CN103759940A - 一种发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台及方法，包括扭转激振系统、硅油离合器驱动系统、数据采集系统、处理控制系统，扭转激振系统包括激振电机和行星齿轮激振箱，对试验台产生频率可调的持续简谐力矩激励；硅油离合器驱动系统包括主轴电机、磁粉离合器、同步带轮和扭振轴，可实现硅油离合器的旋转运动；数据采集系统采集的工作接盘的转速信号经过处理控制系统，得到试验台第二阶固有频率，进而计算硅油离合器阻尼。本发明实现硅油离合器在旋转过程中施加激振力矩，模拟其实际工况；使用角度编码器以软件定时方式采集扭振转速信号后进行自动处理，无需加装其他数据采集设备，降低了制作成本，保证测试结果具有较高的精度。

Description

一种发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台及方法

技术领域

本发明涉及一种发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台及方法，特别涉及一种由两台伺服电机驱动的行星齿轮激振箱产生持续的简谐力矩激励，同时驱动硅油离合器旋转，以模拟发动机曲轴旋转过程中产生扭转振动的实际工况，并利用运动控制器实现基于软件定时的数据采集处理和电气设备自动控制的发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台及方法。

背景技术

汽车的风扇自动离合技术是汽车发动机冷却系统的关键技术之一。硅油离合器是利用硅油的粘性剪切力传递力矩的传动装置。与传统的冷却风扇相比，硅油离合器可以根据控制温度的要求，自动调节风扇转速，使发动机在最佳工作温度下工作，因此在不同的发动机冷却系统中有着广泛的应用。硅油离合器不仅可以减低发动机的燃油消耗，而且能有效降低风扇的振动噪声和减少发动机的排放。

目前有关发动机硅油离合器性能测试的研究主要集中在温度特性试验、转速特性试验和可靠性试验。温度特性试验测试硅油离合器输入转速保持在最高转速，输出转速随温度变化的函数关系，主要考核感温圈动作准备性、硅油粘度和硅油量是否合适。转速特性试验测试不同温度下，硅油离合器输出转速随输入转速变化的函数关系，用于考核硅油离合器在各种工况下的工作性能。可靠性试验分为高温高速强化试验和循环试验。高温高速强化试验主要考核硅油的耐热性、轴承的可靠性和密封性。循环试验主要考核硅油和轴承的耐热性和进油结构的温度灵敏度。

硅油离合器主动板与发动机曲轴联接，从动板与风扇联接。主动件和从动件之间充满硅油，其相互作用可等效为一阻尼器。发动机工作时产生的曲轴扭转振动，会经过硅油的阻尼作用传递到冷却风扇。如果硅油离合器阻尼与发动机曲轴系统不匹配，冷却风扇会产生较大扭转振动，甚至产生共振，从而影响硅油离合器总成的使用寿命。因此对发动机硅油离合器进行阻尼测试具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明一方面提供一种发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台，另一方面提出了一套与之配合的测试试验及方法，能够测试硅油离合器的阻尼，用于研究冷却风扇的扭转振动。

本发明的提供的一种发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台所采用的技术方案是：

一种测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的试验台，包括扭转激振系统、硅油离合器驱动系统、数据采集系统、处理控制系统；

所述扭转激振系统包括能输出频率可调的持续简谐力矩激励的行星齿轮激振箱、激振电机，所述激振电机通过第一柔性联轴器与行星齿轮激振箱的输入端驱动连接；

所述硅油离合器驱动系统包括主轴电机、磁粉离合器、同步带轮和扭振轴、工作接盘，所述磁粉离合器的输入端通过第二柔性联轴器与主轴电机驱动连接，输出端通过第二刚性联轴器与同步带轮驱动连接，所述同步带轮通过皮带与扭振轴驱动连接，所述扭振轴的一端通过第一刚性联轴器与行星齿轮激振箱的输出端相连接，另一端通过第三刚性联轴器与工作接盘相连接，所述工作接盘与硅油离合器主动件相连接；可实现硅油离合器的旋转运动；

所述数据采集系统包括与工作接盘同轴连接的、用于采集工作接盘转速信号角度编码器；

所述处理控制系统包括电路连接的PC机及运动控制器，所述运动控制器通过接口分别与主轴电机、激振电机、磁粉离合器、角度编码器相连接。

进一步地，所述行星齿轮激振箱包括太阳轮、行星轮、齿轮箱体、行星架和偏心块、太阳轮轴和行星架轴，所述行星架设置在齿轮箱体内，包括两块相隔一定间距的右轴承座圆板和左轴承座圆板，所述左轴承座圆板和右轴承座圆板之间连接设置有联接杆，所述太阳轮轴通过平键与太阳轮相连接，并通过圆锥滚子轴承支承在齿轮箱体和行星架的左轴承座圆板上，所述太阳轮分别和4个行星轮进行啮合，行星轮与其转轴加工为一体式行星轮轴，每个行星轮的转轴均通过平键与偏心块连接，并通过深沟球轴承支承连接在行星架的右轴承座圆板上，所述行星架轴通过圆锥滚子轴承支承在齿轮箱体上，其一端通过螺钉与行星架的右轴承座圆板相连接，另一端通过第一刚性联轴器与扭振轴连接。

本发明的测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，采用如下技术方案：

一种利用所述的试验台测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，包括步骤：

1)获取试验台初始参数，即在未安装硅油离合器的发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台扭振轴系的扭转刚度k₀和行星齿轮激振箱润滑油的阻尼c₀；

2)在工作接盘上加装硅油离合器，接合磁粉离合器；

3)启动主轴电机，经磁粉离合器和同步带轮驱动扭振轴旋转，使其达到硅油离合器测试转速；

4)启动激振电机，驱动太阳轮旋转，由太阳轮和行星架的转速差产生持续的正弦力矩激励，作用于行星架；

5)修正磁粉离合器输入电压，太阳轮和行星架的转速差使行星轮产生自转运动，行星齿轮激振箱内阻力增大，若不对磁粉离合器输入电压进行修正，磁粉离合器输出轴与输入轴将发生滑转，导致扭振轴转速低于硅油离合器测试转速，重新调节磁粉离合器输入电压，使其处于临界接合状态，即磁粉离合器输出轴与输入轴转速相等；

