D0I:10.13374/i.issm1001-053x.1959.00.006 北京鋼铁工業學院學報 第7期1959年9月 阑於電氟切削力测量儀某些問题的探封 格吉有陳先 (机械制造教研粗) 摘要 切削力测量儀器性能的優劣，直接影警到测量数据的准硅性，本文票介紹我们 在制造B.中.TapaMoH0B切削力测量钱的一些經驗，並對兹测量儀的重敏度造行初 步的理論分析和就驗研究。 通常切削力的确定方法，不外乎下列雨种： 一、解析法： 切削时，被加工金属要产生塑性变形，因此，借助于塑性变形的理論，就可以計算出切 削力的大小，但这种方法不仅推导出的公式复杂，使用不便，並且即使切屑形成的假設是正 确的話，由于削时的塑性变形是在高温(700一1000°C),高压(10Kn/Mw2)和高速下 进行的，目前金屬物理，塑性力学的成就，在这方面还不可能提供可靠的查料，因此，計算 出的粘果往往很难符合实际情况。 二、实验法： 用仪器来测量切削力的大小（該仪器以后简称测力仪）。 现有的测力仪种类繁多，而其中以电气测力仪的性能較为完善，故本文中关于其他类型 测力仪的叙述从略。 电气测力仪按其轉换器（傅送器）的工作原理有电阻，电容，电感，压磁之分，但不管那 一种测力仪，它都必須解决雨个主要問題：即灵敏度和璀确度，假如此雨問题未获得解决， 將导致调量的结果失，，本文所要探討的，正是与这兩个間題有关的一些問题。 各电美数對靈敏度的影响 一、測力仪的灵敏度： 势烩头 片电治 电气御力仪基本粘精的方摇图 萨表 如图1所示，与之相应的测力仪的 灵敏度S可由下式米确定： S=S韩·S路·S测 式中： S转一薄换器的灵敏度。 电汤 S路测量电路的灵敏度。 S浏测量仪表的灵敏度。 (图1) 各种轉换器的灵敏度，在有关 的文献中均有較群細的尉論，至于测量仪表的灵敏度，对我們来锐仅只是个选擇問题，这就
北 京钢 映 工 拿季院 拳教 第 期 夕，夕年 夕 月 翻放龟氛切靓力渊且俄某些周圈的探衬 摄 吉 有 除 光 机械刹 造教研粗 摘 要 切 划 力 浏 量饭 器性能 的馒 劣 ， 直 接影粤到 浏 量数据的 准雄性 ， 本文 系介匆 我 们 在刹 造 巾 胡 切 刘 力浏 贵谈 的 一 些 坦乳 主 封认浏 蚤饭 的 蚕教 度退行初 步的理扮分析和试脸研充 。 通 常切创 力的确定方法 ， 不外乎下列雨种 一 、 解析法 切削 时 ， 被加工金属要产生塑性变形 ， 因此 ， 借助于塑性变形的理渝 ， 就可以 舒算出切 创力的大小 ， 但这种方法不仅推导出的公式复杂 ， 使用不便 ， 兹且即使切屠形成的假投是正 确的器 ， 由于切创 时的塑性变形是 在高温 ， 高压 郑 ， ， 和 高 速 下 进行的 ， 目前金属物理 ， 塑性力学 的成就 ， 在这方面还不可能提供可靠的查料 ， 因此 ， 舒算 出的枯果往往很难符合实 际情况 。 二 、 实尉法 用仪器来浏量切创 力的大小 敌仪器以后筒称测力仪 。 现有的 力仪 种类繁多 ， 而其 中以 电气测 力仪 的性能较为完善 ， 故本文 中关于其他类型 浏力仪的叙远从略 。 电气侧 力仪按共蟀换器 傅版器 的工作原理有电阻 ， 电容 ， 电咸 ， 压磁之分 ， 但不管那 种测力仪 ， 它都必填解决雨 个主耍 简题 即 灵敏度和准确度 ， 假如此 雨 周题未获得解决 ， 牌导致测量的拮果 失其 ， 本文所要探甜的 ， 正是与这雨个周题有关 的一些 尚题 。 各电姿数封盆教度的影响 尸一 ， 一 ， 山 一， 气 一 、 测 力仪 的 灵敏度 电气侧力仪 基本粘椿的方框图 如图 所示 ， 与之相应 的测 力仪的 灵敏度 可 由下 式来确定 一 璐 · 路 · 浏 式中 将一 斡换器的灵敏度 。 路测量电路的灵敏度 。 浏侧量仪表的灵敏度 。 各种裨换器的灵敏度 ， 在有关 竺嘿。国 了 鸳 的文献 中均有较祥袖 的甜输 ， 至于测量仪表 的 灵敏度 ， 对我们来貌仅 只是个迭择 咫题 ， 这就 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1959．00．006
