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基于现场实测实例的机械工程测试技术课程教学研究 任学平，杨文志，苏凤歧，关丽坤 （内蒙古科技大学机械工程学院 内蒙古 包头 014010） 摘 要：摘 要： 机械工程测试技术是属于机械类专业的一门重要专业基础课程该门课程由于涉及复杂的理论和 实际应用，学生普遍反映难于理解和不易掌握为使学生对这门课程有深刻的认识，提出将科研贯穿于教 学之中，在课堂上引入现场测试实例具体做法是针对一些典型问题如位移、应变和振动测试，给出这类 参数的现场测试方法和所应用的测试理论该方法显著地提高了学生对该门课程的兴趣和教学效果 关键词：关键词：测试技术；教学效果；现场参数测试 Teaching Research on course of Mechanical Engineering Testing Technology Based on Spot Example of Actual Measurement Ren Xueping Yang Wenzhi Su Fengqi Guan Likun ( Mechanical Engineering School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou, 014010;China ) Abstract:Abstract: Mechanical engineering testing technology which belongs to enginery profession is important professional foundation course. Because this course refers complicated theory and practical application, the students reflect it is difficult to understand and held. To probe student have profound recognize at the course, this paper presents to use science research in teaching and introduce field performance test example in schoolroom. Concrete methods are aim at some type real problem, such as displace, strain, vibration testing, gave out this type parametric field performance spot test method and testing theory. The method remarkably advances student interest and effectiveness of instruction for this course. Key words:Key words: Testing Technology; Teaching Result; Spot Parameter Measurement 1 概述 随着科学技术的发展， 以信息获取、 处理和利用为目的的测试技术在生产和科学研究中 的应用越来越广泛， 测试技术已经成为信息领域的支撑技术之一。

机械工程测试技术这门课 程涉及内容广泛，并且是一门偏重应用的课程，因此其应用性和实践性非常强为使学生在 学习该门课程达到好的效果，可采用结合实际参数的测试，在具体的工程背景下，对一些典 型问题给出测试实例，着重培养了学生的动手能力、应用能力和工程意识，为后续的学习和 将来走向工作岗位奠定必要的基础本文结合现场实际测试问题，给出位移、应变和振动加 速度的实际实例，这些测试实例都具有工程背景 2 结晶器振动台振动曲线测试 2.1 结晶器振动曲线测试背景[1] 结晶器及其振动设备是连铸机的核心部分，也是连铸设备的重点铸钢时，通过结晶器 的振动，使结晶器内壁获得良好的润滑条件，减少摩擦力并能防止钢水与内辟的粘结，同时 改善钢坯的表面质量和内部质量，杜绝钢坯缺陷的出现而结晶器的振动状况，包括结晶器 台面振幅一致性、 振动有无相位差， 以及振动的平稳性将直接影响连铸坯的生产及表面质量 理论分析结晶器的运动状况有一定的难度， 为测试某厂连铸机的结晶器振动状态， 采用实际 测试就显示出优越性为此，在现场给定的振动频率和振幅条件下，实际测量结晶器的振动 位移，对测得的数据进行处理，以判断出结晶器振动装置存在的问题，为以后振动装置的检 修和安装提供可靠的依据。

为此， 在结晶器的上表面的四个角安装了四个与振动方向垂直的 平面，平面随结晶器一起上下运动然后，先将一个支架固定在地基上，再将夹持住位移传 感器的卡子安装在支架上， 卡子和位移传感器的外壳不动， 位移传感器的的测头与结晶器的 上表面的四个平面接触，并随结晶器的上下运动而运动位移传感器的安装固定示意如图 1 所示 02004006008001000 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 4测点 3测点 2测点 1测点 位移（毫米） 时间（毫秒） 图 1 位移传感器安装示意图 图 2 振动台台面四个测点的振动位移 2.2 结晶器振动测试传感器选择和实际曲线显示 按照结晶器运动的测试精度、测试位移范围、频率响应特性及最小位移分辨率，选择差 动变压器式位移传感器，即 LVDT 式位移传感器LVDT 式位移传感器的工作原理参见相关文 献[2]该传感器具有精确度高，线性范围大，稳定性好和使用方便的特点这种传感器是 利用电磁感应中的互感现象， 将被测的位移转换成线圈互感的变化 这种位移传感器的测头 的上端连着铁心，铁心圈的芯部，铁心和线圈装在一个屏蔽外壳当铁心上下移动时， 线圈产生感应电势，反映出位移的变化。