6)确定试验台第二阶固有频率范围，换算成激振电机测试转速范围；

7)激振电机在测试转速范围内进行等转速间隔采样，角度编码器采集各转速下的转速信号，经数据分析处理得到工作接盘扭振角度-激振力矩频响函数，获取试验台第二阶固有频率；

8)求解硅油离合器阻尼与试验台第二阶固有频率的函数关系曲线，根据测试得到的试验台第二阶固有频率，通过插值法计算出硅油离合器阻尼。

进一步地，所述步骤1)具体包括：

11)求得工作接盘的扭振角度-激振力矩频响函数为

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{M}\right|=\frac{k_0}{\sqrt{{[J_1{J}_2{\mathrm{\ω}}^4-(J_1+J_2)k_0{\mathrm{\ω}}^2]}^2+{(J_2{c}_0{\mathrm{\ω}}^3-c_0{k}_0\mathrm{\ω})}^2}}=\frac{k_0}{\sqrt{F\left(\mathrm{\ω}\right)}},$

式中，θ₂为工作接盘的扭振角度，M为激振力矩幅值，J₁为行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量，J₂为工作接盘的转动惯量，k₀为扭振轴系的扭转刚度，c₀为行星齿轮激振箱润滑油的阻尼，所述激振力矩幅值M满足如下公式：

$M=4m[2{\mathrm{\ω}}_H+\frac{z_1}{z_2}({\mathrm{\ω}}_H-{\mathrm{\ω}}_1)]\frac{z_1}{z_2}({\mathrm{\ω}}_H-{\mathrm{\ω}}_1)(R+r)d,$

式中，m为偏心块质量，R为太阳轮分度圆半径，r为行星轮分度圆半径，L为偏心块质心与太阳轮中心的距离，d为偏心块质心与行星轮中心的距离，z₁为太阳轮齿数，z₂为行星轮齿数，ω_H为待测硅油离合器测试角速度，即行星架角速度，ω₁为激振电机角速度，即太阳轮角速度；

12)当激振频率等于试验台第二阶固有频率时，H₂(ω)取极大值，即F(ω)取极小值，对F(ω)求导，得到一个非线性方程：

G(k₀，c₀)=[J₁J₂ω_2n ⁴-(J₁+J₂)k₀ω_2n ²][4J₁J₂ω_2n ³-2(J₁+J₂)k₀ω_2n]+[J₂c₀ω_2n ³-c₀k₀ω_2n][3J₂c₀ω_2n ²-c₀k₀]=0，式中ω_2n为试验台第二阶固有频率；

13)通过三维建模软件计算行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量J₁和工作接盘的转动惯量J₂，通过共振试验测试获得试验台第二阶固有频率ω_2n；

14)在工作接盘上安装不同数量的、转动惯量已知的惯量盘，从而改变工作接盘的转动惯量，得到一组J_2i(i＝1，2，……n)值，并通过共振试验测得该状态下试验台第二阶固有频率ω_2ni(i＝1，2，……n)，由J_2i(i＝1，2，……n)和ω_2ni(i＝1，2，……n)可以得到非线性超定方程组，即G_i(k₀，c₀)=0(i＝1，2，……n)，由最小二乘原理求解k₀和c₀，即构造目标函数为：

$L(c_0,k_0)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left[G_i(c_0,k_0)\right]}^2;$

15)求所述目标函数的最小值，即解出扭振轴系的扭转刚度k₀和行星齿轮激振箱润滑油的阻尼c₀的最小二乘解。

进一步地，所述步骤6)具体包括：

61)当硅油离合器阻尼c=0时，硅油离合器从动件不起作用，根据振动理论进行计算无硅油阻尼系统第二阶固有频率为f₀，得到硅油离合器阻尼测试频率的上限；

62)当硅油离合器阻尼c=∞时，硅油离合器主动件与从动件刚性联接，记刚性联接系统第二阶固有频率为f_∞，得硅油离合器阻尼测试频率的下限；

63)将上述硅油离合器阻尼测试频率的上下限代入行星齿轮激振箱的激振力矩频率公式：

$f_2=\frac{z_1}{60z_2}|n_H-n_1|,$

其中z₁为太阳轮齿数，z₂为行星轮齿数，n_H为待测硅油离合器测试转速，即行星架转速，n₁为激振电机转速，即太阳轮转速，即可换算得到对应的激振电机测试转速的上下限。

进一步地，所述步骤7具体包括：

71)角度编码器按软件预设时间间隔采集工作接盘的转速信号；

72)对角度编码器采集的转速信号，经过零均值化得到扭振速度信号；

73)对扭振速度信号进行预处理：多项式最小二乘法消除趋势项，平滑处理消除高频噪声；

74)对预处理后的扭振速度信号加汉宁窗，进行快速傅里叶变换得到幅频特性，利用能量重心校正法获取精确的激振频率及其对应的扭振速度幅值，再经频域积分得到扭振位移幅值，即工作接盘的扭振角度θ₂；

75)在一定的测试频率范围内，调节激振电机转速可得到不同激振频率下的扭振位移幅值，与相应激振频率的激振力矩幅值的比值即为工作接盘扭振角度-激振力矩频响函数，峰值为试验台第二阶固有频率对应的工作接盘扭振角度-激振力矩频响函数值，峰值对应频率为试验台第二阶固有频率。

进一步地，所述步骤8具体包括：

81)建立硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振力学模型的运动微分方程：

$\left[\begin{array}{ccc}{J}_1& 0& 0\\ 0& J_2+J_d& 0\\ 0& 0& J_f\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_1\\ {\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_2\\ {\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{c}_0& 0& 0\\ 0& c& -c\\ 0& -c& c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_1\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_2\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{k}_0& {-k}_0& 0\\ {-k}_0& k_0& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1\\ {\mathrm{\θ}}_2\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}M{e}^{\mathrm{i\ωt}}\\ 0\\ 0\end{array}\right],$