-66- 翎院亭粮 使得我們很自然地將重点放在测量电路的灵敏度 上来，而各种测量电路皆是由电桥祖成，所以， 問题就归秸为研究一个电气测力仪中共同存在的 問題，一电桥的灵敏度。 二、电桥灵敏度的理論分析： 1.电桥平衡条件： 为了使研究的問題略帶普逼性，本女道接研 究交流电桥，並且假股各桥臂均为阻抗負搬（見 图2)，在这种情况下，众所调知，电桥的平衡 条件为： ZZ=ZZ 即：z124=z2z4；91十4=02+98； z表示Z的值，为相位角 若Z,Z4为純电阻，Z1,Z2为威性負载， 則平衡条件轉化为 (RR4=R2R3 《LR4=L2Rg 21 2.接近衡时对角端CD間的电流及电压： 若电桥处于平衡状态，則在图2中所示的电压U保持不变及輸入阻抗乙4B比电源阻抗大 得很多的情况下（这与调力仪工作条件相符），CD間的电流为： (Z:Z-Z3Z3)U i=z+252+z)+i .(1) 式中： T=ZZ2Z3+Z2Z3Z4+Z1ZsZ4+Z:Z2Z4 电压为： -262+ (2,24-22Z)U (2) 既已知电桥的平衡条件为： ZZ4=Z2Z3(这时I0=0,U0=0) 則如果某一桥臂的阻抗作了△Z微小的改变时平衡条件就被破环，但由于Z>>△Z,所 以我們称这时的电桥处于“接近平衡状态”。倘使Z1为测力仪轉换器的阻抗，进行测力时 (在开始测量以前电桥处于平衡状态)，在切削力的作用下，引起了Z,的微小改变△Z1, 此时，电桥也就处于接近平衡状态。 现在来求田接近平衡时CD間的电流I。及电压Uoo 將平衡条件改写成下式： P=Z1Z4-Z2Z8=0 (8) 骰 Z1=Z1+△Z1 則公式（1)和(2)的分子（不包括U)为： P=Z'Z-Z2Z:=Z1Z4-Z2Z:+AZ1Z
寻 叮‘ 本 不 勺 一 赫 一 二 ， 「 ， 使得我仍很 自然地 牌重点 放在测量电路的灵敏度 上来 ， 而各种浏量电路曾是 由电桥粗成 ， 所以 ， 周题就归枯为研究一 个电气 力仪 中共同存在的 周题－ 电桥的 灵敏度 。 二 、 电桥 灵敏度的理希分析 电桥 平衡条 件 一 为 了使研毙的 尚题略带普温性 ， 本文宣接研 究交流 电桥 ， 亚且假毅各桥臂均 为 阻抗负载 兑 ， 图 ， 在这种 情况下 ， 众所遇知 ， 电桥 的平衡 条 件为 ’ 一 声‘ 即共 、 和 孙 叭 气 今 气 十 叽 乞 表 示 的值 ， 矽为相位角 若 ， 。 为钝电 阻 ， ， 为咸性负载 ， 直叮平衡条 件搏化为 栩 魔 李 权 ， ， 人 ‘ 接近平衡 时对角 端 简 的 电流及 电压 闺 ， 若电桥处于平衡状 态 ， 刻在图 中所示 的 电压 保持不变 及输入 阻抗 ‘ ， 北 电源 阻杭大 得很多的情 况下 这与侧 力仪工作条 件相符 ， 周 的 电 流 为 一 。 十 ， ‘ ‘ 式中 ， · ‘ 十 ‘ 电压 为 石 一 ， 既 已知 电桥 的 平衡条 件为 ‘ 这时 。 ， 。 如果某一桥臂的 阻抗作 了△ 微小 的改变 时平衡条 件就被破坏 ， 但 由于 夕△ ， 所 以我们称这时的 电桥处于 “ 接近平衡状态” 。 偷使 为测力仪裨换器的 阻抗 ， 进行测力时 在开始测量以 前 电桥处于 平衡 肤态 ， 在切削 力的 作用下 ， 引起 了 ，的微小改变△ ， 此 时 ， 电桥也就 处于接近平衡肤 态 。 现在来求 出接近平衡时 周 的 电流 。 及 电压 。 。 牌 平衡条 件改写成下 式 一 ‘ 一 ， 歌 ‘ 、 一 △ ， 刻公式 和 的分子 不包括 为 、 一 ‘ ‘ 一 。 。 一 。 △ ‘ ’
第比期 4的一 考虑公式(3)則得到： P=△Z1Z4 :.(4) 将方程式(4)代入(1)和(2)，並运用薄换器阻抗的相对改变21=，，期 过适当的换算后可得出下式： UaZ1 z,会2a+)1+器a+会) U8Z1 (5) 式中： 。(1+ 41=Z〔 Z1)+1+21 1+2) U8Z1 =t8Z1 (6) a+2)a+2） 。 式中： 。=a+受)1+22) 3.电桥灵敏度： 电桥灵敏度系指桥臂的阻抗改变时，测量仪表量得的电流或电压与Z之此，根据上递 定义，可有雨种灵敏度的表示法： t (1)对电流的灵敏度： 8=2 U z,21+2 1)+1+ Z2)(1+ Z8) (7) Z1 (2)对电压的灵敏度： B U a+21+会) (8) 4.获得最大灵敏度的条件： 从公式(7)及(8)可以看出，灵敏度随着电压U的增加而增加，但各电器元件所允 許的极限电流或电压就限制了电压U的提高，因而苦要获得最大的灵敏度，只好选择另一方 法，即使各桥臂的阻抗进行合理的配比，下面仍分雨种情况来分析： (1)获得最大灵敏度S,的条件： 要使S达最大值，必须使公式(7)的分母为最小，为了计算方便，先假被： 么会·受不离，则的最小条作动： -[21+受)+1+受]-21+受2受)”=0 云） Zo (9) V1+
