CN104316322B - 检测挠性轴带负载扭曲程度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测挠性轴带负载扭曲程度的方法及装置，其方法包括：在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置，在挠性轴的两端分别设置探头；或者，在挠性轴的尾端沿圆周对称设置四个凸轮，在挠性轴的尾端设置探头；在挠性轴未施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；在挠性轴施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；根据旋转周期、采集的时间间隔计算获取挠性轴的扭曲程度。本发明可以很方便、准确地对挠性轴带负载动态扭曲程度进行检测，实现方便、成本低。

Description

检测挠性轴带负载扭曲程度的方法及装置

技术领域

本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种检测挠性轴带负载扭曲程度的方法及装置。

背景技术

从目前的国际形势看，航空领域的竞争力体现了一个国家的综合实力。航空产品的优良性能和工作稳定性是提高航空领域竞争力的重要保证。这样就对航空器件的质量检测有了更高的要求。

目前，在航空产品中，国内对挠性传动轴产品的检测，重点放在静态的物理检测，例如高温极限、低温极限、潮湿环境等的物理现象的观察检测。然而，挠性轴带负载动态的扭曲程度其实也是决定挠性轴性能的很重要的因素。例如恒负载转速变化、恒转速负载变化、转速和负载同时变化三种情况引起的挠性轴扭曲程度的变化的检测数据，对分析挠性轴的使用时间和性能极限至关重要。而当前国内对挠性轴带负载动态扭曲程度检测仍是一片空白。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种检测挠性轴带负载扭曲程度的方法及装置，旨在方便、准确地对挠性轴带负载动态扭曲程度进行检测。

为了达到上述目的，本发明提出一种检测挠性轴带负载扭曲程度的方法，包括：

在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置，在所述挠性轴的两端分别设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；或者，在所述挠性轴的尾端沿圆周对称设置四个凸轮，并在所述挠性轴的尾端设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；

在所述挠性轴未施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

在所述挠性轴施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

根据所述旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

优选地，所述旋转周期为挠性轴旋转半周对应的时间T。

优选地，在所述挠性轴未施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1`、T2`，其中，T1`＝T2`＝T/2；在所述挠性轴施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1、T2，其中，T1+T2＝T。

优选地，所述根据旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度的步骤包括：

根据T1`、T2`、T1、T2计算T1相对T1`的相位偏移时间ΔT，或者计算T2相对T2`的相位偏移时间ΔT；

根据所述相位偏移时间ΔT计算对应的凸轮的偏转相位θ；

根据偏转相位θ计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

优选地，所述探头为磁感应探头或电涡流探头。

本发明实施例还提出一种检测挠性轴带负载扭曲程度的装置，包括：

设置模块，用于在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置，在所述挠性轴的两端分别设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；或者，在所述挠性轴的尾端沿圆周对称设置四个凸轮，并在所述挠性轴的尾端设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；

第一采集模块，用于在所述挠性轴未施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

第二采集模块，用于在所述挠性轴施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

计算模块，用于根据所述旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

优选地，所述旋转周期为挠性轴旋转半周对应的时间T。

优选地，在所述挠性轴未施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1`、T2`，其中，T1`＝T2`＝T/2；在所述挠性轴施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1、T2，其中，T1+T2＝T。

优选地，所述计算模块，还用于根据T1`、T2`、T1、T2计算T1相对T1`的相位偏移时间ΔT，或者计算T2相对T2`的相位偏移时间ΔT；根据所述相位偏移时间ΔT计算对应的凸轮的偏转相位θ；根据偏转相位θ计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

优选地，所述探头为磁感应探头或电涡流探头。

本发明实施例提出的一种检测挠性轴带负载扭曲程度的方法及装置，通过探头检测挠性轴上设置的凸轮在挠性轴加负载前后所产生的脉冲信号的时间间隔，可以很方便、准确地对挠性轴带负载动态扭曲程度进行检测，填补了国内对挠性轴带负载动态扭曲程度检测的空白，且该检测方法实现方便、成本低；理论依据严密，解决了国内对航空挠性轴产品检测一直局限在静态物理现象的观察试验的问题。

附图说明

图1是本发明检测挠性轴带负载扭曲程度的方法较佳实施例的流程示意图；

图2是本发明实施例中挠性轴的侧视图；

图3是本发明实施例中挠性轴首端和尾端分别设置两个凸轮的结构示意图；

图4是本发明实施例中挠性轴尾端设置四个凸轮的结构示意图；

图5是本发明实施例中挠性轴上凸轮的脉冲信号示意图；

图6是本发明检测挠性轴带负载扭曲程度的装置较佳实施例的功能模块示意图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