其中J₁为行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量，包括行星轮和行星架的转动惯量，J₂为工作接盘的转动惯量，J_d为硅油离合器主动件的转动惯量，J_f为硅油离合器从动件的转动惯量，k₀为扭振轴系的扭转刚度，c₀为行星齿轮激振箱润滑油的阻尼，c为硅油离合器的阻尼，θ₁、θ₂、θ₃分别为等效惯量J₁、(J₂+J_d)、J_f的转角，M为作用于J₁上的激振力矩幅值，ω为激振频率；

82)对所述的运动微分方程进行傅里叶变换得：

$\left[\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& -k_0& 0\\ {-k}_0& -{\mathrm{\ω}}^2(J_2+J_d)+\mathrm{i\ωc}+k_0& -c\\ 0& -c& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1\\ {\mathrm{\θ}}_2\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}M\\ 0\\ 0\end{array}\right];$

83)利用步骤82)经傅里叶变换得得到的公式求解工作接盘的扭振角度-激振力矩频响函数为：

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{M}\right|=\left|\frac{\left|\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& 1& 0\\ -k_0& 0& -c\\ 0& 0& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right|}{\left|\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& -k_0& 0\\ {-k}_0& -{\mathrm{\ω}}^2(J_2+J_d)+\mathrm{i\ωc}+k_0& -c\\ 0& -c& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right|}\right|;$

84)当激振频率ω等于试验台第二阶固有频率ω_2n时，H₂(ω)取极大值，对ω求导，令其值为0，可得到试验台第二阶固有频率ω_2n和硅油离合器阻尼c的关系函数为：

$g({\mathrm{\ω}}_n,c,J_1,J_2,J_d,J_f,k_0,c_0)=\frac{d{H}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{d\ω}}{|}_{\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_{2n}}=0;$

85)代入等效扭振模型中参数J₁、J₂、J_d、J_f、k₀和c₀，以及由步骤6)中由角度编码器采集的转速信号分析处理得到试验台第二阶固有频率ω_2n，即可求解出硅油离合器阻尼c。

冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台采用行星齿轮结构产生激振力矩。行星齿轮激振箱包括齿轮箱体、太阳轮、行星架、4个行星轮和安装在行星轮上的偏心块构成。太阳轮由激振电机驱动旋转，行星架与硅油离合器驱动系统的扭振轴联接，由主轴电机驱动。当太阳轮和行星架转速不等时，行星轮除了绕行星架中心轴线进行公转运动，还产生绕其自身中心轴线的自转运动，使偏心块产生不平衡惯性力。4个偏心块对称布置，其所受惯性力的合力对行星架的中心轴线产生扭振力矩激励，激振频率为行星轮自转运动频率。

冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台采用柔性动力传动。在主轴电机与同步带轮之间安装磁粉离合器，磁粉离合器传递力矩上限通过激磁电流进行调节，当驱动系统力矩超过该上限时，磁粉离合器输入轴和输出轴之间产生相对滑动。磁粉离合器可等效为双向滤波器，即将扭振轴的振动和主轴电机的转速波动相互隔离。

冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台使用角度编码器采集工作接盘的转速信号，经过数据分析处理流程，得到试验台第二阶固有频率，进而计算硅油离合器阻尼c。

发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台采用运动控制器，实现试验台驱动控制和数据采集。如图5所示，运动控制器与PC机连接，接收上位机指令，可同时实现4轴运动控制。轴1和轴2采用速度控制模式，实现激振电机和主轴电机的闭环控制；轴3使用DAC输出接口输出电压信号，经过功率放大器产生磁粉离合器的激磁电流，从而改变磁粉离合器的接合力矩；轴4使用角度编码器反馈信号输入接口，读取角度编码器的转速信号。

运动控制器只有读取角度编码器转速信号的端口，无法实现等时间间隔的数据采样。由于发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台的测试频率范围在0～70Hz，频率较低，在满足采样定理的前提下，可以通过编写程序实现角度编码器转速信号的等时间间隔采样，即软件定时采样。软件定时采样无需加装其他数据采集设备，降低了制作成本。由于软件定时存在一定误差，所以需要对采样间隔时间进行校正。软件定时中设定采样时间间隔为5ms，通过编程采集1000个数据，统计数据采集总时间为5.168s，即可求解得到实际平均采样时间间隔为5.168ms。通过对采样间隔时间进行校正，求解得到实际平均采样时间间隔和设定采样时间间隔的相对误差为3.36％，可以保证基于软件定时的数据采样方法的精度。

本发明具有的有益效果：

1)属于国内相关领域自主研发的测试试验台，可以在较低的成本下进行发动机冷却风扇硅油离合器的阻尼测试，节省发动机台架试验成本，提高测试效率和安全性。

2)实现硅油离合器在旋转运动中施加激振力矩，模拟其实际工况，测试结果有较高的精度。

3)使用角度编码器采集工作接盘的扭振转速信号，提出一套完整的数据分析处理流程，由转速信号得到试验台第二阶固有频率，具有较高的精度。

4)使用运动控制器实现角度编码器数据采样，采用软件定时方式，无需加装其他数据采集设备，降低了开发成本，并通过校正得到实际平均采样时间间隔，具有较高的精度。

5)冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振模型参数通过理论计算和实验识别确定，保证测试结果具有较高的精度。

附图说明

图1为发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台的结构简图。

图2为行星齿轮激振箱的主视图。

图3为行星齿轮激振箱的结构示意图。

图4为行星齿轮激振箱偏心块的受力示意图。

图5为发动机硅油离合器扭转测试试验台控制系统框图。

图6为角度编码器数据分析与处理流程框图。

图7为发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振模型。

图8为未安装硅油离合器的发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振模型。

图中：101、激振电机，102、第一柔性联轴器，103、太阳轮，104、行星轮，105、齿轮箱体，106、行星架，107、第一刚性联轴器，108、同步带轮，109、第二刚性联轴器，110、磁粉离合器，111、第二柔性联轴器，112、主轴电机，113、扭振轴，114、第三刚性联轴器、115、角度编码器，116、工作接盘，117、硅油离合器主动件，118、硅油离合器从动件，119、PC机，120、运动控制器，201、太阳轮轴，202、偏心块，203、左轴承座圆板，204、右轴承座圆板，205、联接杆，206、行星架轴，207、端盖。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和／或改变都将落入本发明保护范围。

