CN102967453A - 一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台 - Google Patents

Abstract

本发明适用于旋转机械故障诊断技术领域，提供了一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台，由转子系统以及安装在转子系统上的在线扭矩激励及测量装置构成，在线扭矩激励及测量装置对转子系统进行在线扭矩激励及测量，既可研究扭矩激励对多轮盘细长轴转子系统弯振和扭振的影响，而不局限于单跨单转子系统，又可研究任意变化形式的扭矩激励对转子系统弯振、扭振、转子速度及角加速度多种参数的影响，扭矩激励施加设备结构简单，生产及使用成本低，所施加的扭矩激励变化形式多样，扭矩测试信号响应速度快，实用性强，在旋转机械设备的动态实验研究及教学领域有着广阔的应用前景，具有较强的推广及应用价值。

Description

一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台

技术领域

本发明属于旋转机械故障诊断技术领域，尤其涉及一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台。 

背景技术

随着当代科学技术的飞速发展，旋转机械正向着高速重载化，复杂化以及自动化方向发展，相应的转子在速度、容量、效率、安全和可靠性方面要求也越来越高。深入的研究转子系统的振动状态，提高故障诊断的准确性和故障预测的早期性，具有很强的实际意义。 

为了从更深层次研究转子系统动力学特性，国内外学者逐渐展开了扭矩对转子系统弯振影响的研究，研究表明了扭矩变化会引起转子系统振动特征的变化，但是研究尚处于初级阶段，以往的转子试验台扭矩激励施加设备结构复杂，成本高，价格昂贵，且所施加的扭矩激励变化形式单一，扭矩测试信号响应速度慢等缺点。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台，旨在解决现有技术提供的转子试验台扭矩激励施加设备结构复杂，成本高，价格昂贵，且所施加的扭矩激励变化形式单一，扭矩测试信号响应速度慢，实用性较差的问题。 

本发明是这样实现的，一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台，该转子试验台包括：转子系统以及安装在所述转子系统上的在线扭矩激励 及测量装置，所述在线扭矩激励及测量装置进一步包括：底板、电磁铁支座、直线轴承座、L型支撑座、传感器标定架、比例电磁铁、直线轴承、L型对中板、阶梯轴、应力应变杆、摩擦销、第一连杆、第二连杆、光轴、比例放大器、智能控制终端、数据采集卡、高响应传感器、变送器； 

所述底板上依次安装有所述电磁铁支座、直线轴承座、L型支撑座及传感器标定架，所述电磁铁支座上安装有比例电磁铁，所述直线轴承座上安装有直线轴承，所述L型支撑座的正中央安装有所述L型对中板，所述L型支撑座的两侧上安装有所述阶梯轴，所述阶梯轴上安装有所述应力应变杆，所述应力应变杆的一端安装有摩擦销，所述应力应变杆的另一端与第一连杆传动连接，所述第一连杆与所述第二连杆传动连接，所述第二连杆与所述光轴的一端传动连接，所述光轴的另一端穿过所述直线轴承与所述比例电磁铁的推杆传动连接； 

所述比例电磁铁通过比例放大器与智能控制终端上的数据采集卡相连接，所述应力应变杆上设置有高响应传感器，所述高响应传感器通过变送器与智能控制终端上的数据采集卡相连接。 

进一步，所述智能控制终端通过变速器对转子系统上的电机进行控制。 

进一步，所述L型支撑座上对称地安装有一对阶梯轴，所述阶梯轴上安装有滚动轴承，所述滚动轴承上安装有所述应力应变杆。 

进一步，所述应力应变杆端部安装有两个摩擦销，所述摩擦销与转子系统的转矩盘相接触，同时调整摩擦销的位置可对转子系统的转矩盘施加转矩激励。 

进一步，所述在线扭矩激励及测量装置上设置有两个应力应变杆、两个第一连杆与一个第二连杆，所述应力应变杆、第一连杆与第二连杆构成了铰链五杆施力机构，所述应力应变杆通过销轴与所述第一连杆传动连接，所述第一连杆通过销轴与所述第二连杆传动连接，所述第二连杆的中间设置有光孔，所述光轴通过紧盯螺钉固定在所述光孔中。 

