球磨機設備的用途非常廣泛，目前是現代工業中不可缺少的研磨設備之一，球磨機功耗的降低及襯板耐磨性的提高，一直是改良球磨機的工作重點。由于球磨機襯板的受力直接影響到襯板磨損和球磨機功耗，所以有必要對其進行測量，為了更深入地分析和改善工作提供數據。

一、球磨機襯板受力分析

球磨機襯板主要受到的力如下：

1、載荷對襯板施加的力Fo；
2、固定襯板的螺栓和球磨機外殼對其施加的支持力F1。Fo直接影響磨損和損耗，是本文分析的主要對象。如下圖1所顯示，Fo可分解為徑向力Fr、切向力Ft和軸向力Fa。本文探討的主要內容是測試某特定襯板上所受的徑向力Fr、Ft切向力和軸向力Fa。

二、測量裝置及其測量輸出信號的處理方法

1、裝置結構 測量裝置如下圖2和3所顯示。

裝置的結構包括：徑向負載梁、切向負載梁、徑向傳動桿、切向傳動桿、深構球軸承和凸臺。徑向負載梁分為3個部分：a部分、b部分、中間部分為圓柱體。徑向傳動桿將球磨機襯板和一個深溝球軸承的外圈剛性連接起來，深溝球軸承的內圈又固定在徑向負載梁中部的圓柱體上。切向傳動桿與徑向傳動桿通過螺釘剛性連接在一起，并與切向負載梁保持接觸。

從上圖3的左上圖的視角來觀察，切向傳動桿和切向負載梁之間可以在YZ平面相對滑動（X軸水平方向、Y軸鉛垂方向、Z軸垂直于圖面向外）。徑向負載梁a部分、徑向負載梁b部分以及切向負載梁分別固定在球磨機外殼剛性連接的凸臺上。切向負載梁和徑向負載梁上面都有應變片。徑向負載梁承受徑向力和軸向力，切向負載梁承受切向力，它們分別在各自的載荷下發生彎曲變形，從而驅動應變片輸出信號。

2、輸出信號的處理方法

①切向力的測量 如下圖4所顯示，當襯板受到切向力F1作用時，切向傳動桿、徑向傳動桿和襯板組成的整體有以深溝球軸承的中心為支點旋轉的趨勢，旋轉方向與Ft方向相同，由于切向傳動桿和切向負載梁保持接觸，所以切向負載梁對徑向傳動桿反作用一個力Ft，阻止徑向傳動桿繞軸承轉動，Ft和Ft”形成杠桿平衡。故有：

其中Ft”的值，可以通過桿上的應變片的測試結果求出來。L1和L2的長度又是已知的，所以可以通過計算得出切向力Ft的值。

②徑向力和軸向力的測量 如下圖5所顯示，當襯板受到軸向力和徑向力時，測試裝置中的徑向負載梁發生彎曲，該彎曲量由徑向負載梁a部分和b部分上的應變測量得到。

徑向負載梁上的應變輸出信號的處理方法是：徑向負載梁a部分和b部分為一個截面為矩形的條狀橫梁，中間部分是一個圓柱體，用于固定深溝球軸承內圈，受載時垂直平面上的彎矩分布如下圖6所顯示。a部分和b部分上的應變片得到的測試結果分別是Φ1和Φ2，由于的作用點是徑向負載梁的中點，所以Φ1受到的來自彎矩M的影響與Φ2受到的來自彎距M的影響，是大小相等、符號相反的（見圖6）。結合徑向負載梁的抗彎曲截面系數W，得到對應于Φ1和Φ2得兩個力Fa和Fβ，進而計算徑向負載梁受到徑向力：

徑向負載梁受到軸向力：

至此襯板受到的載荷施加給它的力就能測試出來。

③考慮部件重力及向心加速的影響 如下圖7所顯示，球磨機襯板的重力可以分解為兩個分力：軸向分力F2=Gsincx1；切向分力F3=Gcoscx1，其中，a1是球磨機襯板的角位移，襯板的向心加速度a=ω²r，其中，ω是球磨機的角速度；r是球磨機內徑；a沿徑向指向圓心。

結合式（1）、（2），可以得到徑向力與切向力分別為：

由于重力不影響軸向分力，所以軸向力仍由式（3）表示。