如图1所示，本发明较佳实施例提出一种检测挠性轴带负载扭曲程度的方法，包括：

步骤S101，在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置，在所述挠性轴的两端分别设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；或者，在所述挠性轴的尾端沿圆周对称设置四个凸轮，并在所述挠性轴的尾端设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；

其中，探头具体可以采用磁感应探头或电涡流探头。

具体地，如图2所示，在挠性轴上沿圆周方向对称设置四个凸轮，即凸轮1、凸轮2、凸轮3和凸轮4，在挠性轴旋转时，通过探头采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号。

作为一种实施方式，可以在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两个凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置。具体设置如下：在挠性轴的首端设置凸轮1和凸轮3，凸轮1和凸轮3沿挠性轴的圆周呈180°设置，即位于同一平面上，如图3所示(凸轮2隐藏)；在挠性轴的尾端设置凸轮2和凸轮4，凸轮2和凸轮4成180°设置，且凸轮2和凸轮4与凸轮1和凸轮3对应间隔90度设置，如图4所示(凸轮2隐藏)。

为了检测挠性轴转动时各凸轮的脉冲信号，在挠性轴的两端，对应凸轮的侧面，分别设置一个探头，用以在挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号。

作为另一种实施方式，考虑到两端设置探头的情况下，存在安装误差或者探头的工艺误差，两端探头工作时，两者的起点不可能达到绝对的同步，由此会产生测量误差，为避免这种情况产生的误差，可以将四个凸轮均设置在挠性轴的尾端，这样只需在尾端设置一个探头来采集四个凸轮运转所产生的脉冲信号，由于四个凸轮的脉冲信号都是由一个探头采集，因此可以避免不同探头采集信号带来的误差。

步骤S102，在所述挠性轴未施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

步骤S103，在所述挠性轴施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

步骤S104，根据所述旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

以挠性轴的首端和尾端分别设置两个凸轮为例，本发明实施例的测量原理如下：

结合图2、图3及图5所示，通过挠性轴上的4个凸轮扫过磁感应探头或电涡流探头时将产生扭曲程度信号。

扭曲程度信号以四个脉冲为一个完整周期，挠性轴旋转一周输出四个连续脉冲。四个脉冲中，第1、3脉冲由挠性轴入口(首端)对应的两个凸轮(凸轮1和凸轮3)产生，第2、4脉冲由扭转轴出口(尾端)对应的两个凸轮(凸轮2和凸轮4)产生。

当挠性轴传递的扭矩为0时，理论上4个脉冲均匀分布，或者说相隔90°相位，或者说各相邻脉冲之间有90°初始相位差。

当挠性轴传递一定扭矩时，第2、4个脉冲相对于扭矩为0时将发生相位的偏移，偏移方向和大小对应了测量扭曲程度。

结合图2、图3和图5，详细阐述本实施例的信号采集方法：

每4个脉冲对应一个完整的旋转周期(2T)，定义为360°。考虑各凸轮的对称性，可以只处理半周期(T)，定义为180°。

信号采集时，不间断地采集相邻脉冲之间的时间间隔(比如上升沿之间的间隔)，在扭转方向固定的情况下，第2、4脉冲将产生ΔT相位偏移时间(以角度表示)。

具体地，在挠性轴未施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1`、T2`，T1`代表凸轮2和凸轮1的脉冲信号之间的时间间隔，T2`代表凸轮2和凸轮3的脉冲信号之间的时间间隔，其中，T1`＝T2`＝T/2(不计脉冲信号维持的时间长度，即T0＝0)。

在所述挠性轴施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1、T2，T1代表凸轮2和凸轮1的脉冲信号之间的时间间隔，T2代表凸轮2和凸轮3的脉冲信号之间的时间间隔，其中，T1+T2＝T(不计脉冲信号维持的时间长度，即T0＝0)。

然后，根据T1`、T2`、T1、T2计算T1相对T1`的相位偏移时间ΔT，或者计算T2相对T2`的相位偏移时间ΔT(结合图5所示的脉冲信号图)。

其中，ΔT＝(T1-T2)/2；

具体计算过程如下：

如图5所示，考虑探头采集脉冲信号时，脉冲信号维持的时间长度T0，则根据图5上面的脉冲信号图中T1`、T2`可知，挠性轴的旋转周期为T；对应到图5下面的脉冲信号图，则有如下关系式：

T1+T2+2T0＝T (1)

T1-ΔT+T0＝T/2 (2)