进一步，所述电磁铁支座、直线轴承座、L型支撑座与底板之间设有相互啮合的突起和凹槽，同时所述电磁铁支座、直线轴承座及L型支撑座通过螺钉 固定在所述底板上。 

进一步，所述在线扭矩激励及测量装置的摩擦销经过改进亦可不通过转矩盘进行扭矩激励的施加，而直接夹持到转子系统旋转轴的一端进行扭矩激励的施加。 

进一步，所述摩擦销上固定有耐磨材料，该耐磨材料是可更换的。 

进一步，所述应力应变杆上设置的高响应传感器包括对转子系统的弯振响应进行测量的扭矩传感器、角位移传感器及角加速度传感器。 

本发明提供的具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台，由转子系统以及安装在转子系统上的在线扭矩激励及测量装置构成，在线扭矩激励及测量装置对转子系统进行在线扭矩激励及测量，既可研究扭矩激励对多轮盘细长轴转子系统弯振和扭振的影响，而不局限于单跨单转子系统，又可研究任意变化形式的扭矩激励对转子系统弯振、扭振、转子速度及角加速度多种参数的影响，扭矩激励施加设备结构简单，生产及使用成本低，所施加的扭矩激励变化形式多样，扭矩测试信号响应速度快，实用性强，在旋转机械设备的动态实验研究及教学领域有着广阔的应用前景，具有较强的推广及应用价值。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台的结构示意图； 

图2是本发明实施例提供的在线扭矩激励及测量装置的主视图； 

图3是本发明实施例提供的在线扭矩激励及测量装置的俯视图； 

图4是本发明实施例提供的在线扭矩激励及测量装置中阶梯轴与应力应变杆的局部剖视图A； 

图5是本发明实施例提供的具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台的结构框图。 

图中：1、底板；2、转矩盘；3、L型对中板；4、应力应变杆；5、第一连 杆；6、第二连杆；7、光轴；8、直线轴承座；9、直线轴承；10、电磁铁支座；11、比例电磁铁；12、阶梯轴；13、L型支撑座；14、摩擦销；15、传感器标定架；16、电机；17、高响应传感器；18、变送器；19、比例放大器；20、数据采集卡；21、智能控制终端；22、调速器。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

图1示出了本发明实施例提供的具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。 

该转子试验台包括：转子系统以及安装在所述转子系统上的在线扭矩激励及测量装置，在线扭矩激励及测量装置进一步包括：底板1、电磁铁支座10、直线轴承座8、L型支撑座13、传感器标定架15、比例电磁铁11、直线轴承9、L型对中板3、阶梯轴12、应力应变杆4、摩擦销14、第一连杆5、第二连杆6、光轴7、比例放大器19、智能控制终端21、数据采集卡20、高响应传感器17、变送器18； 

底板1上依次安装有电磁铁支座10、直线轴承座8、L型支撑座13及传感器标定架15，电磁铁支座10上安装有比例电磁铁11，直线轴承座8上安装有直线轴承9，L型支撑座13的正中央安装有L型对中板3，L型支撑座13的两侧上安装有阶梯轴12，阶梯轴12上安装有应力应变杆4，应力应变杆4的一端安装有摩擦销14，应力应变杆4的另一端与第一连杆5传动连接，第一连杆5与第二连杆6传动连接，第二连杆6与光轴7的一端传动连接，光轴7的另一端穿过直线轴承9与比例电磁铁11的推杆传动连接； 

比例电磁铁11通过比例放大器19与智能控制终端21上的数据采集卡20相连接，应力应变杆4上设置有高响应传感器17，高响应传感器17通过变送 器18与智能控制终端21上的数据采集卡20相连接。 

进一步，智能控制终端21通过变速器对转子系统上的电机16进行控制。 

进一步，L型支撑座13上对称地安装有一对阶梯轴12，阶梯轴12上安装有滚动轴承，滚动轴承上安装有应力应变杆4。 

进一步，应力应变杆4端部安装有两个摩擦销14，摩擦销与转子系统的转矩盘2相接触，同时调整摩擦销14的位置可对转子系统的转矩盘2施加转矩激励。 

进一步，在线扭矩激励及测量装置上设置有两个应力应变杆4、两个第一连杆5与一个第二连杆6，应力应变杆4、第一连杆5与第二连杆6构成了铰链五杆施力机构，应力应变杆4通过销轴与第一连杆5传动连接，第一连杆5通过销轴与第二连杆6传动连接，第二连杆6的中间设置有光孔，光轴7通过紧盯螺钉固定在光孔中。 

