CN105628378A - 齿轮动应力测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种齿轮动应力测试设备，包括：电机，用于作为拖动的动力源；增速器，与电机相连，用于对电机的转速进行增速后传递给附件传动系统；附件传动系统，包括待测齿轮和装载在待测齿轮上的发动机附件和/或飞机附件，用于承接增速器传递过来的转速，带动待测齿轮转动；应变片，设置在待测齿轮的辐板上，用于采集待测齿轮的应变信号；滑环引电器，与应变片相连，用于传递应变片采集的待测齿轮的应变信号；动态分析系统，与滑环引电器相连，用于对滑环引电器传递的待测齿轮的应变信号进行放大和调理，并进行动态应变信号处理和输出。本发明有效模拟了附件传动齿轮真实工况，结构相对简单，且测试可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮测试领域，特别地，涉及一种齿轮动应力测试设备。
背景技术
航空发动机附件传动系统是发动机关键部件之一，附件传动齿轮的失效可能直接导致发动机断油、断电或停车。随着附件传动系统不断朝着高速小型化、集成一体化的方向发展，齿轮振动及疲劳失效已成为制约现代航空发动机附件传动系统发展的关键因素之一。在实际工况下测得的齿轮动应力，不但表征了齿轮疲劳强度及寿命，而且可由其频谱分析齿轮实际振动情况。因此，开展航空发动机附件传动齿轮在实际工况下的动应力测试技术研究对于附件传动系统的故障分析及改进设计均具有重要指导意义。
现有齿轮动应力测试针对的是单对齿轮副条件下的齿根动应力测试，测试转速较低、未能有效模拟附件传动齿轮的真实工况，例如未能有效模拟附件传动齿轮的安装、润滑、负载等实际工况。另外，附件传动系统结构复杂，各零部件之间相互干扰，激励源众多，同时其负载由所传动的发动机或飞机附件决定，且负载随转速频繁变化，现有的单对齿轮副测试台均不能完整模拟附件传动齿轮的实际载荷及振动环境。
因此，如何在测试转速较高、振动环境复杂、结构紧凑、且空间有限的限定条件下，对附件传动齿轮进行动应力测试，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种齿轮动应力测试设备，以解决在测试转速较高、振动环境复杂、结构紧凑、且空间有限的限定条件下，对附件传动齿轮进行动应力测试的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种齿轮动应力测试设备，包括电机，用于作为拖动的动力源；增速器，与电机相连，用于对电机的转速进行增速后传递给附件传动系统；附件传动系统，包括待测齿轮和装载在待测齿轮上的发动机附件和/或飞机附件，用于承接增速器传递过来的转速，带动待测齿轮转动；应变片，设置在待测齿轮的辐板上，用于采集待测齿轮的应变信号；滑环引电器，与应变片相连，用于传递应变片采集的待测齿轮的应变信号；动态分析系统，与滑环引电器相连，用于对滑环引电器传递的待测齿轮的应变信号进行放大和调理，并进行动态应变信号处理和输出。
进一步地，齿轮动应力测试设备，还包括：
动态分析系统，还用于显示和存储动态应变分析后的应变量数值或波形。
进一步地，齿轮动应力测试设备还包括：
附件传动系统还包括：
附件加载系统，与发动机附件和/或飞机附件相连，用于模拟发动机附件和/或飞机附件在发动机上的工作状态。
进一步地，附件加载系统，还用于通过调整流量、压力、温度、电流及电压参数以达到发动机附件和/或飞机附件所需的加载功率。
进一步地，齿轮动应力测试设备还包括：
变频控制器，与电机相连，用于调节电机的转速。
进一步地，齿轮动应力测试设备还包括：
低速联轴器，连接在电机和增速器之间，用于将电机的扭矩传递给增速器。
进一步地，齿轮动应力测试设备还包括：
转矩转速传感器，与附件传动系统相连，用于采集待测齿轮的转速和扭矩；
测控系统，与转矩转速传感器相连，用于对转矩转速传感器采集的待测齿轮的转速和扭矩进行数据记录、报警自检和报警处理。
进一步地，应变片的数量为多片，且在待测齿轮上径向和周向分布。
进一步地，齿轮动应力测试设备还包括：
高速膜片联轴器，与待测齿轮的输入端相连，用于补偿待测齿轮安装误差和隔振。
进一步地，齿轮动应力测试设备还包括：
包括冷却系统，与滑环引电器相连，用于对滑环引电器进行冷却。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的齿轮动应力测试设备，以附件传动系统的待测齿轮作为测试对象，在待测齿轮上装载发动机附件和/或飞机附件，有效模拟了附件传动齿轮真实工况，相比于传统的单对齿轮副开式测量测试方法，本发明是在测试转速较高、振动环境复杂、结构紧凑、且空间有限的限定条件下进行的齿轮辐板动应力测试，结构相对简单，且测试可靠性高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明齿轮动应力测试设备优选实施例的结构示意图。
附图标注说明：
