BIPM (国际重量测量局) 设定这次序应是牛顿-米，而不是米-牛顿。 事实上，力矩与能量的关系是能量和一个对数矢量2π[lnK]的乘积，即 t=2πQ[lnK]，[lnk]的方向垂直于作用平面。因此用焦耳做单位也不是错误的。做圆周运动时，K=e，因此使 1 牛顿-米的力矩，作用一全转，需要恰巧 2*Pi 焦耳的能量。 定义 力对物体的作用效应，除移动效应外，还有转动效应。 当然，量纲相同并不尽是巧合；使 1 牛顿-米的力矩，作用一全转，需要恰巧 2*Pi 焦耳的能量。 静力观念 当一个物体在静态平衡时，净作用力是零，对任何一点的净力矩也是零。关于二维空间，平衡的要求是： x,y方向合力均为0，且合力矩为0. 力矩电动机 所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。 其中，直流力矩电动机的自感电抗很小，所以响应性很好；其输出力矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关；它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速，所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比，并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。 交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种，目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机，它具有低转速和大力矩的特点。一般地，在纺织工业中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同，但是由于鼠笼型转子的电阻较大，所以其机械特性较软。 动力观念 力矩是角动量随时间的导数，就像力是动量随时间的导数。 刚体的角动量是转动惯量乘以角速度。

扭矩传感器的测量方法

采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号。将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。 扭矩传感器可以应用在制造粘度计，电动（气动，液力）扭力扳手，它具有精度高，频响快，可靠性好，寿命长等优点。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该弹性轴受扭的电信号。这就是基本的扭矩传感器模式。但是在旋转动力传递系统中，最棘手的问题是旋转体上的应变桥的桥压输入及检测到的应变信号输出如何可靠地在旋转部分与静止部分之间传递，通常的做法是用导电滑环来完成。 由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损并发热，因而限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命。及由于接触不可靠引起信号波动，因而造成测量误差大甚至测量不成功。为了克服导电滑环的缺陷，另一个办法就是采用无线电遥测的方法：将扭矩应变信号在旋转轴上放大并进行v/f转换成频率信号，通过载波调制用无线电发射的方法从旋转轴上发射至轴外，再用无线电接收的方法，就可以得到旋转轴受扭的信号。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/751038549.html,/

紧固扭矩的检测方法

紧固扭矩的检测方法 2011-12-16 对紧固扭矩的检测是整机或部件组装后可靠性检查的极为重要的一道工序。检测的目的是为了避免螺纹连接件在紧固过程和紧固后发生超拧、漏拧和拧不足的现象，确保每个螺栓紧固后能正常工作对紧固扭矩的检测工序可分为二大类：即在拧紧过程中的控制法和拧紧后的检测。 拧紧后的检测方法—简称事后法：大致可分为四种： 拧紧法—也称增拧法。适用于重要紧固后的栓验。 检验方法：用扭力扳手平稳用力逐渐增加力矩（切忌冲击），当螺母或螺栓刚开始产生微小转动时它的瞬时扭矩值最大（因要克服静摩擦力），继续转动，扭矩值就会回落到短暂的稳定状态，这时的扭矩值即为检查所得的扭矩。 特点：操作简单，但必须熟练有经验。 b) 标记法—也称复位法、划线法、转角法。 检查方法：检验前先在被检螺栓或螺母头部与被连接体上划一道线，确认相互的原始位置。然后将螺栓或螺母松开些，在用扭矩扳手将螺栓或螺母拧紧到原始位置（划线处要线对准），这时的最大扭矩值再乘以0.9-1.1所得的值即为检查所得的扭矩。 特点：技术水平不高，操作较繁琐，不适宜有防松功能的紧固件。 c) 直觉法—拧紧后凭直觉判断 检验方法：对有弹性垫圈类则观察是否压平来判断；对无弹性垫圈类或有弹性垫圈但观察困难，则可采用扭力扳手进行拧紧凭直觉来判断拧紧程度：若到扭矩值，扳手不转动或微小转动，判为已拧紧；若转动超过半圈为没有拧紧、不合格。 特点：适宜于一般紧固检查。 d)松开法—也称拧松法 检查方法：用扭矩扳手慢慢地向被检螺栓或螺母施加扭矩，便其松开，读取开始转动时的瞬时扭矩值，并根据试验和经验乘以一个系数：1.1-1.2即为检验扭矩值。