由上述(1)、(2)可以计算出：

ΔT＝(T1-T2)/2。

之后，根据所述相位偏移时间ΔT计算凸轮2相对于凸轮1的偏转相位θ(也可以是，根据相位偏移时间ΔT计算凸轮2相对于凸轮3的偏转相位θ)；

其中：偏转相位θ＝180°*ΔT/T，θ单位为(°)。

通常，扭曲程度与θ成正比，其比例系数可以根据需要现场标定。

由此，根据偏转相位θ及设定的比例系数，可以计算得到挠性轴的扭曲程度。

本实施例通过上述方案，通过探头检测挠性轴上设置的凸轮在挠性轴加负载前后所产生的脉冲信号的时间间隔，可以很方便、准确地对挠性轴带负载动态扭曲程度进行检测，填补了国内对挠性轴带负载动态扭曲程度检测的空白，且该检测方法实现方便、成本低，降低了采用进口检测设备的费用；理论依据严密，解决了国内对航空挠性轴产品检测一直局限在静态物理现象的观察试验的问题。

如图4所示，本发明较佳实施例提出一种检测挠性轴带负载扭曲程度的装置，包括：设置模块201、第一采集模块202、第二采集模块203以及计算模块204，其中：

设置模块201，用于在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置，在所述挠性轴的两端分别设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；或者，在所述挠性轴的尾端沿圆周对称设置四个凸轮，并在所述挠性轴的尾端设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；

第一采集模块202，用于在所述挠性轴未施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

第二采集模块203，用于在所述挠性轴施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

计算模块204，用于根据所述旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

其中，探头具体可以采用磁感应探头或电涡流探头，或者还可以采用其探头。

具体地，如图2所示，在挠性轴上沿圆周方向对称设置四个凸轮，即凸轮1、凸轮2、凸轮3和凸轮4，在挠性轴旋转时，通过探头采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号。

作为一种实施方式，可以在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两个凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置。具体设置如下：在挠性轴的首端设置凸轮1和凸轮3，凸轮1和凸轮3沿挠性轴的圆周呈180°设置，即位于同一平面上，如图3所示(凸轮2隐藏)；在挠性轴的尾端设置凸轮2和凸轮4，凸轮2和凸轮4成180°设置，且凸轮2和凸轮4与凸轮1和凸轮3对应间隔90度设置，如图4所示(凸轮2隐藏)。

为了检测挠性轴转动时各凸轮的脉冲信号，在挠性轴的两端，对应凸轮的侧面，分别设置一个探头，用以在挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号。

作为另一种实施方式，考虑到两端设置探头的情况下，存在安装误差或者探头的工艺误差，两端探头工作时，两者的起点不可能达到绝对的同步，由此会产生测量误差，为避免这种情况产生的误差，可以将四个凸轮均设置在挠性轴的尾端，这样只需在尾端设置一个探头来采集四个凸轮运转所产生的脉冲信号，由于四个凸轮的脉冲信号都是由一个探头采集，因此可以避免不同探头采集信号带来的误差。

以挠性轴的首端和尾端分别设置两个凸轮为例，本发明实施例的测量原理如下：

结合图2、图3及图5所示，通过挠性轴上的4个凸轮扫过磁感应探头或电涡流探头时将产生扭曲程度信号。

扭曲程度信号以四个脉冲为一个完整周期，挠性轴旋转一周输出四个连续脉冲。四个脉冲中，第1、3脉冲由挠性轴入口(首端)对应的两个凸轮(凸轮1和凸轮3)产生，第2、4脉冲由扭转轴出口(尾端)对应的两个凸轮(凸轮2和凸轮4)产生。

当挠性轴传递的扭矩为0时，理论上四个脉冲均匀分布，或者说相隔90°相位，或者说各相邻脉冲之间有90°初始相位差。

当挠性轴传递一定扭矩时，第2、4个脉冲相对于扭矩为0时将发生相位的偏移，偏移方向和大小对应了测量扭曲程度。

结合图2、图3和图5，详细阐述本实施例的信号采集方法：

每四个脉冲对应一个完整的旋转周期(2T)，定义为360°。考虑各凸轮的对称性，可以只处理半周期(T)，定义为180°。

信号采集时，不间断地采集相邻脉冲之间的时间间隔(比如上升沿之间的间隔)，在扭转方向固定的情况下，第2、4脉冲将产生ΔT相位偏移时间(以角度表示)。

具体地，在挠性轴未施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1`、T2`，T1`代表凸轮2和凸轮1的脉冲信号之间的时间间隔，T2`代表凸轮2和凸轮3的脉冲信号之间的时间间隔，其中，T1`＝T2`＝T/2(不计脉冲信号维持的时间长度，即T0＝0)。