率 几 潇 期 、 考虑公式 菌 一 亡 游方程式 月得到 ‘· △ 代入 和 ‘ 。 二 ，‘ 。 ，。 一‘ 二、 ‘ 。 ， △ 。 。 〕 】艺 浏乌夕月 牛等 哭 石苏甘牡幻乙口丫宁目丹习 肠人 二义 “ 一布 碑 ， 月叨 口 粗过适当的换算后可得出下式 〔会 ‘ 会 ， ‘ 会 ，， 会 ， … 几 ， 、 一 ， ， ， 。 ，二 ， 、 。 、 ，二 ， 、 事、 甲 从 乙 一万一人工 十 万一少十 十 万二 气 十 万‘ ， 乙 亡万 ， 亡。 ‘ 会 ，“ 会 ” · 式中 一 十会 ‘ 十会 ， 电桥灵敏度 电桥灵敏度系 指桥臂的 阻杭改变时 ， 量仪 表量得的 电 流或 电压与 之此 ， 根据上远 定 义 ， 可 有雨种 灵敏度的表示法 对 电流 的灵敏度 。 。 口 ， 二二 二 ， 一 二二 一 二二二 艺 〔会 ， 会 ， ， 会 ，‘ 会 ， 对 电压 的灵敏度 。 。 汀 一 三‘ 口乙 十 会 ， 十 会 ， ， 获得最大 灵敏度的条件 从公式 及 可以看 出 ， 灵敏度随着 电压 的增加而增加 ， 但各电器元件所允 辞 的极限电流或 电压就 限制 了电压 的提高 ， 因而若要获得最大的灵敏度 ， 只好选择另一方 法 ， 即使各桥臂的 阻抗进行合理 的配此 ， 下面仍分雨种情况来分析 获得 最大 灵敏度 的条 件 要使 达最大值 ， 必填使公式 的分母为最小 ， 为 了针算方便 ， 先假裂 ， ， 一 。 ，， 。 ， ， ， 。 乙 ’ 一获 一 一万二 小士之 ， 只 月 日习月丈 、 引良 干 夕 乙 乙 日刀 ‘ ， 、 口 一 乙 「 甸 荟生 李 李飞一 李 李 李 、 二 。 七 ， 一 。 一 夕 。 一 ， 一 ’ ‘ ‘ 一 ︼曰且 一 。 土 卜 一 二 乙 心 十 二二‘ 乙 习
·8一 射院學粮 另一方面若受套小，则8，意大，若取会≤08，公式(9)可变为： Zo Z1+Z。 (10) 为了使测量仪表工作在最有利的情况下，还必須滿足Z0=Zc·〔3]，这甲的Z。D为电桥 的掀田阻抗： Z2 1+名 Z0=Z11+Z11+ (11) 1+Z6 Z3 因此，当测量仪表工作在最有利的情况下，並保証S获得最大值的条件为： Z0=0.33Z1;Z8=0.5Z1 (2)获得最大电压灵敏度S。的条件： 和上逃一样，只要使得公式(8)的分母最小就行了，于是便得到当S。达最大值的条 件为： Z3=Z1 (12) Z2可以任意选擇，Z4則由平衡条件确定之。 为了驗証上远推导，有必要将所用的仪器簡單介紹如下： 电感式切削力测量儀 一、本仪器的工作原理： 在車床刀架上安装仪器中威受切削力的部分一轉换器（或变换器），即將非电量轉换 为电量的一种元件，在切削力的作用下，仪器中的彈性系統产生了微小的彈性位移，以至引 起了换轉器有效阻抗乙（即轉换器的一个参数）的变化，变化的秸果被轉变、放大、最后在 仪表上酸出。 ,因此，电威測力仪通常可由三个部分構成： 1.变形的威受和轉换部分一即仪器的机械部分。 2.被轉换后量的傅递和放大部分一即仪器的调量电路部分。 3. 供眼看敲数或自动配录部分一即仪器的电量测量部分。 二、各部分的功用： 1.机械部分： 此部分为仪器直接承受切削力的威受部分，其中有 一彈性系铳。当受外截荷作用时，即产生一很微小的 彈性位移（如图3所示）。 电威式轉换器： 此元件的功用是將微小的机械位移按此例地轉换为 周3 电路中的一个参数。如图4示为使用得較为广泛的一种轉换器的工作原理图，它有一个小空气 隙，值的大小，随被测外力P而变，因为空气隙8的变化，磁路电阻也有了变化，因而引起了 接在交流电路中且德在“U”铁芯上線圈的电威(L)的变化，線圈电威（工）的变化引起
， · 郁 一 翎 晚 辛 权 另一方面若会 ，， ” ” · 愈大 ， 若取会 ‘ ” · ， 会 一 么气 ， 公式 可变为 为 了使 量仪表工作在最有利 的情况下 ， 还必复浦足 。 。 〕 ， 这 里的 。 为电桥 的输出阻抗 ， 二犷一 ， 之 泛 乙 乙 一 下 一 一 ， ， ’ 曲 万 乙 ， ， ， 乙 ， 十 二二尸 二 下 丫石 一 乙 乙 因此 ， 当浏量仪表工作在最有利的情况下 ， 亚保征 获得最大值的条件为 获得最大电压灵敏度 。 的条件 和 上述一样 ， 只耍使得公式 的分 母最小就行了 ， 于是便得到 当 。 达最大值的条 件为 可以 任意选择 ， 刻 由平衡 条件确 定之 。 为 了盈征上述推导 ， 有必要将所用的仪 器筒 单介貂如下 电感式切削 力测且港 一 、 本仪器的工作原理 在奉床 刀架上安装仪器中感受切创 力的部分－ 蒋换器 或变换器 ， 即装非电量搏换 为 电量的一种 元件 ， 在切削 力的作用下 ， 仪器中的潭性系毓 产生 了微小的弥性位移 ， 以至引 起 了换蟀器有效阻抗 即 搏换器的一 个参 数 的变化 ， 变化 的拮果被蒋变 、 放大 、 最后在 仪表 上菠 出 。 一 因 此 ， 电威测 力仪通 常可 由三个部分裤成 变形 的威受和蒋换部分－ 即仪器的机械部分 。 