扭矩测量方法

扭矩测量的方法原理 引言：扭矩是工厂场地上大多数设备的重要被测量对象之一。测量扭矩常常被误解，这就可能导致对测量系统的过度设计或设计不足。本文介绍多种用于扭矩测量的技术和折衷方法。 扭矩可以分为两大类，静态扭矩或动态扭矩。用于测量扭矩的方法可以被进一步分为两类，反扭矩和联机扭矩测量。被测扭矩的类型以及现有各类传感器，对所测的数据精度及测量的成本有重要影响。 在讨论静态和动态扭矩的比较中，最容易入手的是首先了解静力和动力的差异。简而言之，动力包括加速度，而静力则没有。 动力和加速度之间的联系被描述为牛顿第二定律：F=ma(力等于物质质量乘以加速度)。以汽车自身物质(质量)把车停下所需要的力就是动力，因为汽车必须被减速。由刹车卡钳施加以停止汽车的力就是静力，因为所涉及的刹车垫没有加速度。 扭矩只是旋转力或通过一定距离产生的力。根据前面的讨论，它被认为是静力，如果它没有角加速度的话。时钟弹簧施加的扭矩就是静态扭矩，因为没有旋转，因而也就没有角加速度。当汽车以匀速在高速公路上巡航的时候，通过汽车传动轴传输的扭矩就是一个旋转静态扭矩的例子，因为即使存在旋转，以匀速行驶也没有加速度。 汽车引擎产生的扭矩有静态和动态扭矩，取决于测量的部位。如果在机轴中测量扭矩，当汽缸每一次燃烧且活塞旋转机轴的时候，就有大的动态扭矩波动。 如果在传动轴测量扭矩，那几乎就是静态扭矩，因为调速轮和传动系统要阻尼引擎产生的动态扭矩。用曲柄提升车窗所需要的扭矩就是静态扭矩的例子，尽管涉及到旋转加速度，因为曲柄的加速和旋转惯性很小，与车窗运动有关的摩擦力相比，所产生的动态扭矩(扭矩=旋转惯性*旋转加速度)可以忽略不计。 最后一个例子描述了一个事实，大多测量应用都在某种程度上涉及静态和动态扭矩。如果动态扭矩是整个扭矩的主要组成部分或是感兴趣的扭矩，那么，要特别考虑何时对其作出最佳的测量。 反扭矩与联机扭矩的比较 通过在扭矩支撑零件之间插入一种扭矩传感器，可以做联机扭矩测量，非常类似于在套筒和套筒扳手之间插入延长杆。旋转套筒所需要的扭矩直接由套筒延长杆支撑。该方法容许扭矩传感器被放置在尽可能与感兴趣的扭矩靠近的地方，并避免可能出现的测量误差，如寄生扭矩(轴承等等)、无关负载和具有大的旋转惯性 的零件(会阻尼动态扭矩)。

力和力矩的测量教学文稿

力和力矩的测量

力和力矩的测量 力的定义：力是物体之间的相互作用。大小、方向、作用点是力的三要素。 牛顿第二定律表述：动量对时间的变化率。F dp /d t = 国际单位：牛顿，简称牛，符号是N 。211/N kg m s =? 力矩定义：位矢和力的叉乘。物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。 力矩单位是牛顿·米（N ·m ） 对力的测量问题有两种基本方法：（1）直接比较（2）使用标准传感器进行间接比较 直接比较方法利用某种形式的梁式天平，并且使用零位平衡技术。 1 力的测量 1.1等臂天平（如图中分析天平，精度可达0.1mg ）或非等臂天平。 最简单的重量或力的测量系统。基于力矩比较原理工作的。由未知的重量或力产生的力矩，和一个已知量产生的力矩进行比较。

1.2摆式测力机构 如摆式秤。 输入量施加到负载杆上，使配重旋转向外移动。该移动使得配重作用力矩增加，直到负载力矩和摆秤力矩相等。 1.3 弹性传感器 很多力传感器系统利用某种机械弹性件或弹性件的组合，对弹性件施加载荷导致一种类似的变形，通常是线性的，然后对该变形直接观察并且用于力的测量，或者使用另一个传感器来将该位移转换成另一种形式的输出，通常是电的形式。 通常要对弹性件进行标定，如调整螺旋弹簧的有效圈数等。 1.4应变片测力计 与将总变形用于测量载荷不同的是，应变片测力计根据单位应变来测量负载。电阻型应变片非常适合于这一用途。若要测量的是大载荷，可以使用直接拉压型元件。如果是小载荷，则可通过弯曲来放大应变。 金属电阻应变片的原理：当金属丝或金属箔片被机械地拉长时，导体的长度将变长，截面将变小，因此其电阻发生变化。如果电阻元件长度紧密附着在发生这样应变的构件上，使得电阻元件也产生应变，那么测出的电阻变化可以根据应变来定标。 金属应变片的应变片因子F 在通常要求的应变范围内基本上是个常数，而由实验确定的应变片因子F 的值，对于一种给定的材料是相当一致的。 1R F R ε?= 在实际应用中，F 和R 的值是由应变片制造商提供的，使用者要根据被测的输入量情况确定R ?