在所述挠性轴施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1、T2，T1代表凸轮2和凸轮1的脉冲信号之间的时间间隔，T2代表凸轮2和凸轮3的脉冲信号之间的时间间隔，其中，T1+T2＝T(不计脉冲信号维持的时间长度，即T0＝0)。

然后，根据T1`、T2`、T1、T2计算T1相对T1`的相位偏移时间ΔT，或者计算T2相对T2`的相位偏移时间ΔT(结合图5所示的脉冲信号图)。

其中，ΔT＝(T1-T2)/2；

具体计算过程如下：

如图5所示，考虑探头采集脉冲信号时，脉冲信号维持的时间长度T0，则根据图5上面的脉冲信号图中T1`、T2`可知，挠性轴的旋转周期为T；对应到图5下面的脉冲信号图，则有如下关系式：

T1+T2+2T0＝T (1)

T1-ΔT+T0＝T/2 (2)

由上述(1)、(2)可以计算出：

ΔT＝(T1-T2)/2。

之后，根据所述相位偏移时间ΔT计算凸轮2相对于凸轮1的偏转相位θ(也可以是，根据相位偏移时间ΔT计算凸轮2相对于凸轮3的偏转相位θ)；

其中：偏转相位θ＝180°*ΔT/T，θ单位为(°)。

通常，扭曲程度与θ成正比，其比例系数可以根据需要现场标定。

由此，根据偏转相位θ及设定的比例系数，可以计算得到挠性轴的扭曲程度。

本实施例通过上述方案，通过探头检测挠性轴上设置的凸轮在挠性轴加负载前后所产生的脉冲信号的时间间隔，可以很方便、准确地对挠性轴带负载动态扭曲程度进行检测，填补了国内对挠性轴带负载动态扭曲程度检测的空白，且该检测方法实现方便、成本低，降低了采用进口检测设备的费用；理论依据严密，解决了国内对航空挠性轴产品检测一直局限在静态物理现象的观察试验的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种检测挠性轴带负载扭曲程度的方法，其特征在于，包括：

在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置，在所述挠性轴的两端分别设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；或者，在所述挠性轴的尾端沿圆周对称设置四个凸轮，并在所述挠性轴的尾端设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；

在所述挠性轴未施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

在所述挠性轴施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

根据所述旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度；所述旋转周期为挠性轴旋转半周对应的时间T；在所述挠性轴未施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1`、T2`，其中，T1`＝T2`＝T/2；在所述挠性轴施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1、T2，其中，T1+T2＝T；所述根据旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度的步骤包括：

根据T1`、T2`、T1、T2计算T1相对T1`的相位偏移时间ΔT，或者计算T2相对T2`的相位偏移时间ΔT；

根据所述相位偏移时间ΔT计算对应的凸轮的偏转相位θ；

根据偏转相位θ计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探头为磁感应探头或电涡流探头。

3.一种检测挠性轴带负载扭曲程度的装置，其特征在于，包括：

设置模块，用于在挠性轴的首端和尾端分别沿圆周对称设置两凸轮，且尾端的凸轮与首端的凸轮间隔90度设置，在所述挠性轴的两端分别设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；或者，在所述挠性轴的尾端沿圆周对称设置四个凸轮，并在所述挠性轴的尾端设置探头，用以在所述挠性轴旋转时，采集对应的凸轮运转所产生的脉冲信号；

第一采集模块，用于在所述挠性轴未施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

第二采集模块，用于在所述挠性轴施加负载的旋转周期内，沿挠性轴的圆周方向，通过所述探头采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔；

计算模块，用于根据所述旋转周期、采集的时间间隔计算获取所述挠性轴的扭曲程度；所述旋转周期为挠性轴旋转半周对应的时间T；在所述挠性轴未施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1`、T2`，其中，T1`＝T2`＝T/2；在所述挠性轴施加负载的旋转周期T内，沿挠性轴的圆周方向，采集相邻两凸轮产生的脉冲信号之间的时间间隔为两个，分别为T1、T2，其中，T1+T2＝T；

所述计算模块，还用于根据T1`、T2`、T1、T2计算T1相对T1`的相位偏移时间ΔT，或者计算T2相对T2`的相位偏移时间ΔT；根据所述相位偏移时间ΔT计算对应的凸轮的偏转相位θ；根据偏转相位θ计算获取所述挠性轴的扭曲程度。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述探头为磁感应探头或电涡流探头。