被搏换后量的傅递和放大部分－ 即仪器的 量电路部分 。 供眼看覆 数或 自动耙录部分－ 即仪器的 电量测量部分 。 二 、 各部分的 功 用 机械部分 此部分为仪器道接承受切削 力的威 受部分 ， 其 中有 一弹性系抚 。 当 受 外载荷作 用时 ， 即产 生一 很微小 的 弥性位移 如 图 所示 。 电威式搏换器 此元件的功 用是将微小 的机械位移按比例地搏换 为 圆 电路 中的一 个 参 数 。 如 图 示 为使 用得较 为广泛 的一 种搏换器的工作原理图 ， 它有一个小空气 隙己 ， 舀值的大小 ， 随被侧外力 而变 奋因为空气 隙 的变化 ， 磁路电 阻也有 了变化 ， 因而引起 了 接在交流 电路 中且跷在 “ ，， 敛芯上 腺 圈的 电 威 的变化 ， 腺 圈 电戚 的变 化 引起
第七”期 69--… 了線圈阻抗(Z)有相应的变化，因此就产生了被测外力和鹣 换器阻抗Z之間的函数关系： Z=f(P)和△Z=f(△P) 电威轉换器的耩造型式敕多，在此不另作介紹。如上所远 的一种轉换器通常是制成轉换器偶，一个装置于机械部分，另 一个則装置在测量电路里，用来調节电桥的不衡。 2.测量电路部分： 测量电路起着重要的作用，它是用来將轉换器与测量仪器 联系起来，使轉换器的电参数轉换成输出的电流或电压。 而通常应用在具有参数轉换器的仪器中的測量电路多牛是 面4) 处在不平衡状态中的桥接电路，关于桥接电路各粗成部分参数的配合在上面已論逃过。 在选擇测量电路各元件的参数时主要是从获得最高的灵敏度来考虑。测量电路的电桥是 用交流电源，而电桥测量对角間的电流的有效值和平均值是决定于电流电压的波形，而当电 源频卒变动时，轉換器的电抗也改变了。为了消除桥接电路的电源电压的頻率和波形变动时 可能产生的腿差，应采用稳定电源电压的方法（即加稳压装橙）来消除当交流电源电压波动 时，对测量仪器敲数的影响，以提高准确度。 为了应用磁电式測量仪器或示波器作为交流测量电路电桥输出端的测量器，且因用直流 傳途比用交流要优越的多，在許多情况下朵用了將交变电流变换成自流，其目的在于借此可 以应用直流放大器（如磁屯式的微安或微伏直流电表即可视为一种放大器）来放大被测的交 流电势。 由于牛导体二极管的尺寸小和稀造簡单，所以在整流电路中应用得极为普逼。 三、BΠ一4一3H型三向电威式切削力测量仪： 我們为了教学上需要及驗証上逃有关测量电路中电桥各元件参数的配区关系的推导仿制 成功了B.中.几apaMOHOB所設計的三向电威式切削力测量仪，现桔合我們在制造和使用中的点 滴体会笛單介貂一下，以供叁考。 一、仪器的机械部分： 如图5所示仪器直接承受各切削分力，在 P.、Px、P,同时作用下，在互相垂直的三个 方向都相应地分别产生了一很微小的彈性位 移，分别經轉换器D,Dx、D,按此例地轉换 为电路中的一个参数。 而图6即为仪器机械部分的装配图，在钢 制的彈性体座1中，焊有彈性支板3和4，方 桿2又焊接在支板3和4上，三个电贼式轉换 图5 器分别装置彈性体座三个互相垂值的位置上。 图7是A一A剖面的放大图，轉换器是由下列几个另件粗成：膠木繞線柱8上德有線圈 8,“T”形铁芯柱6先装入線柱8内，然后連同腺圈一起在装入“山”形铁芯7。铜套9 紧配在彈性体座1上（其另二个则为铜板用螺钉紧压）銅套丙螺紋与“山”铁芯7之外螺敘 相配可用以調节轉换器的空气閥啖δ，螺10是用来固定空气間隙8值的
第 七 期 了腺圈阻杭 有相应的变化 ， 因此就产 生 了被 外力和斡 换器阻抗 之简的函 数关系 一 和△ 二 △ 电威搏换器的褚造型式较多 ， 在此不另 作介貂 。 如上所远 的一 种裨换器通 常是制成礴换器偶 ， 一个装置于机械部分 ， 另 一个 装置在侧量电路 里 ， 用来稠节 电桥 的平衡 。 测量电路部分 量电路起着重耍 的作用 ， 它是用来牌搏换器与测量仪器 联 系起来 ， 使棘换器的 电参数裨换成输出的 电流或 电压 。 而通 常应用在具有参 数棘换 器的仪器 中的测量电路多半是 一 一 油 处在不平衡状 态 中的桥接 电路 ， 关于桥接 电路各粗成部分参 数的配合在上面 已榆越过 。 在选撵测量电路各元件的参数时主耍是从获得最高的灵敏度来考虑 。 测量 电路的 电桥是 用交流 电源 ， 而电桥测量对角简 的 电流 的有效值和 平均值是决 定于 电流 电压的波形 ， 而 当电 源频率变动 时 ， 斡换器的 电抗也改变 了 。 为 了消除桥接 电路的 电源 电压的频率和 波形变动 时 可能产生的羡差 ， 应采用稳定 电源 电压的 方法 即 加稳压装置 来消除当交流 电源 电压波动 时 ， 对测量仪器覆 数的影响 ， 以提高准确度 。 