【CN110095217A】一种测量滚动轴承摩擦力矩的装置及方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910344090.9 (22)申请日 2019.04.26 (71)申请人 杭州电子科技大学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2 号大街 (72)发明人 吴参　熊锐峰　周春林　李兴林　 常振　 (74)专利代理机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通合伙) 33240 代理人 黄前泽 (51)Int.Cl. G01L 5/00(2006.01) G01M 13/04(2019.01) (54)发明名称 一种测量滚动轴承摩擦力矩的装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种测量滚动轴承摩擦力矩 的装置及方法。现有滚动轴承摩擦力矩测量方式 精度低，难以准确评定滚动轴承性能。本发明包 括电机、滚珠丝杠滑台、S型力传感器、摩擦块安 装角铝、摩擦块、卡盘、轴、套筒、直线导轨、光栅 盘、光电检测装置和底板。本发明通过电机驱动 滚珠丝杠滑台带动摩擦块运动，将轴承内的摩擦 能量等效为摩擦块与套筒之间的摩擦做功，通过 应变式力传感测量摩擦力的变化，使摩擦做功测 量更为准确，同时通过处理器记录套筒外部边缘 光电编码器的脉冲信号个数，得到待测轴承转过 的角度，将传统直接测量摩擦力矩的方式改为由 能量守恒方式间接计算得出，使结果更为可靠， 提高了准确率。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 110095217 A 2019.08.06 C N 110095217 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110095217 A 1.一种测量滚动轴承摩擦力矩的装置，包括电机、滚珠丝杠滑台、卡盘、轴、套筒、直线导轨和底板，其特征在于：还包括S型力传感器、摩擦块安装角铝、摩擦块、光栅盘和光电检测装置；所述电机的底座固定在底板上，电机驱动滚珠丝杠滑台；所述S型力传感器的一端固定在滚珠丝杠滑台的滑块上，另一端固定有摩擦块安装角铝；S型力传感器的信号输出端连接处理器；所述的摩擦块与摩擦块安装角铝靠近直线导轨的一侧固定；直线导轨的滑轨固定在底板上，卡盘的底座固定在直线导轨的滑动块上；直线导轨的滑动块与直线导轨的滑轨构成滑动副，且直线导轨的滑动块与直线导轨的滑轨通过螺栓固定连接；所述的光电检测装置固定在底板上，并设置在直线导轨一侧；光电检测装置的信号输出端连接处理器；所述轴的轴径以及套筒内径均有多种尺寸规格；不同内径尺寸规格的套筒的外径也各不相同，每个尺寸规格的套筒外固定一个内径等于该套筒外径的光栅盘。 2.根据权利要求1所述的一种测量滚动轴承摩擦力矩的装置，其特征在于：所述的滚珠丝杠滑台包括丝杠、滑块和导杆；电机的输出轴与丝杠通过联轴器连接，滚珠丝杠滑台的底座固定在底板上；导杆固定在滚珠丝杠滑台的底座上，丝杠与滚珠丝杠滑台的底座构成转动副；滑块与丝杠构成螺旋副，并与导杆构成滑动副。 3.根据权利要求1或2所述一种测量滚动轴承摩擦力矩的装置的测量方法，其特征在于：该方法具体如下： 步骤一、根据待测轴承的外圈选取套筒内径尺寸，根据待测轴承的内圈选取轴轴径尺寸，然后将待测轴承外圈与套筒内壁过盈配合，将待测轴承内圈与轴过盈配合；再用卡盘将轴锁紧固定；调节直线导轨的滑动块位置，使套筒外壁与摩擦块接触，然后拧紧螺栓实现滑动块定位；最后，测量摩擦块长度L； 步骤二、电机反转，驱动滚珠丝杠滑台的滑块运动，带动S型力传感器和磨擦块后退至套筒外壁与摩擦块不接触时，电机停转；然后，手动使待测轴承停转，电机正转，驱动滚珠丝杠滑台的滑块运动，滑块运动时推动S型力传感器和磨擦块同步移动；磨擦块与套筒接触后通过摩擦力带动套筒转动，在摩擦块运动过程中，摩擦块与套筒之间的摩擦力F通过S型力传感器测量；处理器计算摩擦块推动套筒转动整个过程中S型力传感器测量的摩擦力F的平均值F1； 步骤三、套筒转动时光栅盘随之转动，光栅盘转动产生电信号，光栅盘每转过一个值为栅距角α的角位移，则光电检测装置产生一个脉冲信号输出；套筒停止转动时，处理器根据记录的脉冲信号个数n，计算得到待测轴承转过的角度θ＝nα； 步骤四、由于平均值F1对套筒做的功全部转化成待测轴承转动过程中的内能，根据能量守恒定律，得到摩擦力矩M＝F1L/θ。 2

力和力矩的区别是什么

力和力矩的区别是什么 力矩 力使物体转动的效果，不仅跟力的大小有关，还跟力和转动轴的距离有关。力越大，力跟转动轴的距离越大，力使物体转动的作用就越大。从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。 力矩(torque)：力(F)和力臂(L)的乘积(M)。即：M=F·L。其中L是从转动轴到力的矢量, F是矢量力。 力矩的量纲是距离×力；与能量的量纲相同。但是力矩通常用牛顿-米，而不是用焦耳作为单位。力矩的单位由力和力臂的单位决定。 力对物体产生转动作用的物理量。可分为力对轴的矩和力对点的矩。力对轴的矩是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量。它是代数量，其大小等于力在垂直于该轴的平面上的分力同此分力作用线到该轴垂直距离的乘积；其正负号用以区别力矩的不同转向，按右手螺旋定则确定：以右手四指沿分力方向，且掌心面向转轴而握拳，大拇指方向与该轴正向一致时取正号，反之则取负号。力对点的矩是力对物体产生绕某一点转动作用的物理量。它是矢量，等于力作用点位置矢r和力矢F的矢量积。例如，用球铰链固定于O点的物体受力F作用，以r表示自O点至F作用点A的位

置矢，r和F的夹角为a（见图）。物体在F作用下，绕垂直于r与F组成的平面并通过O点的轴转动。转动作用的大小和转轴的方向取决于F对O 点的矩矢M，M＝r×F ；M的大小为rFsina ，方向由右手定则确定。力矩M 在过矩心O的直角坐标轴上的投影为Mx 、My 、Mz 。可以证明Mx 、My 、Mz 就是F对x ，y，z轴的矩。力矩的量纲为L2MT -2，其SI 单位为N·m。 力 力（force） 力是物体对另一物体的作用，一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加这种作用。前者是受力物体，后者是施力物体，只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体。有时为了方便，只说物体受了力，而没有指明施力物体。但施力物体一定是存在的。 力的大小可以用测力计（弹簧秤）来测量。在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N。 力不但有大小，而且有方向。物体受到的重力是竖直向下的，物体在液体中受到的浮力是竖直向上的。力的方向不同，它的作用效果也不同。作用在运动物体上的力，如果方向与运动方向相同，将加快物体的运动；如果方向与运动方向相反，将阻碍物体的运动。可见，要把一个力完全表达出来，除了力的大小，还要指明力的方向，可以用力的示意图来表示它们。