实施例1：

如图1至4所示，一种测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的试验台，包括扭转激振系统、硅油离合器驱动系统、数据采集系统、处理控制系统；

所述扭转激振系统包括能输出频率可调的持续简谐力矩激励的行星齿轮激振箱、激振电机101，所述激振电机101通过第一柔性联轴器102与行星齿轮激振箱的输入端驱动连接；

所述硅油离合器驱动系统包括主轴电机112、磁粉离合器110、同步带轮108和扭振轴113、工作接盘116，所述磁粉离合器110的输入端通过第二柔性联轴器111与主轴电机112驱动连接，输出端通过第二刚性联轴器109与同步带轮108驱动连接，所述同步带轮108通过皮带与扭振轴113驱动连接，所述扭振轴113的一端通过第一刚性联轴器107与行星齿轮激振箱的输出端相连接，另一端通过第三刚性联轴器114与工作接盘116相连接，所述工作接盘116与硅油离合器主动件117相连接；可实现硅油离合器的旋转运动；

所述数据采集系统包括与工作接盘116同轴连接的、用于采集工作接盘116转速信号角度编码器115；

所述处理控制系统包括电路连接的PC机119及运动控制器120，所述运动控制器120通过接口分别与主轴电机112、激振电机101、磁粉离合器110、角度编码器115相连接。

发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台采用运动控制器120，实现试验台驱动控制和数据采集。如图5所示，运动控制器120与PC机119连接，接收上位机指令，可同时实现4轴运动控制。轴1和轴2采用速度控制模式，实现激振电机101和主轴电机112的闭环控制；轴3使用DAC输出接口输出电压信号，经过功率放大器产生磁粉离合器110的激磁电流，从而改变磁粉离合器110的接合力矩；轴4使用角度编码器反馈信号输入接口，读取角度编码器115的转速信号。

运动控制器只有读取角度编码器115转速信号的端口，无法实现等时间间隔的数据采样。由于发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台的测试频率范围在0～70Hz，频率较低，在满足采样定理的前提下，可以通过编写程序实现角度编码器115转速信号的等时间间隔采样，即软件定时采样。软件定时采样无需加装其他数据采集设备，降低了制作成本。由于软件定时存在一定误差，所以需要对采样间隔时间进行校正。软件定时中设定采样时间间隔为5ms，通过编程采集1000个数据，统计数据采集总时间为5.168s，即可求解得到实际平均采样时间间隔为5.168ms。通过对采样间隔时间进行校正，求解得到实际平均采样时间间隔和设定采样时间间隔的相对误差为3.36％，可以保证基于软件定时的数据采样方法的精度。

如图2、3、4所示，所述行星齿轮激振箱包括太阳轮103、行星轮104、齿轮箱体105、行星架106和偏心块202、太阳轮轴201和行星架轴206，所述行星架106设置在齿轮箱体105内，包括两块相隔一定间距的右轴承座圆板203和左轴承座圆板204，所述左轴承座圆板204和右轴承座圆板203之间连接设置有联接杆205，所述太阳轮轴201通过平键与太阳轮103相连接，并通过圆锥滚子轴承支承在齿轮箱体105和行星架106的左轴承座圆板204上，所述太阳轮103分别和4个行星轮104进行啮合，行星轮104与其转轴加工为一体式行星轮轴，每个行星轮104的转轴均通过平键与偏心块202连接，并通过深沟球轴承支承连接在行星架106的右轴承座圆板203上，所述行星架轴206通过圆锥滚子轴承支承在齿轮箱体105上，其一端通过螺钉与行星架106的右轴承座圆板203相连接，另一端通过第一刚性联轴器107与扭振轴113连接。

如图3和图4所示，行星齿轮激振箱工作时，太阳轮103由激振电机101驱动旋转，行星架106由硅油离合器驱动系统的扭振轴113驱动旋转。当太阳轮103和行星架106转速不等时，行星轮104除了绕行星架106中心轴线进行公转运动，还产生绕其自身中心轴线的自转运动，使偏心块202产生不平衡惯性力。4个偏心块202对称布置时，其所受惯性力的合力对行星架106的中心轴线产生扭振力矩激励，激振频率为行星轮104自转运动频率。

如图1所示，发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台采用柔性动力传动。在主轴电机112与同步带轮108之间安装磁粉离合器110，实现硅油离合器驱动系统的柔性动力传动。磁粉离合器110传递力矩的上限可通过激磁电流进行调节，当硅油离合器驱动系统力矩超过该上限时，磁粉离合器110输入轴和输出轴之间产生相对滑动。磁粉离合器110可等效为双向滤波器，即将扭振轴113的振动和主轴电机112的转速波动相互隔离。

如图1所示，硅油离合器驱动系统包括主轴电机112和多个机械传动零部件，各零部件之间必须通过联轴器进行联接。联接主轴电机112和磁粉离合器110的第一柔性联轴器102、第二柔性联轴器111应选用扭转刚度较低的柔性联轴器，如柔性爪牙型联轴器，实现电机柔性启动，防止电机启动力矩过大造成联轴器损害。联接扭振轴113的联轴器第一刚性联轴器107、第二刚性联轴器109、第三刚性联轴器114应选用刚性联轴器，如高刚性膜片式联轴器，以保证扭振轴系较高的扭转刚度。

实施例2

一种利用所述的试验台测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，包括步骤：

1)获取试验台初始参数，即在未安装硅油离合器的发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台扭振轴系的扭转刚度k₀和行星齿轮激振箱润滑油的阻尼c₀；