为 了应用磁电式侧量仪 器或示 波器作 为交流测量电路 电桥输出端的测量器 ， 且因用直流 傅送此 用交流耍优越的 多 ， 在静 多情况下采用 了牌交变 电流变换成 遭流 ， 其 目的在于借此可 以 应用道流放大器 如磁 电式的微安或微伏道流 电表即可砚为一 种放大器 来放大被测的交 流 电势 。 由于半导体二极管的尺 寸小和磷造商翠 ， 所以在整流 电路 中应用得极为普遍 。 三 、 一 一 型 三 向 电咸式切创 力测量仪 我俩 为 了教学 上需要及肠扯上述有关测量电路 中电桥各元件参数的配 区关 系的推导仿制 成 功 了 中 。 所投舒的 三向 电感式切创 力侧量仪 ，现拮合我俩在制造和使用 中的点 滴体会筒翠介貂一 下 ， 以供参考 。 一 、 仪器的机械部分 如 图 所示仪器直接承受各切创分 力 ， 在 、 二 、 ， 同时作用下 ， 在互相垂遭的主个 方 向都相应 地分别产生 了一很微 小 的弥 性位 移 ， 分别趣搏换器 、 二 、 ， 按比例地蒋换 为电路 中的一个参 数 。 而图 即 为仪器机械部分的装配 图 ， 在细 制 的弹性体座 中 ， 焊有弹性支板 和 ， 方 捍 又焊接在支板 和 上 ， 三个 电感式棘换 器分别装置 弹性体座三个互相垂遭的位置上 。 圆 图 是 一 剖 面的放大 图 ， 斡换器是 由下列 几个另 件粗成 腰木跷腺柱 ， 上挽有腺圈 ， ‘ ” 形教芯柱 先装入摄柱 ’ 内 ， 然后速 同腺圈一起在装入 “ ’ ， 形铁芯 。 嗣套 紧配在弹性体座 上 其另 二个助 为铜板用螺钉紧压 铜 套内螺杖与 “ 口 ， 敛芯 之外螺杖 相配 可用以 稠节 搏换器的空气周隙 ， 螺母 是用来固定空气 简隙 值的
-70-. 纲院學報 B 生中 5 图6 ⑥ ⑧ 2 3 周7
物 翎 院 李 极 卜反 召弓夕改 盈峨口件 严 甘 王盛硕勿分二里乏 夕月靛么么么么田 履沃 万 奴龙飞‘ 一州，介‘ 石刁 卜全润 猎－ 、 ‘ 一 习 甘 粼口 二士〕 甲丫 赴 一衬魏殆‘ 叨城 阅争卜刀 们凡 飞二竺二」 于习巨人主姚二二飞二同〕川 弓纽月 卜一二 挤 、尸、 神 尹夕 乃 万 圈 矛丫 目‘ 、 、 芡 攀 ’ 、 刁 、 、 与 女 续 洛 鬓鬓 口今气汽尸 尹 乍 ，产 沪 护 户 ， ” 期玲撼妥姗 叭云〕 乃曰、 气 甲 翻沪‘ 诵尸 黔 沁入幼 洲 抽、 ，、 入 脚 阴民 八人 荞 命 二扭不侧斌 之 乙 了 圈
第七期 一71- 在制造这部分时应注意以下雨点： 1.在工艺上应保証轉换器与方桿之相对面相平行，使在調节囀换器線圈之阻抗Z与空 气間隙8的关系时，容易可靠地調到灵敏度較高的位置。 2.橈線圈时应考虑線头的引出在使用中不易断，即使不小心而断線亦应有較省工的补 救法，否則將造成不必要的多次反工，引線可从“T”形铁芯上鑽雨小孔絕綠引出，当線圈 袋入“”形铁芯里后应檢查線圈与铁芯間之絕緣是否良好。 二、测量电路部分： 如图8所示即为本仪器的测量电路图，由稳压器及三个电桥分别为测P,Px,P,粗成， 电路输出端（测量仪器前面）的交变电流翘环形电路电桥整流，而后接于毫伏表上。 W-nepBuyHan M。'DE3 OHOHCM0R W3-KOMneHCQUUOH:.少 W26mopuyHaA HOR DSMOMNO 30 ranbB.P2 ranb&.Pr ranb8.Py 0 2 R R:2 图8 1. 稳压器： 此仪器上所用者为一磁铁諧振式的电压稳定器，铁芯是朵用双柱式的，雨芯柱的藏面积 不相等，非鲍和芯柱的截面积Q1較大，上面镜的是初极線圈W:及补偿線圈W3,鲍和芯柱 的截面积Q2較小，上面稳的是次級線圈W2及諧振線圈W4。大芯柱的截面积和小芯柱的截 面积之比按經验公式为： Q1/Q2=1.7 稳压器之输出为30伏。 电容器朵用8t,220A、D、C一只（即为日光灯上用的）。 应注意以下雨点： ①在桃制稳压器線圈时，为了較难起見，在諧振線圈中最未端的25%線匝部分，每經8 4
革 一 论 期 一 一 在制造这部分沼寸应注意以下雨点 ‘ 一 在工艺上应保靓棘换器与 方捍之相对面相平行 ， 使在翩节褥换器腺圈之 阻抗 与空 气简随 古 的关 系时 ， 容易可靠地 漪到灵敏度较高 的位置 。 镜腺 圈时应考虑腺头 的引出在使 用 中不易断 ， 即使不小心 而断腺亦应有较省工的补 救法 ， 否 牌造成 不必 要的多次反工 ， 引腺可从 “ ， ， 形铁芯上澄雨小孔艳麟弓 出 ， 当操圈 装入 “ ’ ， 形铁芯 里 后应被查腺圈与缺芯简之艳徐是否 良好 。 二 、 量电路部分 如图 所示即 为本仪器的测量电路 图 ， 由稳压器及 三个 电桥分别为瓤 ， 二 ， 粗成 ， 电路输出端 侧量仪器前面 的交变电流趣环形电路 电桥整流 ， 而后接于毫伏表上 。 