盘点电机扭矩的测量方法有哪些

盘点电机扭矩的测量方法有哪些 扭矩是电机试验中一个重要的参数，尤其是在电机效率评测中扭矩更是一个不可或缺的被测量，扭矩测量的准确性直接关系到电机效率的评测的正确性。目前使用的扭矩测量方法按照测量原理可分为平衡力法、传递法和能量转换法。 一、平衡力法处于匀速工作状态的传动机械构件，其主轴和机体上一定同时存在一对扭矩T 和T，并且二者大小相等、方向相反。通过测量机体上的T来测量主轴上T 的方法称为平衡力法。设F 为力臂上的作用力，L 为力臂长度，则T=LF。通过测量作用力F和力臂L即可得出T和T。平衡力法的优点是不存在传递扭矩信号的问题，力臂上的作用力F容易测得；缺点是测量范围仅局限为匀速工作状态，无法完成动态扭矩的测量。二、传递法传递法利用传递扭矩时弹性元件的物理参数会发生某种程度的变化。利用这种变化与扭矩的对应关系来测量扭矩。按照不同的物理参数，可将传递法进一步划分为磁弹性式、应变式、振弦式、光电式等，目前传递法在扭矩测量领域应用最为广泛。 图1 传递法分类 1.光电式扭矩测量法 将开孔数完全相同的两片圆盘形光栅固定在转轴上，并将光电元件和固定光源分别固定在光栅两侧，转轴无扭矩作用时两片光栅的明暗条纹错开，完全遮挡光路，无光线照到光敏元件上不输出电信号;有扭矩作用时两个圆盘形光栅的截面产生相对转角，明暗条纹部分重合，部分光线透过光栅照到光敏元件上，输出电信号。扭矩值越大扭转角越大，照到光敏元件上的光线强度越大，输出电信号也就越大，通过测量输出的电信号能够测得外加扭矩的大小。 图2 光电式扭矩测量原理 该方法的优点是响应速度快，能实现扭矩的实时监测;其缺点是结构复杂、静标困难、可靠性较差、抗干扰能力差，测量精度受温度变化的影响较大。该方法不适用于刚启动和低

扭矩测量说明

扭矩测量说明 一、测量原理： 由材料力学知，当受扭矩作用时，轴表面有最大剪应力τmax。轴表面的单元体为纯剪应力状态，在与轴线成45 度的方向上有最大正应力σ1 和σ2，其值为｜σ1｜=｜σ2｜= τmax。相应的变形为ε 1 和ε2，当测得应变后，便可算出τmax 及扭矩（可以使用BeeData 自带的应变扭矩计算工具，直接计算出扭矩值）。测量时应变片沿与轴线成45°的方向粘贴 （可以使用扭矩测量45 度角专用应变片）。由于采用无线传输技术，测量节点跟随轴旋转，不再需要拆轴安装扭矩传感器。 二、粘贴应变片： 正确粘贴应变片是保证扭矩准确测量的关键步骤，不合适的粘贴将引起零飘，蠕变等问题。为了减小电流消耗，推荐使用350 欧姆或更大阻值应变片。 1. 组桥方式： 推荐使用专用扭矩测量应变片(45 度角)组成全桥进行扭矩测量。可以使用单片半桥应变片（比如BE350-5HA），上下对称沿轴向贴片，组成全桥，该贴法具有消除弯曲影响的优点。也可以使用单片全桥应变片，该贴法具有粘贴方便的优点，但是应变片成本较高，不能消除弯曲影响。 图1 上下半桥贴法 图2 单片全桥

2. 粘贴应变片 2.1 电阻应变片的选择： 在应变片灵敏数K 相同的一批应变片中，剔除电阻丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。用数字万用表的电阻档测量应变片的电阻值R，将电阻值在350 ±2Ω范围内的应变片选出待用(应变片灵敏系数由厂家标定，一般为2.00 左右)。 2.2 轴表面的处理：用锉刀和粗砂纸等工具将试件在轴上的贴片位置的油污、漆层、锈 迹、电镀层除去， 再用细砂纸打磨成45°交叉纹，之后用镊子夹起丙酮棉球将贴片处擦洗干净，至棉球洁白为止。见图2-1。 打磨区 图2-1 钢试件应变片粘贴处表面处理示意图 测点定位： 应变片必须准确地粘贴在试件的应变测点上，而且粘贴方向必须是要测量的应变方向（如果使用专用45 度角应变片，应变片沿轴向粘贴）。为达到上述要求，要在试件上用钢板尺和划针画一个十字线(一根长，一根短)，十字线的交叉点对准测点位置，较长的一根线要与轴向一致。见图2-2。 图2-2 应变片定位示意图 2.3 应变片粘贴： (1) 应变片的粘贴：注意分清应变片的正、反面(有引出线引出的一面为正面)，用左手捏住应变片的引线，右手上胶，在应变片的粘贴面(反面)上匀而薄地涂上一层粘结剂(502 瞬间粘结剂)。稍微等待一段时间，当胶水发粘时，校正方向(应变片的定位线与十字线交叉线对准)，再垫上塑料薄膜，用手沿一个方向滚压1~2 分钟即可。见图2-3。