测试的分辩率可以达到 1μm，测量频率响应范围 为 0～30Hz，为保证测试精度，4 个测点的位移传感器选用同一批产品利用该种测试原理 得到位移随时间变化如图 2 所示 3 穿孔机主传动系统传动主轴的应变扭矩测试 3.1 穿孔机主传动系统传动主轴的应变测试的背景[3] 穿孔机用于轧制无缝钢管时， 在圆形端面的钢坯内得到圆孔 穿孔机是轧制无缝钢管的 第一个工序， 因此穿孔机也是轧管机组的第一台轧机 穿孔机组成为电动机通过联接轴与齿 轮座输入轴连接， 齿轮座两个输出轴与万向接轴连接 上下万向接轴分别驱动轧辊同向转动 当钢坯进入配置在万向接轴间及高度可调节的收料槽中， 由气动推杆将钢坯推入轧辊， 推杆 的气缸穿过齿轮机座 穿孔机主传动如图 3 所示 掌握主传动系统的扭矩及其变化显得非常 重要和必要为此可选择测试传动轴的应变，进一步得到传动轴的扭矩变化应变测试原理 参见相关文献[2] 3.2 穿孔机主传动系统主轴应变测试显示 测试穿孔机主传动轴的扭矩采用美国生产的 TorqueTrak9000 系列扭矩遥测系统（以下 简称 TT9000） 该系统包括发射机、接收机TT9000 扭矩遥测系统可进行数小时到十几个小 时的连续检测,安装简便,适用于各种尺寸轴的扭矩测试。

接收机接收到发射机无线电信号后 转换成-5V 到+5V 模拟电压，与发射机选定的应变测量范围相对应该模拟信号送入振动信 号测量记录系统（美国产，ZonicBook618E）,最后通过电脑屏幕显示传动轴实际扭矩信号的 波形、数据，并保存到文件中典型应变波形如图 4 所示 电 动 机 中 心 线 齿 轮 箱 中 心 线 穿 孔 机 中 心 线 油 缸 图 3 穿孔机主传动系统示意图 图 4 传动系统主轴典型扭矩波形图 4 轧机主传动系统的减速机振动测试 4.1 轧机主传动系统的减速机振动测试的背景[4] 轧机主减速机作为机械设备重要的基本部件， 对机械设备的性能、 工作可靠性以及生产 的安全性有重大影响为减少减速机故障，采用在减速机齿轮润滑加入添加剂随着机械设 备向高速化、大型化和重型化发展，对工业齿轮油的性能要求也越来越高，提高工业齿轮油 性能的途径之一是在润滑油中加入添加剂 如何评价润滑油中加入添加剂的效果可以采用多 种方法， 尤其是采用振动实验方法 根据润滑的主要目的是为了减少运动副之间的摩擦和磨 损， 而摩擦和磨损的减少也意味着设备振动的直接减少 振动测试方法已经成功地应用于机 械设备的状态监测和故障诊断， 既利用测取机械设备在运行中的振动状态信号， 通过对所测 信号的处理和分析，来定性和定量识别减速机实时工作状态，并可以预测有为异常和故障。

由此推断，在添加剂加入减速机齿轮箱前后，减速机的振动状态应该有所不同，本文采用振 动测试方法来评价润滑油中加入添加剂的效果 振动测试采用压电式加速度传感器， 此传感 器的工作原理参见相关文献[2] 图 5 传动系统上轴扭矩波形图 图 6 加剂之前振动信号波形图 为评价减速机的润滑油中加入添加剂的效果， 应选择连续生产的、 重载工作的减速机作 为试验对象，并且，为具有统计特性，也应选择在同一工况的多台减速机作为试验对象经 过比较， 选择棒材厂的六架连续粗轧机的主减速机较为合适 六架连续轧机的主传动布置如 图 5 所示图中件号 1～6 为六架轧机的编号，六架轧机的轧辊水平和垂直交替布置，其中 1，3 和 5 架轧机轧辊为水平布置，2，4 和 6 架轧机轧辊为垂直布置每架轧机的传动方式 为电机—联轴节—减速机—联接轴—轧辊 由于每架轧机的轧辊布置不同， 因此减速机的传 动方式也略有不同 4.2 轧机机主传动系统减速机振动测试显示 为比较测试效果， 实验分两次进行 第一次是没有加添加剂时进行六台减速机输入和输 出轴轴承端盖位置的振动测试第二次是将添加剂加入减速机润滑油后，让减速机工作 48 小时后测试，以便添加剂效能发挥作用，实验时应注意轧机选取同样的工况进行测试。

图 6 示出了未加添加剂某架轧机减速机输入轴端的振动加速度信号波形 从加入添加剂前后的振 动状态，就能够判断出润滑方面的效果 5 结束语 结合所讲授到机械工程测试技术的内容， 给出了相关实际问题测试方法， 这些测试实例 基本覆盖了测试技术里的典型物理量测试方法 经过将实际测试实例应用到机械工程测试教 学的过程教学，将书本上的参数测试与实际的工程测试对应起来，强化了应用，提高了这门 课程的教学效果，增强了学生的工程背景，提高了机械工程测试技术课程的教学质量 参考文献： [1] 任学平，杨文志等·连铸机结晶器动态位移测试及分析 自动化仪表，2004 年，第 10 期 [2] 熊诗波，黄长艺机械工程测试技术基础（第 3 版）[M].北京:机械工业出版社,2007 [3]任学平，关丽坤·扭矩遥测方法在穿孔机主传动轴上的应用仪器仪表学报，2007 年，第 4 期，4 月（增 刊） [4]任学平， 马文生等· 利用振动测试判断添加剂对运行设备影响的效果 仪器仪表学报， 2007 年， 8 期 （增 刊） ，8 月 作者简介：作者简介： 任学平(1963-),男,内蒙古科技大学机械工程学院教授,博士,主要从事机械工程测试与故障诊 断教学和科学研究. 联系：0472-5952260，电子邮件：rxp@ 。