与 弓 ， 灿 副 卜二 尸 〔 三盔目 【垂到 〔 三幸到 卜一门 七台泛三〕 「冶泛曰 「二二习 二 一 厂 肠 凡 。 气 圆 犷 ， 凡， 弓 稳压器 此仪器上所用者为一磁敛敲振式的 电压稳定器 ， 姚芯是采用双柱式的 ， 雨芯柱的截面积 不相等 ， 非鲍和芯柱的截面积 、较大 ， 上面跷的是初极腺圈 及补偿腺圈 ， 鲍和芯柱 ， 的截面积 ，较小 ， 上 面跷的是次般腺圈 玉及静振腺圈 。 ‘ 大芯柱的截面积和小芯柱的截 面积之 比按规服公式为 二 稳压器之输出为 伏 。 电容器采用 翻 ， 、 、 一 只 即为 日光灯上 用的 。 应注意以下 雨点 勿在袭制椽压器腺圈时 ， 为了鼓准起觅 ， 在潜振腺圈中最未端的 肠裸匝部分 ， 每超
-72- 销院學報 匝作出了10个抽头。 -0,男36A ②將稳压器装在测最电路的箱体上以后再 6x总95 进行校准。 2.电桥： 各电桥的桥臂一个叁数为等偵的雨电阻， 而另一桥臂的参数即为电威式的轉换器偶，其 中一个装在仪器机械部分的彈性体座上，其电 戚量为L1,L8,工6。另一电威机圈（如图9所 示为其装配图)則用螺母6固定在测量电路部 分的箱体上，电威量为L2,工4,6，其电威 量可用手朝节旋扭7改变空气間隙8的大小来 平衡电桥。 电阻R1,R2,Rg用于确定骸电桥合适的 測量規范。 3.整流器： 电路中朵用了环形整流电桥，其优点可以 提高输出效率，因通入整流器的电流为經过轉 换器線圈后的额定电流，这使整流器能在其伏 安特性曲線的直線部分工作，因而有較高的输 出效李，大大地提高了测量电路部分的灵敏 度。 58- 我們应用了华北无線电厂出品的桥式晒 固9 整流堆，規格为54/42-0.15改装成环形線路丁作的整流元件，使用效果較佳。 三、测量仪器的选择： 在选择调量仪器时，除了考虑测量仪器的阻抗要与测量电路的阻抗配合外，还应注意到 测量仪器所获得功率的大小，而这功率又决定于：轉换器及其电参数的变化，测量电路及其 工作状况。 为前便起見：我們采用了雨只毫伏表作此較，由于表的灵敏度不同，其在相同的切削条 条仲下，仪器的指针讀数以灵敏度10,0002/伏者較大，而1,000Q/伏者敕小，在制作测量电 路部分应注意的几点： 1,电桥雨臂之电阻值与轉换器的参数間最佳对比关系，可用实验的方法来求得較为 葡捷。 2.在考虑御量电路箱与机械部分轉换器和测量仪器的接線柱时，应注意解决在使用中 可能遇到轉换器之線圈哭然与电桥断路后，而使电桥处于不不衡状态，由此而岔入测量仪表 的电流或电压超过仪表的额定值过大，則就可能燒坏调量仪表的安全装置，以便使测力仪易 于掌握使用。 ~3.轉换器空气間隙初始值的調定： 先將机械部分上轉换器的空气間隙調在0.1一0.15之間（用塞尺度量之)后將各部分接 線骏好，但此时之毫伏表須以一直流伏特表来代替（量程約为20伏即可），当接通电源 后，靓直流伏特表是否指示出电桥的不衡（即指针須指向刻度0），但注意整流电桥输出正负
一 · 一 帆 院 李 根 匝作出了 个抽头 。 ⑧牌稳压器装在浏量电路的箱体 上以后再 进行校准 。 电桥 各电桥 的桥臂一个鑫 数为等值的雨 电 阻 ， 而另 一桥臂的参数即 为 电威 式的禅换器偶 ， 其 中一个装在仪器机械部分的弥性体座上 ， 共 电 威量为 ，， ， 而另 一 电威腺圈 如 图 公所 示 为其装配图 别 用螺母 固定在测量电路部 分的箱体上 ， 电威量为 ， ， 。 ， 其 电威 量可 用手稠节旋扭 改变空气 简隙 的大小来 平衡电桥 。 电 阻 ， ， 用于确定蔽电桥合适的 浏量想范 。 整流器 ‘ 电路 中采用 了环形整流电桥 ， 其优点可以 提高输出效率 ， 因通入整流器的 电流为翘过搏 换器腺圈后的葫 定 电流 ， 这使整流器能在共伏 安特性曲腺的 道腺部分工作 ， 因而有较高的输 出效 率 ， 大大地提 高 了测量电 路部分 的 灵敏 度 。 我们 应用 了 华北无腺 电厂出品的 桥式硒 月 介 墓…匕 凌一」 缪黝遥 … 可厂 黝 膝 … 熬麟彩 月扮 日一 屯 舜 二二二， … 羹丁 二二二， … 一一一一 二二二二 润一 一已二 一 卜 漆象 臻熟 刃 馨 御甲产 基 一 」 沁 」夔卜人入 ’ 一 日 ‘ ” ‘ 公 户 小 烈 整流堆 ， 规格为以 妞一 巧改装成 环形腺路工作的整流元件 ， 三 、 侧量仪器的选择 圆 使 用效果较佳 。 在选择测量仪 器时 ， 除 了考虑 量仪器的 阻杭耍与测量 电路的 阻抗配合外 ， 还应 注意到 测量仪 器所获得功率 的大小 ， 而这功率 又决定于 搏换器及其 电参 数的变化 ， 量电路及其 工作状况 。 