滑动摩擦力两种测量方法的比较

滑动摩擦力两种测量方法的比较 最近一、两年，好些个省市的中考试题中均考查到了滑动摩擦力的测量，这些题归结起来牵涉到了两种不同测量方法。在这两种不同方法的考查中，许多考生不能准确地找出这两种方法的异同，出错率很高。下面就这两种方法的异同在这里作个简单的比较。 两种方法选用的器材：正方体木块、读数准确的弹簧测力计、粗糙程度均匀的长木板、细线等。 方法一：采用如图1所示的实验装置，用弹簧测力计在水平方向上拉动木块作匀速直线运动，此时滑动摩擦力的大小就等于弹簧测力计的示数。 方法一：采用如图2所示的实验装置，木块置于长木板上，弹簧测力计的一端固定，另一端勾在木块上，用力拉着长木板运动，此时滑动摩擦力的大小也等于弹簧测力计的示数。 我们知道，在方法一中，由于很难拉着木块做匀速直线运动，弹簧测力计的示数很不稳定，很难准确读数，造成实验的误差较大，所以很多教师在课堂中就改用了方法二来实验，但方法二却给学生带来了不小的麻烦，学生很难理解其中的实验原理，于是在考查当中，不少学生的答题结果不理想。现在我就这两种方法作个比较如下： 相同点：①两种方法都是想方设法让木块处于平衡状态，使摩擦力与弹簧测力计的拉力平衡，再利用二力平衡的条件，得出摩擦力的大小等于拉力的大小。②两种方法中木块相对于长木板都是运动的，木块受到木板的摩擦力都是滑动摩擦力。 不同点：①方法一中木块是作匀速直线运动，而方法二中木块是静止的；②方法一中

弹簧测力计是运动的，示数不稳定，不便于读数，而方法二中弹簧测力计相对桌面是静止的，示数是稳定的，便于读数；③方法一中木块必需作匀速直线运动，操作起来困难，而方法二中长木板不需要作匀速直线运动，方便操作。 以上几点粗浅的认识仅是个人看法，希望能对同学们有所帮助。

扭矩的测量方法和原理

扭矩的测量方法和原理 目前测量扭矩值主要采用非电量电测法，将应变片直接粘贴在传动轴的表面上， 组成测量电桥，见图1。 用相应的测量系统测量由于扭矩作用所产生的剪应变或剪应力，从而计算出扭矩值。其优点是可直接测量传动轴的扭转变形，减少了由主电机功率和转速推 算的间接影响因素。 图 1 传动轴扭矩测量的布片和组桥图 Fig.1 Strain gage distribution and builing bridge by torque measuring on a driving axis 由材料力学可知，扭矩的计算公式为 M＝τW(1) 式中M——传动轴承受的扭矩； τ——传动轴承受的剪切力； W——抗扭断面系数(对实心圆轴)。 式中D——传动轴直径。 则M＝0.2τD3 (3) 因扭转作用在与轴体轴线成±45°方向的轴体表面上产生最大主应 力σ 1和最小主应力σ 3 ，其绝对值均等于最大剪应力τ，即

根据虎克定律，剪应力为 式中E——传动轴材料的弹性模量； μ——传动轴材料的泊桑比； ε——传动轴的应变。 由式(3)可知，扭矩与应变呈线性关系。 扭矩测量的关键是解决信号的传输问题。目前常用的扭矩信号传输方式包括有线传输和无线传输两种。有线传输是使用滑环和电刷等将传动轴上的电信号引出给测量仪器。冶金测量车所配置的是无线传输，该系统见图2。传动轴上的机械应变引起贴在轴上的应变片的电阻发生变化，使其电桥失衡，产生与扭矩值成正比的电压。该电压通过振荡器(运用频率调制的原理)转换成与扭矩值成正比的输出频率，其信号从发送线圈送到接收线圈，经鉴别器把信号解调并转换成电压信号进行记录和显示。测量电桥、振荡器和发送线圈均安装在被测轴上随轴旋转，避免了旋转轴引线困难和接触滑环的接触电阻的影响。 图 2 扭矩测量框图 Fig.2 Block draft of the torgue measurement 1—应变电桥；2—振荡器；3—发送线圈；4—接收线圈； 5—鉴别器；6—计算机；7—传动轴

滚动轴承摩擦力矩测量

滚动轴承摩擦力矩测量 1 范围 本标准规定了滚动轴承（以下简称轴承）摩擦力矩的测量方法。 本标准适用于尺寸范围（公称外径）3 mm～200 mm的深沟球轴承、角接触球轴承和单列圆锥滚子轴承。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 1800.2－2009 产品几何技术规范（GPS）极限与配合第2部分：标准公差等级和孔、轴极限偏差表 GB/T 5800.1－2012 滚动轴承第1部分：公制系列轴承的外形尺寸、公差和特性 GB/T 6930－2002 滚动轴承词汇 3 术语和定义 GB/T 6930―2002界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 启动力矩starting torque M Q 使一轴承套圈相对于另一固定的套圈开始旋转所需的力矩。 3.2 转动力矩dynamic torque M 当一个轴承套圈旋转时，阻止另一套圈运动所需的力矩。 3.3 平均力矩值 average value of bearing torque M P 在一个测量过程中，所有力矩测值的算术平均值。 3.4 最大力矩值 maximum value of bearing torque M max 在一个测量过程中，所有力矩测值中的最大值。 3.5 最小力矩值 minimum value of bearing torque M min 在一个测量过程中，所有力矩测值中的最小值。 3.6