2)在工作接盘116上加装硅油离合器，接合磁粉离合器110；

3)启动主轴电机112，经磁粉离合器110和同步带轮108驱动扭振轴113旋转，使其达到硅油离合器测试转速；

4)启动激振电机101，驱动太阳轮103旋转，由太阳轮103和行星架106的转速差产生持续的正弦力矩激励，作用于行星架106；

5)修正磁粉离合器110输入电压，太阳轮103和行星架106的转速差使行星轮104产生自转运动，行星齿轮激振箱内阻力增大，若不对磁粉离合器110输入电压进行修正，磁粉离合器110输出轴与输入轴将发生滑转，导致扭振轴113转速低于硅油离合器测试转速，重新调节磁粉离合器110输入电压，使其处于临界接合状态，即磁粉离合器110输出轴与输入轴转速相等；

6)确定试验台第二阶固有频率范围，换算成激振电机101测试转速范围；

7)激振电机101在测试转速范围内进行等转速间隔采样，角度编码器115采集各转速下的转速信号，经数据分析处理得到工作接盘116扭振角度-激振力矩频响函数，获取试验台第二阶固有频率；

8)求解硅油离合器阻尼与试验台第二阶固有频率的函数关系曲线，根据测试得到的试验台第二阶固有频率，通过插值法计算出硅油离合器阻尼。

进一步地，未安装硅油离合器的发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振模型如图8所示，发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台的测试精度取决于等效扭振模型各参数的精度。当零件材料密度已知时，行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量J₁、工作接盘的转动惯量J₂、硅油离合器主动件的转动惯量J_d、硅油离合器从动件的转动惯量J_f可通过三维建模软件计算，精度较高。激振力矩幅值M可以由两电机转速和行星齿轮激振箱内部参数计算得到。扭振轴系的扭转刚度k₀和行星齿轮激振箱润滑油的阻尼c₀难以通过理论计算获得，因此通过试验识别的方法确定。通过在工作接盘116上安装不同数量的惯量盘(其转动惯量已知)，得到一组J_2i(i＝1，2，……n)值，并通过共振试验测得该状态下试验台第二阶固有频率ω_2ni(i＝1，2，……n)。由J_2i(i＝1，2，……n)和ω_2ni(i＝1，2，……n)可以得到一个非线性超定方程组，由最小二乘原理求解c₀和k₀。

因此，所述步骤1)具体包括：

11)求得工作接盘的扭振角度-激振力矩频响函数为

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{M}\right|=\frac{k_0}{\sqrt{{[J_1{J}_2{\mathrm{\ω}}^4-(J_1+J_2)k_0{\mathrm{\ω}}^2]}^2+{(J_2{c}_0{\mathrm{\ω}}^3-c_0{k}_0\mathrm{\ω})}^2}}=\frac{k_0}{\sqrt{F\left(\mathrm{\ω}\right)}},---\left(1\right)$

式(1)中，θ₂为工作接盘的扭振角度，M为激振力矩幅值，J₁为行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量，J₂为工作接盘的转动惯量，k₀为扭振轴系的扭转刚度，c₀为行星齿轮激振箱润滑油的阻尼，所述激振力矩幅值M满足如下公式：

$M=4m[2{\mathrm{\ω}}_H+\frac{z_1}{z_2}({\mathrm{\ω}}_H-{\mathrm{\ω}}_1)]\frac{z_1}{z_2}({\mathrm{\ω}}_H-{\mathrm{\ω}}_1)(R+r)d,---\left(2\right)$

式(2)中，m为偏心块质量，R为太阳轮分度圆半径，r为行星轮分度圆半径，L为偏心块质心与太阳轮中心的距离，d为偏心块质心与行星轮中心的距离，z₁为太阳轮齿数，z₂为行星轮齿数，ω_H为待测硅油离合器测试角速度，即行星架角速度，ω₁为激振电机角速度，即太阳轮角速度；

12)当激振频率等于试验台第二阶固有频率时，H₂(ω)取极大值，即F(ω)取极小值，将式(1)对F(ω)求导，得到一个非线性方程：

G(k₀，c₀)=[J₁J₂ω_2n ⁴-(J₁+J₂)k₀ω_2n ²][4J₁J₂ω_2n ³-2(J₁+J₂)k₀ω_2n]+[J₂c₀ω_2n ³-c₀k₀ω_2n][3J₂c₀ω_2n ²-c₀k₀]=0(3)，式(3)中ω_2n为试验台第二阶固有频率；

13)通过三维建模软件计算行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量J₁和工作接盘的转动惯量J₂，通过共振试验测试获得试验台第二阶固有频率ω_2n；

14)在工作接盘116上安装不同数量的、转动惯量已知的惯量盘，从而改变工作接盘116的转动惯量，得到一组J_2i(i＝1，2，……n)值，并通过共振试验测得该状态下试验台第二阶固有频率ω_2ni(i＝1，2，……n)，由J_2i(i＝1，2，……n)和ω_2ni(i＝1，2，……n)可以得到非线性超定方程组，即G_i(k₀，c₀)=0(i＝1，2，……n)，由最小二乘原理求解k₀和c₀，即构造目标函数为：

$L(c_0,k_0)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left[G_i(c_0,k_0)\right]}^2;---\left(4\right)$

15)求解式(4)所述目标函数的最小值，即解出扭振轴系的扭转刚度k₀和行星齿轮激振箱润滑油的阻尼c₀的最小二乘解。

发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台通过测试得到试验台第二阶固有频率，从而计算硅油离合器阻尼，所以测试之前必须确定试验台第二阶固有频率的范围，并换算成相应的激振电机101转速范围。当硅油离合器阻尼c=0时，硅油离合器从动件不起作用，记无硅油阻尼系统第二阶固有频率为f₀；当硅油离合器阻尼c=∞时，硅油离合器主动件与从动件刚性联接，记刚性联接系统第二阶固有频率为f_∞；当减振硅油离合器阻尼c≠0时，试验台第二阶固有频率必在频率下限f_∞和频率上限f₀之间，故只需在此频率范围内进行共振试验。