为筒便起 兑 我们采用 了雨 只毫伏表作比较 ， 由于表 的 灵敏度不同 ， · 其在相 同的切创条 条 件下 ， 仪 器的指升覆数以 灵放度 ， 夕 伏者较大 ， 而 ，加。 刀 伏者较小 ， 在制作侧量电 路部分应 注意的 几 点 筒捷 。 电桥 雨臂之电 阻值 与蒋换器的 参数简最 佳对此关 系 ， 可 用实殷的 方法来 求得较为 在考虑侧量电路箱与机械部分搏换器和测量仪 器的接腺柱时， 应注意解决在使用中 可能遇到博换器之腺圈突然与电桥断路后 ， 而使电桥处于不平衡状态 ， 由此而岔入侧量仪表 的 电沈或电压超过仪表的葫 定值过大 ， 划就可能境坏侧量仪表的 安全装置 ， 以便便侧 力仪易 于掌握使用 。 ， 斡换器空气 简隙初始值的稠定 舜牌机械部分上棘换器的空气简隙稠在 之简 用塞尺度量之 后将各部分接 腺装好 ， 但此 时之毫伏表复以一 直流伏特表来代替 量程的为 伏即可 ， 省 接 短 电 源 后 ，视道流伏特表是否指示出 电桥的平衡 即指针镇指 向刻度 ， 但注意整流电桥翰出正负
第七期 -73- 值与谊流表接線正負号要相符，如不平衡可調节在测量电路箱上轉换器的空气間隙来使电桥 处于平衡状态，而后改將毫伏表接上再調电桥的平衡（此时旋博旋扭7要特别緩慢），为 了得出轉换器較高的灵敏度，必須在固定的切削条件下，改变彈性体座上轉换器的空气隙 間8的大小，以求出使量仪表指外髓数最大时的8值即为轉换器較高的灵敏度。 4.桥臂上的电阻最好是自己繞制，因市携上膳买的麒差較大，所用电阻絲須用相同的 直徑。 5.测量仪表的灵敏度应与电桥的灵敏度相适应。如灵敏度特别小的测量仪表，就不能 充分发揮电桥的灵敏度，反之，灵敏度大的测量仪表在平衡电桥时费时間較多，但为了充分 发彈电桥灵敏度，建曦采用后者的情况。 四、本仪器之优点： ①仪器的尺寸小，黏構簡單，测量电路部分及测量仪器不复杂，制造容易，成本低。 ②工作时稳定性較好。 ⑧电最测量仪表即为骸仪器的放大器，因此灵敏度較高，对测量电路部分而言，慣 性很小。 ①仪器安装和調整較容易，且易于掌握使用，維护方便。 本仪器之缺点： ①机械部分的琿性系秭，不能承受較大的位移，因而限制了仪器的测量范图。 ②机械部分为拼焊而成，刚度不够高，因而不能作小慣性的测最，而局限了在研究中的 应用。 五、几点建議： ①为了减少仪器的股备费或当测量仪器不能找到同类型号时，可以朵用一只三波段开关 来装置在测量电路箱上而仪用一个毫伏表，在工作时轉换开关分别澜出各切削分力。 ②为了增大性系統的靜刷度，应改进机械部协的設計。 电糯霾敏度的赋驗钻果 为了驗証理論分析的桔架，我們应用上面所介貂自制成功的B.中.apaMCHOB設针的三 向电感式切削力測量仪进行了試驗，骸仪器的电参数如下： Z1≈1000Z4=R4=602 Zg也是純电阻可在0一5000内变动，Z2为可变的威性负截，借此当Z,(R,)改变附，以 保証电桥的重新本衡。 切削是在1A62M車床上，按下列条件进行的： 1.切削用量： V=0公尺/分，t=2公厘，S=0.2公厘/轉 2.刀具： 材料：高速鲫 几何角度：=45°；y=5°；c=12° 3.工件材料：低炭钢 我們只进行了8，=1（受）的测定，由于我們级兴趣的只是曲粮8，=（受）的变 化規律，而不是它的絕对值，所以若護Z,=常数（即令切削条件不变），那么根据
筋 士 拼 一 铃 一 值与道流表接腺正负号要相符 ， 如不平衡可稠节在测量电路箱上棘换器的络气简稼来使 电桥 处于平衡状 态 ， 而后改将毫 伏 表 接 上再稠电桥的平衡 此时旋裨旋扭 耍特，搬慢 ， 为 了得出棘换器较高 的 灵敏度 ， 必填在 固定的 切削条件下 ， 改 变 弥 性体 座 上棘换器的空气 随 简 的大小 ， 以求 出使 量仪 表指斜菠 数 最 大 时 的 值即 为搏换器较 高的 灵敏度 。 桥臂上的电 阻最好是 自己麟制 ， 因市堪 上腾买 的改差较大 ， 所用电阻棘填用相同的 道视 。 测量仪表 的 灵敏度应 与 电桥 的 灵敏度相适应 。 如 灵敏度特别小的侧量仪表 ， 就不能 充分发挥电桥 的 灵敏度 ， 反 之 ， 灵敏度大的测量仪表在平衡 电桥时费时简较多 ， 但为 了充分 发探电桥 灵敏度 ， 建裁采用后者的情况 。 四 、 本仪 器之优 点 ①仪 器的尺 寸 小 ， 枯橇筒翠 ， 测量电路部分及 量仪器不复杂 ， 制造容 易 ， 成本低 。 ⑦工作时稳定性较好 。 ⑧ 电量 量仪表即 为敌仪器 的 放 大 器 ， 因此 灵敏 度较高 ， 对瓤量 电路部分而 言 ， 惯 性很小 。 ④仪器安装和稠整较容易 ， 且易于掌握使用 ， 推护方便 。 本仪器之缺点 ①机械部分的 浑性系抚 ， 不能承受较大 的位移 ， 因而 限制 了仪器的浏量范困 。 ②机械部分为拼焊 而成 ， 度不够高 ， 因而不能作小惯性的侧量 ， 而局 限 了在研究 中的 应用 。 五 、 几点建裁 ①为 了减少仪器的毅备 费或当 量仪器不能找到 同类型号时 ， 可以采用一 只三波段开关 来装置在测量电路箱上而仅 用一个毫伏表 ， 在工作 时棘换开关 分别测出各切削分 抚 ②为 了增大弹性系就 的静刚度 ， 应 改进机械部份的 投针 。 电摇皿扭度的拭教姑果 为 了殷蔽理希分析的拮架 ， 我俩应用上面 所介貂 自制成功的 日 中 枷。 ， 毅朴的三 向电威 式切创 力测量仪进行了就教 ， 敌仪器的 电参数如下 “ 习 夕 也是钝电阻可在。 夕 内变动 ， 为可变的咸性负载 ， 借此 当 改资时 ， 以 保征电桥的重新平衡 。 切创是在 八 事床 上 ， 按下列条件进行的 切削用量 公尺 分 ， 公厘 ， 公厘 翰 刀具 材料 高速纲 见何角度 价 护 。 工件材料 低炭铜 一 、 ‘ 。 ， ， 。 、 ‘ 、 ， ， ， 二 。 ， “ ， 。 ‘ 一 。 ， 艺 、 我俩只进行 了 。 簇华 一 的测定 ， 由于我 俩咸兴趣的 只是 曲腺 ” 尸 、 ‘ ‘ 一 “ 一 、 产 一 ‘ 。 二 名黔 的变 一 ‘ 一 ’ 一 ‘ 一 ” ” 一 ‘ ’ 一 一 ’ 一 一 一 “ 、 艺 ‘ ’ 一 化规律 ， 而 不是 它 的 艳 对 值 ， 所 以若改 占 、 常数 即令切创条 件不变 ， 那 么 根 据
-74一 钢院學报 “,=6(受)地可看码图数=（受）的变化提律，而这样做他成可避免计第8，的魔须。 3(n) 6● 100 26 320 doo 五 0.2 0.61.0 14 20 2.6 3.2 4.0 阕10) 图10是在相同的切削条件下，重复进行三次武驗所得数据的平均值箱制而得田的，从图 中不雅看出：实驗秸果与公式(12)相符，且当Za/Z1=0.6一1.6时，不会引起灵敏度有太 大的变化。 對琿性系铳动力特性的要求 前已远及，任何型式的电气测力仪皆有一彈性系統（即机械部分）它在承受切翻力时，便 产生一做小的位移（在琿性限度内），而这微小的位移又通过轉换器轉变为一定的电量，因 此要想测力仪正确地反映出切削力的变化情况，就必须注意彈性系統的动力特性。 一、测量过程的本質： 切削时切削力的波动形式如图11 B 所示，由此可看出測量的过程犹如一 阻尼的琿性系統，在变化的外力作用 下而产生了受迫的振动，这样，設引 测力仪的机械部分时，我們就可引用 振动理論方面的某些成就了。 x(時问) 二、彈性系铳动力特性 应滿足的要求： 图1) 我們希望彈性系統滿足以下兩个主要的要求： ,1.切削力与琿性位移的相角差应尽量小，.設切削力是諧振的（任何遇移性变化的外 力，总可用一些正弦力的和来表示，所以对于如图11所示的切削力，可作这样的假设，不致 犯太大的錯誤)。其振动頻率为4，則位移的振动此力的振动在相位上滯后的角度为：
一 一 翎 院 李 权 矶 场 李 也可看坦两 数 一 李 的变化妮律 自 而这样做也就可避免 舒算 的麻烦 。 公广︸ 夕 万 ， 甘‘和 乃扫几 ， ‘ 口 阳。 片 。 ， 。 ， ‘ ， ‘ ，。 么 、 之 夕 ‘ ， 牙 尹知 一 一一名 君 ‘ 闭 ’ 图 是在相同 的切削条 件下 ， 重复进行三次献脆所得数据 的 平均值棺制而得出的 ， 从 图 中不难看出 实殷桔 果与公式 幻 相符 ， 且当 ， 一 时 ， 不会 引起 灵敏度有太 大的变化 。 勤弹性系枕动力特性的要求 前已述 及 ， 任何型式的 电气测 力仪昔有 浑性系就 即机械部分 它在承受切翻 力时 ，便 产生一微小 的位移 一 在弥性限度内 ， 而这微小的位移又通过搏换器搏变 为一 定的 电量 ， 因 此耍想测 力仪正确地反 映出切削 力的变化情况 ， 就必填注意浑性系抚 的动 力特性 。 一 、 测量趁程 的本鬓 切郁时切削 力的波动形式如 图 所示 ， 由此可看 出 量的趁程犹 如一 阻尼 的浑性系就 ， 在变化 的外 力作用 下而 产生 了受迫的振动 ， 这样 ， 毅豁 测 力仪 的机械部分时 ， 我俩就可引用 振动理萧方面的某些成就 了 。 二 、 浑性系就动 力特性 应 满足 的耍求 几 ， 二 咭向 我们希望 弹性系就满足以下雨个主耍的耍求 · 一 上 切 力与 弹性位移的相角差 应尽量小 ， 毅 切削力是揩振的 任何 遇移性变化 的外 力 ， 总可 用一些正弦 力的和来表 示 ， 舫以对于如图 所示 的切削力 ， 可作这样 的假投 ， 不致 犯太大的错澳 · 。 其振动频率 为 ， 刻位移的振动比 力的振动在相位上滞后的角度为