力矩波动值 fluctuation value of bearing torque △M 在一个测量过程中，所有力矩测值中最大力矩值和最小力矩值的差值。 4 测量原理及方法 4.1 测量原理 4.1.1 启动力矩测量原理 启动力矩的测量是传感器安装在一个轴承套圈上，或安装在一个与轴承套圈机械式连接的测量装置上，在规定的载荷条件下，对轴承逐级施加驱动力，当一轴承套圈相对于另一固定的套圈启动并维持转动到规定的弧度，传感器测量的摩擦力矩即为启动力矩。 4.1.2 转动力矩测量原理 转动力矩的测量是传感器安装在一个轴承套圈上，或安装在一个与轴承套圈机械式连接的测量装置上，在规定的载荷条件下，轴承以固定转速旋转，在规定的时间段内检测传感器信号，得出一个或多个表征转动力矩的参数。 4.2 测量方法 4.2.1 传递测量法 传递测量法如图1所示，力矩传感器安装在驱动和轴承的中间作为传递体，当驱动轴承内圈（或外圈）旋转时，外圈（或内圈）固定不转，轴承摩擦力矩作为负载力矩传递到力矩传感器上，传感器所测得的力矩即为轴承摩擦力矩。 图1 传递测量法示意图 4.2.2 平衡测量法 平衡测量法如图2所示，驱动轴承内圈（或外圈）旋转时，在力矩的作用下，轴承外圈（或内圈）有转动的趋势，外圈（或内圈）连接的力矩传感器或者力传感器作为平衡力矩或者平衡力，阻碍轴承外圈（或内圈）旋转，使两者保持动态平衡，通过力矩传感器或者力传感器测得的平衡力矩或者平衡力即为轴承摩擦力矩。

动态扭矩传感器转矩的几种测量方法

动态扭矩传感器转矩的几种测量方法 转矩的几种测量方法：其中传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最广泛。 1、平衡力类转矩测量装置及平衡力法 以均匀速度运转的动力机械或者是制动的机械，是在机体上同时作用着与转矩大小相等，方向相反的平衡力矩。扭矩测量是传动线路中的重要内容之一,高精度、高稳定性的扭矩测量方法是当今各国机械测量研究的热点之一,为此,提出了一种基于压电式扭矩传感器的研究.系统介绍该测量方法的原理与结构,并对新研制的传感器进行了加载试验.从实验曲线中得出的拟合方程证实了该测量原理的可行性,设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性,重复精度≤0.5％.扭矩测量是传动线路中的重要内容之一,高精度、高稳定性的扭矩测量方法是当今各国机械测量研究的热点之一,为此,提出了一种基于压动态扭矩传感器的研究.系统介绍该测量方法的原理与结构,并对新研制的传感器进行了加载试验.从实验曲线中得出的拟合方程证实了该测量原理的可行性,设计的扭矩传感器具有较好的线性度和一致性,重复精度≤0.5％. （通过测量机体上的力和力臂来确任动力机械主轴上工作转矩的方法称为平衡力法。） 平衡力法转矩测量装置又称作测功器，按照安装在平衡支承上的机器种类，可分为电力测功器、水力测功器等。平衡力测量机构有砝码、游码、摆锤、力传感器等。一般由旋转机、平衡支承和平衡力测量机构组成。平衡支承有滚动支承、双滚动支承、扇形支承、液压支承及气压支承等。平衡力法直接从机体上测转矩，不存在从旋转件到静止件的转矩传递问题。但它仅适合测量匀速工作情况下的转

矩，不能测动态转矩。 2、传递法 传递法是指利用弹性元件在传递转矩时物理参数的变化与转矩的对应关系来测量转矩的一类方法。常用弹性元件为扭轴，故传递法又称扭轴法。根据被测物理参数不同，动态扭矩传感器基于传递法的转矩测量仪器有多种类型。在现代测量中，这类转矩测量仪的应用最为广泛。 3、转换法 依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能参数来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能量转换法。从方法上讲，能量转换法实际上就是对功率和转速进行测量的方法。能量转换法测转矩一般只在电机和液机方面有较多的应用。

力和力矩的定义解释

力和力矩的定义解释 力矩 力使物体转动的效果，不仅跟力的大小有关，还跟力和转动轴的距离有关。力越大，力跟转动轴的距离越大，力使物体转动的作用就越大。从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。 力矩(torque)：力(F)和力臂(L)的乘积(M)。即：M=F·L。其中L是从转动轴到力的矢量, F是矢量力。 力矩的量纲是距离×力；与能量的量纲相同。但是力矩通常用牛顿-米，而不是用焦耳作为单位。力矩的单位由力和力臂的单位决定。 力对物体产生转动作用的物理量。可分为力对轴的矩和力对点的矩。力对轴的矩是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量。它是代数量，其大小等于力在垂直于该轴的平面上的分力同此分力作用线到该轴垂直距离的乘积；其正负号用以区别力矩的不同转向，按右手螺旋定则确定：以右手四指沿分力方向，且掌心面向转轴而握拳，大拇指方向与该轴正向一致时取正号，反之则取负号。力对点的矩是力对物体产生绕某一点转动作用的物理量。它是矢量，等于力作用点位置矢r 和力矢F的矢量积。例如，用球铰链固定于O点的物体受力F作用，以r表示自O点至F作用点A的位置矢，r和F的夹角为a（见图）。物体在F作用下，绕垂直于r与F组成的平面并通过O点的轴转动。

