重型制造装备是提升制造业水平的重要基础装备,体现着国家的极端制造能力和制造水平。大型设备工作过程中力载荷的精确测量与反馈是重载装备可靠运行的一个重要环节,传感与测量装置是这些基础装备必不可少的组成部分。为了获取以上应用背景中准确可靠的力载荷数值,要求测试装置具有量程测试范围大、测试精度高、动态特性好等特点。针对一些具有大型载荷工作特点及测试要求的场合,本文设计了一种大量程测力仪,在其测试原理、结构尺寸设计、输出影响因素探究、静动态性能标定等方面详细展开了研究。大力测量方案的设计。确定了力测量敏感元件为压电传感器,对压电传感器的测试机理及结构组成进行了研究;根据电路模型中的并联分流原理推导出了适用于力学模型的并联分载原理,并建立了三向分载公式,为设计大量程测力仪提供理论依据。设计一系列分载验证实验。基于压电三向力传感器设计了分载验证装置,针对该测试模型分别对其进行了轴向和侧向的公式推导,从而确定出了影响分载结果的几大因素。分别对压电传感器以及分载装置进行了静态实验标定,利用有限元仿真与实验相结合的方法分别对分载环壁厚、高度差异、预紧力变化等影响因素进行了证实。为研究各组件刚度与分载比之间的联系,对传感器以及各分载环分别进行了刚度测量。开展大量程测力仪的设计。利用ANSYS Workbench对测力仪进行了参数化设计,确定了测力仪的结构形式以及具体参数,利用基础力学模型对测力仪的关键部位进行了强度校核。根据并联分载原理对大量程测力仪的轴向和侧向分载公式进行了推导计算。大量程测力仪的静动态实验。利用有限元软件对测力仪进行静力学仿真获取了各组件的力值分配情况以及强度条件。对测力仪的三个方向分别进行了静态和动态实验标定,通过实验获得了测力仪三个方向的分载比,并利用锤击法获得了测力仪的三向固有频率。针对测力仪轴向面域内不同位置加载点输出不一致的问题,通过变加载点实验获取了测力仪输出随加载点位置改变而变化的规律。所设计的大量程测力仪在满足一定静动态测试性能的同时,可准确测试100k N及以上的大力值,为重型制造基础装备工作过程中力载荷的精确测量提供了一种稳定可靠的参考方法。