进一步，电磁铁支座10、直线轴承座8、L型支撑座13与底板1之间设有相互啮合的突起和凹槽，同时电磁铁支座10、直线轴承座8及L型支撑座13通过螺钉固定在底板1上。 

进一步，在线扭矩激励及测量装置的摩擦销14经过改进亦可不通过转矩盘2进行扭矩激励的施加，而直接夹持到转子系统旋转轴的一端进行扭矩激励的施加。 

进一步，摩擦销14上固定有耐磨材料，该耐磨材料是可更换的。 

进一步，应力应变杆4上设置的高响应传感器17包括对转子系统的弯振响应进行测量扭矩传感器、角位移传感器及角加速度传感器。 

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台，由转子系统以及安装在转子系统上的在线扭矩激励及测量装置构成，在线扭矩激励及测量装置中，底板1上依次安装有电磁铁支座10、直线轴承座8、L型支撑座13、传感器标定架15，电磁铁支座10上安 装有比例电磁铁11，直线轴承座8上安装有直线轴承9，L型支撑座13上安装有阶梯轴12，阶梯轴12上安装有滚动轴承用于支撑应力应变杆4，应力应变杆4上安装有高响应传感器17，应力应变杆4端部安装有对转矩盘2施加转矩的摩擦销14，两个应力应变杆4、两个第一连杆5与一个第二连杆6组成铰链五杆施力机构。 

比例电磁铁11通过电磁铁支座10安装于底板1上，电磁铁支座10、直线轴承座8、L型支撑座13与底板1之间设有相互啮合的突起和凹槽，并用螺钉固定于底板1上，直线轴承9通过直线轴承座8安装于底板1上，一对阶梯轴12对称的安装于L型支撑板座，一对应力应变杆4通过轴承安装于一对阶梯轴12上，L型支撑座13正中央安装有L型对中板3，应力应变杆4一端安装有高响应传感器17及用于施加压力的摩擦销14，摩擦销14固定的耐磨材料是可更换的。 

如图1所示，首先介绍比例电磁铁11的功用，比例电磁铁11是一种在其额定行程内，所输出的推力与电流成正比的关系，通过改变电流的大小可以精确控制电磁铁输出推力的大小，推力的大小与推杆伸出的位移无关的装置。 

如图3所示，比例电磁铁11的推杆与装在直线轴承座8的光轴7相连接，光轴7安装在第二连杆6的正中央，第二连杆6与两个第一连杆5以及两个应力应变杆4组成铰链五杆施力机构，该机构之间通过销轴连接，当推杆施加推力时，在摩擦销14未接触到转矩盘2时，两个摩擦销14会发生等量的变化，可以通过L型对中板3对该装置的安装位置进行调整，使两个摩擦销14同时接触转矩盘2的两个端面。摩擦销14与转矩盘2二者的接触点与转矩盘2的旋转中心在同一水平面上，当摩擦销14垂直压在转矩盘2上时，光轴7向前运动的位移很微小，可以忽略不计，但是比例电磁铁11仍然可以增加输出推力，进而使五杆机构发生形变从而使得摩擦销14与转矩盘2之间的正压力与比例电磁铁11输出的推力成一定的比例关系，由于应力应变杆4对称的压在转矩盘2上，故转矩盘2所受的轴向力为零，转矩盘2只受到垂直方向的摩擦力，摩擦 力的大小可以通过安装在应力应变杆4上的高响应传感器17进行测量，采集的信号通过变送器18传递给数据采集卡20进而传到智能控制终端21中，从而得到该装置对转子系统施加的动态扭矩激励。 

图1展示的只是对单跨圆盘转子进行施加扭矩，亦可对多跨转子系统进行试验研究，首先利用传感器标定架15对高响应传感器17进行标定，然后通过智能控制终端21产生需求变化的电压信号(例如正弦波、锯齿波等任意需要的波形)通过数据采集卡20传递给比例放大器19，再通过比例放大器19产生相应波形的电流变化，从而通过五杆机构传递到转矩盘2上的扭矩激励也呈现与施加的电压信号变化相同的波形，再通过高响应传感器17对扭矩的变化进行测量；通过角位移传感器、角加速度传感器对转子系统的弯振响应进行测量，以便研究扭矩激励对转子系统的影响。另一方面，该装置的摩擦销14经过改进亦可不通过转矩盘2，而直接夹持到旋转轴的一端进行扭矩激励的施加。 