转动作用的大小和转轴的方向取决于F对O点的矩矢M，M＝r×F ；M的大小为rFsina ，方向由右手定则确定。力矩M 在过矩心O的直角坐标轴上的投影为Mx 、My 、Mz 。可以证明Mx 、My 、Mz 就是F对x ，y，z轴的矩。力矩的量纲为L2MT -2，其SI单位为N·m。 力 力（force） 力是物体对另一物体的作用，一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加这种作用。前者是受力物体，后者是施力物体，只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体。有时为了方便，只说物体受了力，而没有指明施力物体。但施力物体一定是存在的。 力的大小可以用测力计（弹簧秤）来测量。在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N。 力不但有大小，而且有方向。物体受到的重力是竖直向下的，物体在液体中受到的浮力是竖直向上的。力的方向不同，它的作用效果也不同。作用在运动物体上的力，如果方向与运动方向相同，将加快物体的运动；如果方向与运动方向相反，将阻碍物体的运动。可见，要把一个力完全表达出来，除了力的大小，还要指明力的方向，可以用力的示意图来表示它们。用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来

力和力矩的测量

力和力矩的测量 力的定义：力是物体之间的相互作用。大小、方向、作用点是力的三要素。 牛顿第二定律表述：动量对时间的变化率。F dp /d t = 国际单位：牛顿，简称牛，符号是N 。211/N kg m s =? 力矩定义：位矢和力的叉乘。物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离。 力矩单位是牛顿2米（N 2m ） 对力的测量问题有两种基本方法：（1）直接比较（2）使用标准传感器进行间接比较 直接比较方法利用某种形式的梁式天平，并且使用零位平衡技术。 1 力的测量 1.1等臂天平（如图中分析天平，精度可达0.1mg ）或非等臂天平。 最简单的重量或力的测量系统。基于力矩比较原理工作的。由未知的重量或力产生的力矩，和一个已知量产生的力矩进行比较。 1.2摆式测力机构 如摆式秤。 输入量施加到负载杆上，使配重旋转向外移动。该移动使得配重作用力矩增加，直到负载力矩和摆秤力矩相等。 1.3 弹性传感器 很多力传感器系统利用某种机械弹性件或弹性件的组合，对弹性件施加载荷导致一种类似的变形，通常是线性的，然后对该变形直接观察并且用于力的测量，或者使用另一个传感器来将该位移转换成另一种形式的输出，通常是电的形式。 通常要对弹性件进行标定，如调整螺旋弹簧的有效圈数等。

1.4应变片测力计 与将总变形用于测量载荷不同的是，应变片测力计根据单位应变来测量负载。电阻型应变片非常适合于这一用途。若要测量的是大载荷，可以使用直接拉压型元件。如果是小载荷，则可通过弯曲来放大应变。 金属电阻应变片的原理：当金属丝或金属箔片被机械地拉长时，导体的长度将变长，截面将变小，因此其电阻发生变化。如果电阻元件长度紧密附着在发生这样应变的构件上，使得电阻元件也产生应变，那么测出的电阻变化可以根据应变来定标。 金属应变片的应变片因子F 在通常要求的应变范围内基本上是个常数，而由实验确定的应变片因子F 的值，对于一种给定的材料是相当一致的。 1R F R ε?=在实际应用中，F 和R 的值是由应变片制造商提供的，使用者要根据被测的输入量情况确定R ?