因此，所述步骤6)具体包括：

61)当硅油离合器阻尼c=0时，硅油离合器从动件不起作用，根据振动理论进行计算无硅油阻尼系统第二阶固有频率为f₀，得到硅油离合器阻尼测试频率的上限；

62)当硅油离合器阻尼c=∞时，硅油离合器主动件与从动件刚性联接，记刚性联接系统第二阶固有频率为f_∞，得硅油离合器阻尼测试频率的下限；

63)将上述硅油离合器阻尼测试频率的上下限代入行星齿轮激振箱的激振力矩频率公式：

$f_2=\frac{z_1}{60z_2}|n_H-n_1|,---\left(5\right)$

式(5)中z₁为太阳轮齿数，z₂为行星轮齿数，n_H为待测硅油离合器测试转速，即行星架转速，n₁为激振电机转速，即太阳轮转速，即可换算得到对应的激振电机101测试转速的上下限。

进一步地，如图6所示，所述步骤7具体包括：

71)角度编码器115按软件预设时间间隔采集工作接盘的转速信号；

72)对角度编码器115采集的转速信号，经过零均值化得到扭振速度信号；

73)对扭振速度信号进行预处理：多项式最小二乘法消除趋势项，平滑处理消除高频噪声；

74)对预处理后的扭振速度信号加汉宁窗，进行快速傅里叶变换得到幅频特性，利用能量重心校正法获取精确的激振频率及其对应的扭振速度幅值，再经频域积分得到扭振位移幅值；

75)在一定的测试频率范围内，调节激振电机转速可得到不同激振频率下的扭振位移幅值，与相应激振频率的激振力矩幅值的比值即为工作接盘扭振角度-激振力矩频响函数，峰值为试验台第二阶固有频率对应的工作接盘116扭振角度-激振力矩频响函数值，峰值对应频率为试验台第二阶固有频率。

发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振模型如图7所示。其中J₁为行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量，包括行星轮和行星架的转动惯量，J₂为工作接盘的转动惯量，J_d为硅油离合器主动件的转动惯量，J_f为硅油离合器从动件的转动惯量，k₀为扭振轴系的扭转刚度，c₀为行星齿轮激振箱润滑油的阻尼，c为硅油离合器的阻尼，θ₁、θ₂、θ₃分别为等效惯量J₁、J_d与J_f的和、J_i的转角，M为作用于上的激振力矩幅值，ω为激振频率。当等效扭振模型中参数J₁、J₂、J_s、J_i、k₀、c₀和M是确定后，实际试验时只需由试验台驱动硅油离合器旋转并施加激振力矩，由角度编码器115采集的转速信号分析处理得到试验台第二阶固有频率，即可求解出硅油离合器阻尼c。

因此，所述步骤8具体包括：

81)建立硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振力学模型的运动微分方程：

$\left[\begin{array}{ccc}{J}_1& 0& 0\\ 0& J_2+J_d& 0\\ 0& 0& J_f\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_1\\ {\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_2\\ {\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{c}_0& 0& 0\\ 0& c& -c\\ 0& -c& c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_1\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_2\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{k}_0& {-k}_0& 0\\ {-k}_0& k_0& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1\\ {\mathrm{\θ}}_2\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}M{e}^{\mathrm{i\ωt}}\\ 0\\ 0\end{array}\right],---\left(6\right)$

式(6)中J₁为行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量，包括行星轮和行星架的转动惯量，J₂为工作接盘的转动惯量，J_d为硅油离合器主动件的转动惯量，J_f为硅油离合器从动件的转动惯量，k₀为扭振轴系的扭转刚度，c₀为行星齿轮激振箱润滑油的阻尼，c为硅油离合器的阻尼，θ₁、θ₂、θ₃分别为等效惯量J₁、J₂与J_d的和、J_f的转角，M为作用于J₁上的激振力矩幅值，ω为激振频率；

82)对式(6)所述的运动微分方程进行傅里叶变换得：

$\left[\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& -k_0& 0\\ {-k}_0& -{\mathrm{\ω}}^2(J_2+J_d)+\mathrm{i\ωc}+k_0& -c\\ 0& -c& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1\\ {\mathrm{\θ}}_2\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}M\\ 0\\ 0\end{array}\right];---\left(7\right)$

83)利用步骤82)经傅里叶变换得得到的式(7)求解工作接盘的扭振角度-激振力矩频响函数为：

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{M}\right|=\left|\frac{\left|\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& 1& 0\\ -k_0& 0& -c\\ 0& 0& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right|}{\left|\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& -k_0& 0\\ {-k}_0& -{\mathrm{\ω}}^2(J_2+J_d)+\mathrm{i\ωc}+k_0& -c\\ 0& -c& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right|}\right|;---\left(8\right)$

84)当激振频率ω等于试验台第二阶固有频率ω_2n时，H₂(ω)取极大值，对式(8)的ω求导，令其值为0，可得到试验台第二阶固有频率ω_2n和硅油离合器阻尼c的关系函数为：

$g({\mathrm{\ω}}_n,c,J_1,J_2,J_d,J_f,k_0,c_0)=\frac{d{H}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{d\ω}}{|}_{\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_{2n}}=0;---\left(9\right)$

85)向式(9)中代入等效扭振模型中参数J₁、J₂、J_d、J_f、k₀和c₀，以及由步骤6)中由角度编码器115采集的转速信号分析处理得到试验台第二阶固有频率ω_2n，即可求解出硅油离合器阻尼c。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的试验台，其特征在于，包括扭转激振系统、硅油离合器驱动系统、数据采集系统、处理控制系统；

所述扭转激振系统包括能输出频率可调的持续简谐力矩激励的行星齿轮激振箱、激振电机(101)，所述激振电机(101)通过第一柔性联轴器(102)与行星齿轮激振箱的输入端驱动连接；