本发明所产生的有益效果是，通过该转子试验台，可以研究扭矩激励对多轮盘细长轴转子系统弯振的影响，而不局限于单跨单转子系统；可以研究任意变化形式的扭矩激励对转子系统弯振、扭振、转子速度、角加速度、等多种参数的影响；在旋转机械设备的动态实验研究及教学领域有着广阔的应用前景。 

本发明实施例提供的具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台，由转子系统以及安装在转子系统上的在线扭矩激励及测量装置构成，在线扭矩激励及测量装置对转子系统进行在线扭矩激励及测量，既可研究扭矩激励对多轮盘细长轴转子系统弯振、扭振的影响，而不局限于单跨单转子系统，又可研究任意变化形式的扭矩激励对转子系统弯振、扭振、转子速度及角加速度多种参数的影响，扭矩激励施加设备结构简单，生产及使用成本低，所施加的扭矩激励变化形式多样，扭矩测试信号响应速度快，实用性强，在旋转机械设备的动态实验研究及教学领域有着广阔的应用前景，具有较强的推广及应用价值。 

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。 

Claims (9)

1.一种具有在线扭矩激励和扭矩测量功能的转子试验台，其特征在于，该转子试验台包括：转子系统以及安装在所述转子系统上的在线扭矩激励及测量装置，所述在线扭矩激励及测量装置进一步包括：底板、电磁铁支座、直线轴承座、L型支撑座、传感器标定架、比例电磁铁、直线轴承、L型对中板、阶梯轴、应力应变杆、摩擦销、第一连杆、第二连杆、光轴、比例放大器、智能控制终端、数据采集卡、高响应传感器、变送器；

所述底板上依次安装有所述电磁铁支座、直线轴承座、L型支撑座及传感器标定架，所述电磁铁支座上安装有比例电磁铁，所述直线轴承座上安装有直线轴承，所述L型支撑座的正中央安装有所述L型对中板，所述L型支撑座的两侧上安装有所述阶梯轴，所述阶梯轴上安装有所述应力应变杆，所述应力应变杆的一端安装有摩擦销，所述应力应变杆的另一端与第一连杆传动连接，所述第一连杆与所述第二连杆传动连接，所述第二连杆与所述光轴的一端传动连接，所述光轴的另一端穿过所述直线轴承与所述比例电磁铁的推杆传动连接；

所述比例电磁铁通过比例放大器与智能控制终端上的数据采集卡相连接，所述应力应变杆上设置有高响应传感器，所述高响应传感器通过变送器与智能控制终端上的数据采集卡相连接。

2.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述智能控制终端通过变速器对转子系统上的电机进行控制。

3.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述L型支撑座上对称地安装有一对阶梯轴，所述阶梯轴上安装有滚动轴承，所述滚动轴承上安装有所述应力应变杆。

4.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述应力应变杆端部安装有两个摩擦销，所述摩擦销与转子系统的转矩盘相接触，同时调整摩擦销的位置可对转子系统的转矩盘施加转矩激励。

5.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述在线扭矩激励及测量装置上设置有两个应力应变杆、两个第一连杆与一个第二连杆，所述应力应变杆、第一连杆与第二连杆构成了铰链五杆施力机构，所述应力应变杆通过销轴与所述第一连杆传动连接，所述第一连杆通过销轴与所述第二连杆传动连接，所述第二连杆的中间设置有光孔，所述光轴通过紧盯螺钉固定在所述光孔中。

6.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述电磁铁支座、直线轴承座、L型支撑座与底板之间设有相互啮合的突起和凹槽，同时所述电磁铁支座、直线轴承座及L型支撑座通过螺钉固定在所述底板上。

7.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述在线扭矩激励及测量装置的摩擦销经过改进亦可不通过转矩盘进行扭矩激励的施加，而直接夹持到转子系统旋转轴的一端进行扭矩激励的施加。

8.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述摩擦销上固定有耐磨材料，该耐磨材料是可更换的。

9.如权利要求1所述的转子试验台，其特征在于，所述应力应变杆上设置的高响应传感器包括对转子系统的弯振响应进行测量扭矩传感器、角位移传感器及角加速度传感器。

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