技校物理 第一章力和力矩试题

第一章力和力矩试题 一、填空：(每空2分，共54分) 1.重力是由于而产生的，它的方向。对于质量分布均匀的物体，重力的作用点可以为作用在物体的上。 2.摩擦力发生在的物体之间，它的方向与物体的方向或方向相反。滑动摩擦力可以用公式来计算；静摩擦力在未达到最大值时，它的数值随着外力的变化而。 3.两个物体间的作用力和反作用力总是大小，方向，作用在，这就是。 4.两个人分别用10N的力拉弹簧秤的两端，弹簧秤的读数为N。 5.物体在力的作用下，如果保持或，我们则称这个物体处于转动平衡状态。 6.通常规定，使物体向转动的力矩为正，使物体向转动的力矩为负。有固定转动轴的物体的平衡条件是。 7.重力为G的物体，放在倾角为θ的斜面上，重力G沿斜面的分力大小 为，垂直于斜面的分力大小为。 8.力偶只会使物体动。 9.两个共点力，大小分别是16N和12N，当两个力方向时，两个力的合力最大，最大值是N，当两个力方向时，两个力的合力最小，最小值是N。 10.两个力的合力最大值是10N，最小值是2N，这两个力的大小是 N和N。 二、选择：（每题3分，共30分） 1.关于重力的方向，下面说法正确的是( )。 A重力的方向一定垂直于接触面.B. 重力的方向一定平行于接触面 C. 重力的方向与接触面无关 D. 重力的方向一定与运动状态有关 2.下列各组力中，全部以力的作用效果命名的是（）。 A.重力、弹力、摩擦力 B.重力、阻力、动力 C.弹力、拉力、斥力 D.拉力、支持力、阻力 3. 关于摩擦力，下列说法正确的是（）。A.摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反 B.滑动摩擦力的大小总是与物体的重力成正比 C.静摩擦力随着拉力的变化而变化，并有一个最大值 D.摩擦力一定是阻力 4.关于合力与分力，下列说法正确的是（）。 A.两个力的合力，至少大于一个分力 B. 两个力的合力，可能小于一个分力 C. 两个力的合力，不可能小于一个分力 D. 两个力的合力，一定大于两个分力 5. 5N和7N的两个力的合力不可能是（）。 A.3N B.2.5N C.10N D.13N 6.对一个方向向东、大小为4N的力沿一条直线分解。若其中一个分力（方向向西）的大小为2N,则另一个分力（方向向东）的大小为（）。 A. 1N B.2N C.4N D.6N 7.正在空中飞行的子弹（忽略空气阻力）所受到的力是（）。 A.重力 B.重力、火药爆炸产生的气体推力 C.重力、向前冲的力 D.以上说法都不正确 8.下列说法正确的是（）。 A.地球吸引物体的力大于物体吸引地球的力 B.作用力与反作用力是性质相同的力 C.以卵击石，石头没损伤而鸡蛋破了，这是因为鸡蛋对石头的力小于石头对鸡蛋的力 D.跳高运动员跳高时，地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力 9.木块沿着斜面匀速下滑，木块所受的力为（）。 A.重力、支持力 B.重力、下滑力、支持力 C.重力、摩擦力 D.重力、支持力、摩擦力 10.下列关于力矩的说法正确的是（）。 A.力矩的大小等于力与物体转动半径的乘积 B. 力矩的大小等于力的作用点到转动轴之间距离的乘积 C. 力矩的大小等于力与物体重心之间距离的乘积 D. 力矩的大小等于力与转动轴到力的作用线的距离的乘积

扭矩传感器原理

扭矩传感器原理
关键词: 扭矩传感器 扭矩仪 旋转传感器 1 综述 电动助力转向系统 EPS(electric power steering)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动 力转向系统,与传统的液压助力转向系统 HPS(hydraulic power steering)相比,EPS 系统 具有很多优点：仅在需要转向时才启动电机产生助力,能减少发动机燃油消耗；能在 各种行驶工况下提供最佳助力， 减小由路面不平所引起电动机的输出转矩通过传动装 置的作用而助力向系的扰动，改善汽车的转向特性,提高汽车的主动安全性；没有液 压回路,调整和检测更容易,装配自动化程度更高,且可通过设置不同的程序，快速与不 同车型匹配,缩短生产和开发周期；不存在漏油问题,减小对环境的污染。EPS 系统是 未来动力转向系统的一个发展趋势。 图 1 EPS 结构图 如图 1 所示，EPS 主要由扭矩 传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。 通过传感器 探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向， 并将所需信息转化成 数字信号输入控制单元,再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相 适应的力矩,最后发出指令驱动电动机工作，电动机的输出转矩通过传动装置的作用 而助力。因此扭矩传感器是 EPS 系统中最重要的器件之一。扭矩传感器的种类有很 多，主要有电位计式扭矩传感器、金属电阻应变片的扭矩传感器、非接触式扭矩传感 器等，随技术的进步将会有精度更高、成本更低的传感器出现。 2 电位计式扭矩传感器 电位计式扭矩传感器主要可以分为旋臂式、双级行星齿轮式、扭杆式。其中扭杆式测 量结构简单、可靠性能相对比较高，在早期应用比较多。 2.1 EPS 中扭杆式扭矩传感 器的结构、原理扭杆式扭矩传感器主要由扭杆弹簧、转角-位移变换器、电位计组成。 扭杆弹簧主要作用是检测司机作用在方向盘上的扭矩，并将其转化成相应的转角值。 转角-位移变换器是一对螺旋机构，将扭杆弹簧两端的相对转角转化为滑动套的轴向 位移，由刚球、螺旋槽和滑块组成。滑块相对于输入轴可以在螺旋方向上移动，同时 滑块通过一个销安装到输出轴上，可以相对于输出轴在垂直方向上移动。因此，当输 入轴相对于输出轴转动时，滑块按照输入轴的旋转方向和相对于输出轴的旋转量，垂 直移动。 当转动方向盘的时候，钮矩被传递到扭力杆，输入轴相对于输出轴方向出 现偏差。该偏差是滑块出现移动，这些轴方向的移动转化为电位计的杠杆旋转角度， 滑动触点在电阻线上的移动使电位计的电阻值随之变化， 电阻的变化通过电位计转化 为电压。这样扭矩信号就转化为了电压信号。 2.２ 扭杆式扭矩传感器的设计 扭杆 是整个扭杆扭矩传感器的重要部件，因而扭杆式扭矩传感器的设计关键是扭杆的设 计。扭杆通过细齿形渐开线花键和方向盘轴连接，另外的一端通过径向销（直径 D） 与转向输出轴连接，基本结构如图 2 所示。 图 2 圆柱截面扭杆结构图 扭杆细齿形 渐开线花键端部结构外直径 d0=(1.15~1.25)d ,长度 L=（0.5~0.7）d，为了避免过大的 应力集中，采用过度圆角时，半径 R=（3~5）d，扭杆的有效长度为 l，d 为扭杆有效 长度的直径。 扭杆的扭转刚度 k 是扭杆的一个重要的物理量，可以参照下面的公式