所述硅油离合器驱动系统包括主轴电机(112)、磁粉离合器(110)、同步带轮(108)和扭振轴(113)、工作接盘(116)，所述磁粉离合器(110)的输入端通过第二柔性联轴器(111)与主轴电机(112)驱动连接，输出端通过第二刚性联轴器(109)与同步带轮(108)驱动连接，所述同步带轮(108)通过皮带与扭振轴(113)驱动连接，所述扭振轴(113)的一端通过第一刚性联轴器(107)与行星齿轮激振箱的输出端相连接，另一端通过第三刚性联轴器(114)与工作接盘(116)相连接，所述工作接盘(116)与硅油离合器主动件(117)相连接；可实现硅油离合器的旋转运动；

所述数据采集系统包括与工作接盘(116)同轴连接的、用于采集工作接盘(116)转速信号角度编码器(115)；

所述处理控制系统包括电路连接的PC机(119)及运动控制器(120)，所述运动控制器(120)通过接口分别与主轴电机(112)、激振电机(101)、磁粉离合器(110)、角度编码器(115)相连接。

2.根据权利要求书1所述的一种发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台，其特征在于，所述行星齿轮激振箱包括太阳轮(103)、行星轮(104)、齿轮箱体(105)、行星架(106)和偏心块(202)、太阳轮轴(201)和行星架轴(206)，所述行星架(106)设置在齿轮箱体(105)内，包括两块相隔一定间距的右轴承座圆板(203)和左轴承座圆板(204)，所述左轴承座圆板(204)和右轴承座圆板(203)之间连接设置有联接杆(205)，所述太阳轮轴(201)通过平键与太阳轮(103)相连接，并通过圆锥滚子轴承支承在齿轮箱体(105)和行星架(106)的左轴承座圆板(204)上，所述太阳轮(103)分别和4个行星轮(104)进行啮合，行星轮(104)与其转轴加工为一体式行星轮轴，每个行星轮(104)的转轴均通过平键与偏心块(202)连接，并通过深沟球轴承支承连接在行星架(106)的右轴承座圆板(203)上，所述行星架轴(206)通过圆锥滚子轴承支承在齿轮箱体(105)上，其一端通过螺钉与行星架(106)的右轴承座圆板(203)相连接，另一端通过第一刚性联轴器(107)与扭振轴(113)连接。

3.一种利用权利要求1或2所述的试验台测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，其特征在于，包括步骤：

1)获取试验台初始参数，即在未安装硅油离合器的发动机冷却风扇硅油离合器阻尼测试试验台扭振轴系的扭转刚度k₀和行星齿轮激振箱润滑油的阻尼c₀；

2)在工作接盘(116)上加装硅油离合器，接合磁粉离合器(110)；

3)启动主轴电机(112)，经磁粉离合器(110)和同步带轮(108)驱动扭振轴(113)旋转，使其达到硅油离合器测试转速；

4)启动激振电机(101)，驱动太阳轮(103)旋转，由太阳轮(103)和行星架(106)的转速差产生持续的正弦力矩激励，作用于行星架(106)；

5)修正磁粉离合器(110)输入电压，太阳轮(103)和行星架(106)的转速差使行星轮(104)产生自转运动，行星齿轮激振箱内阻力增大，若不对磁粉离合器(110)输入电压进行修正，磁粉离合器(110)输出轴与输入轴将发生滑转，导致扭振轴(113)转速低于硅油离合器测试转速，重新调节磁粉离合器(110)输入电压，使其处于临界接合状态，即磁粉离合器(110)输出轴与输入轴转速相等；

6)确定试验台第二阶固有频率范围，换算成激振电机(101)测试转速范围；

7)激振电机(101)在测试转速范围内进行等转速间隔采样，角度编码器(115)采集各转速下的转速信号，经数据分析处理得到工作接盘(116)扭振角度-激振力矩频响函数，获取试验台第二阶固有频率；

8)求解硅油离合器阻尼与试验台第二阶固有频率的函数关系曲线，根据测试得到的试验台第二阶固有频率，通过插值法计算出硅油离合器阻尼。

4.根据权利要3所述的测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

11)求得工作接盘的扭振角度-激振力矩频响函数为

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{M}\right|=\frac{k_0}{\sqrt{{[J_1{J}_2{\mathrm{\ω}}^4-(J_1+J_2)k_0{\mathrm{\ω}}^2]}^2+{(J_2{c}_0{\mathrm{\ω}}^3-c_0{k}_0\mathrm{\ω})}^2}}=\frac{k_0}{\sqrt{F\left(\mathrm{\ω}\right)}},$

式中，θ₂为工作接盘(116)的扭振角度，M为激振力矩幅值，J₁为行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量，J₂为工作接盘(₁₁6)的转动惯量，k₀为扭振轴系的扭转刚度，c₀为行星齿轮激振箱润滑油的阻尼，所述激振力矩幅值M满足如下公式：

$M=4m[2{\mathrm{\ω}}_H+\frac{z_1}{z_2}({\mathrm{\ω}}_H-{\mathrm{\ω}}_1)]\frac{z_1}{z_2}({\mathrm{\ω}}_H-{\mathrm{\ω}}_1)(R+r)d,$

式中，m为偏心块(202)的质量，R为太阳轮(103)分度圆半径，r为行星轮(104)分度圆半径，L为偏心块(202)质心与太阳轮(103)中心的距离，d为偏心块(202)质心与行星轮(104)中心的距离，z₁为太阳轮(103)齿数，z₂为行星轮(104)齿数，ω_H为待测硅油离合器测试角速度，即行星架(106)角速度，ω₁为激振电机(101)角速度，即太阳轮(103)角速度；

12)当激振频率等于试验台第二阶固有频率时，H₂(ω)取极大值，即F(ω)取极小值，对F(ω)求导，得到一个非线性方程：

G(k₀，c₀)=[J₁J₂ω_2n ⁴-(J₁+J₂)k₀ω_2n ²][4J₁J₂ω_2n ³-2(J₁+J₂)k₀ω_2n]+[J₂c₀ω_2n ³-c₀k₀ω_2n][3J₂c₀ω_2n ²-c₀k₀]=0，式中ω_2n为试验台第二阶固有频率；

13)通过三维建模软件计算行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量J₁和工作接盘(116)的转动惯量J₂，通过共振试验测试获得试验台第二阶固有频率ω_2n；

14)在工作接盘(116)上安装不同数量的、转动惯量已知的惯量盘，从而改变工作接盘(116)的转动惯量，得到一组J_2i(i＝1，2，……n)值，并通过共振试验测得该状态下试验台第二阶固有频率ω_2ni(i＝1，2，……n)，由J_2i(i＝1，2，……n)和ω_2ni(i＝1，2，……n)可以得到非线性超定方程组，即G_i(k₀，c₀)=0(i＝1，2，……n)，由最小二乘原理求解k₀和c₀，即构造目标函数为：

$L(c_0,k_0)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left[G_i(c_0,k_0)\right]}^2;$

15)求所述目标函数的最小值，即解出扭振轴系的扭转刚度k₀和行星齿轮激振箱润滑油的阻尼c₀的最小二乘解。

5.根据权利要3所述的测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，其特征在于，所述步骤6)具体包括：

61)当硅油离合器阻尼c=0时，硅油离合器从动件不起作用，根据振动理论进行计算无硅油阻尼系统第二阶固有频率为f₀，得到硅油离合器阻尼测试频率的上限；

62)当硅油离合器阻尼c=∞时，硅油离合器主动件与从动件刚性联接，记刚性联接系统第二阶固有频率为f_∞，得硅油离合器阻尼测试频率的下限；

63)将上述硅油离合器阻尼测试频率的上下限代入行星齿轮激振箱的激振力矩频率公式：

$f_2=\frac{z_1}{60z_2}|n_H-n_1|,$

其中z₁为太阳轮齿数，z₂为行星轮齿数，n_H为待测硅油离合器测试转速，即行星架转速，n₁为激振电机(101)转速，即太阳轮转速，即可换算得到对应的激振电机(101)测试转速的上下限。

6.根据权利要3所述的测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，其特征在于，所述步骤7具体包括：

71)角度编码器(115)按软件预设时间间隔采集工作接盘的转速信号；

72)对角度编码器(115)采集的转速信号，经过零均值化得到扭振速度信号；

73)对扭振速度信号进行预处理：多项式最小二乘法消除趋势项，平滑处理消除高频噪声；

74)对预处理后的扭振速度信号加汉宁窗，进行快速傅里叶变换得到幅频特性，利用能量重心校正法获取精确的激振频率及其对应的扭振速度幅值，再经频域积分得到扭振位移幅值；

75)在一定的测试频率范围内，调节激振电机转速可得到不同激振频率下的扭振位移幅值，与相应激振频率的激振力矩幅值的比值即为工作接盘扭振角度-激振力矩频响函数，峰值为试验台第二阶固有频率对应的工作接盘(116)扭振角度-激振力矩频响函数值，峰值对应频率为试验台第二阶固有频率。

7.根据权利要3所述的测试发动机冷却风扇硅油离合器阻尼的方法，其特征在于，所述步骤8具体包括：

81)建立硅油离合器阻尼测试试验台等效扭振力学模型的运动微分方程：

$\left[\begin{array}{ccc}{J}_1& 0& 0\\ 0& J_2+J_d& 0\\ 0& 0& J_f\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_1\\ {\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_2\\ {\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{c}_0& 0& 0\\ 0& c& -c\\ 0& -c& c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_1\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_2\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_3\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}{k}_0& {-k}_0& 0\\ {-k}_0& k_0& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1\\ {\mathrm{\θ}}_2\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}M{e}^{\mathrm{i\ωt}}\\ 0\\ 0\end{array}\right],$

其中J₁为行星齿轮激振箱扭振零部件的转动惯量，包括行星轮(104)和行星架(106)的转动惯量，J₂为工作接盘(116)的转动惯量，J_d为硅油离合器主动件(117)的转动惯量，J_f为硅油离合器从动件(118)的转动惯量，k₀为扭振轴系的扭转刚度，c₀为行星齿轮激振箱润滑油的阻尼，c为硅油离合器的阻尼，θ₁、θ₂、θ₃分别为等效惯量J₁、J₂与J_d的和、J_f的转角，M为作用于J₁上的激振力矩幅值，ω为激振频率；

82)对所述的运动微分方程进行傅里叶变换得

$\left[\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& -k_0& 0\\ {-k}_0& -{\mathrm{\ω}}^2(J_2+J_d)+\mathrm{i\ωc}+k_0& -c\\ 0& -c& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_1\\ {\mathrm{\θ}}_2\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}M\\ 0\\ 0\end{array}\right];$

83)利用步骤82)中经傅里叶变换得得到的公式求解工作接盘(116)的扭振角度-激振力矩频响函数为

$H_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|\frac{{\mathrm{\θ}}_2}{M}\right|=\left|\frac{\left|\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& 1& 0\\ -k_0& 0& -c\\ 0& 0& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right|}{\left|\begin{array}{ccc}-{\mathrm{\ω}}^2{J}_1+\mathrm{i\ω}{c}_0+k_0& -k_0& 0\\ {-k}_0& -{\mathrm{\ω}}^2(J_2+J_d)+\mathrm{i\ωc}+k_0& -c\\ 0& -c& -{\mathrm{\ω}}^2{J}_f+\mathrm{i\ωc}\end{array}\right|}\right|;$

84)当激振频率ω等于试验台第二阶固有频率ω_2n时，H₂(ω)取极大值，对ω求导，令其值为0，可得到试验台第二阶固有频率ω_2n和硅油离合器阻尼c的关系函数为

$g({\mathrm{\ω}}_n,c,J_1,J_2,J_d,J_f,k_0,c_0)=\frac{d{H}_2\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{d\ω}}{|}_{\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_{2n}}=0;$

85)代入等效扭振模型中参数J₁、J₂、J_d、J_f、k₀和c₀，以及由步骤6)中由角度编码器(115)采集的转速信号分析处理得到试验台第二阶固有频率ω_2n，即可求解出硅油离合器阻尼c。

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