10、电机；20、增速器；30、附件传动系统；31、待测齿轮；32、飞机附件；33、附件加载系统；34、发动机附件；40、动态分析系统；50、变频控制器；60、低速联轴器；70、转矩转速传感器；80、测控系统；90、高速膜片联轴器；100、滑环引电器；110、冷却系统。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种齿轮动应力测试设备，包括电机10，用于作为拖动的动力源；增速器20，与电机10相连，用于对电机10的转速进行增速后传递给附件传动系统30；附件传动系统30，包括待测齿轮31和装载在待测齿轮31上的发动机附件34和/或飞机附件32，用于承接增速器20传递过来的转速，带动待测齿轮31转动；应变片，设置在待测齿轮31的辐板上，用于采集待测齿轮31的应变信号；滑环引电器100，与应变片相连，用于传递应变片采集的待测齿轮31的应变信号；动态分析系统40，与滑环引电器100相连，用于对滑环引电器100传递的待测齿轮31的应变信号进行放大和调理，显示和存储动态应变分析后的应变量数值或波形并进行动态应变信号处理和输出。其中，待测齿轮31可以为航空发动机的附件传动直齿或附件传动锥齿轮等。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，以附件传动系统的待测齿轮作为测试对象，在待测齿轮上装载发动机附件和/或飞机附件，有效模拟了附件传动齿轮真实工况，相比于传统的单对齿轮副开式测量测试方法，本发明是在测试转速较高、振动环境复杂、结构紧凑、且空间有限的限定条件下进行的齿轮辐板动应力测试，结构相对简单，且测试可靠性高。
优选地，如图1所示，附件传动系统30还包括附件加载系统33，与发动机附件34和/或飞机附件32相连，用于模拟发动机附件34和/或飞机附件32在发动机上的工作状态，该发动机附件34和/或飞机附件32在发动机上的工作状态包括支承、润滑和加载状态。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，附件加载系统有效模拟了发动机附件和/或飞机附件32在发动机上的支承、润滑和加载状态，从而真实模拟了待测齿轮在真实工况下进行的齿轮辐板动应力测试。
优选地，如图1所示，本实施例提供的齿轮动应力测试设备，附件加载系统33还用于通过调整流量、压力、温度、电流及电压参数以达到发动机附件34和/或飞机附件32所需的加载功率。其中，流量包括燃滑油流量，压力包括燃滑油压力和大气压力等，温度包括燃滑油测试和大气温度等，电流包括启动电流和工作电流等，电压包括启动电压和工作电压等。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，附件加载系统使发动机附件和/或飞机附件达到正常的加载功率，满足了发动机附件和/或飞机附件的工作要求，从而真实模拟了待测齿轮在真实工况下进行的齿轮辐板动应力测试。
优选地，如图1所示，本实施例提供的齿轮动应力测试设备，还包括变频控制器50，该变频控制器50与电机10相连，用于调节电机10的转速。变频控制器50通过调节电机10的转速，使电机10的转速达到待测齿轮31高转速的测试条件。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，通过变频控制器的转速调整，以使转速满足待测齿轮的高速运行要求，从而真实模拟了待测齿轮的限定测试环境。
进一步地，如图1所示，本实施例提供的齿轮动应力测试设备，还包括低速联轴器60，低速联轴器60连接在电机10和增速器20之间，用于将电机10的扭矩传递给增速器20。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，通过低速联轴器的扭矩传递，以使转矩满足待测齿轮的转矩要求，从而真实模拟了待测齿轮的限定测试环境。
优选地，如图1所示，本实施例提供的齿轮动应力测试设备，还包括转矩转速传感器70和测控系统80，转矩转速传感器70与附件传动系统30相连，用于采集待测齿轮31的转速和扭矩；测控系统80与转矩转速传感器70相连，用于对转矩转速传感器70采集的待测齿轮31的转速和扭矩进行数据记录、报警自检和报警处理。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，通过转矩转速传感器70和测控系统80，对待测齿轮的转速和扭矩进行监测，以使待测齿轮在限定的转速和扭矩下工作，从而真实模拟待测齿轮的限定测试环境。
可选地，本实施例提供的齿轮动应力测试设备，应变片的数量为多片，且在待测齿轮上径向和周向分布。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，在待测齿轮上径向和周向分布多片应变片，以从待测齿轮的各个角度和方向上采集待测齿轮的振动信号，更加准确地进行齿轮辐板动应力测试，获取待测齿轮的振动及疲劳失效数据。
优选地，如图1所示，本实施例提供的齿轮动应力测试设备，还包括高速膜片联轴器90，高速膜片联轴器90与待测齿轮31的输入端相连，用于补偿待测齿轮31的安装误差和隔振。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，通过高速膜片联轴器90的补偿待测齿轮的安装误差和隔振，真实模拟了待测齿轮的安装状况，以在真实工况下进行齿轮辐板动应力测试。
优选地，如图1所示，本实施例提供的齿轮动应力测试设备，还包括冷却系统110，冷却系统110与滑环引电器100相连，用于对滑环引电器100进行冷却。
本实施例提供的齿轮动应力测试设备，通过冷却系统对滑环引电器进行冷却，以确保滑环引电器的工作，避免滑环引电器因温度过高而造成损坏以影响应变信号的传输。
本实施例提出的齿轮动应力测试设备工作原理如下所示：
电机10、增速器20、转矩转速传感器70和附件传动系统30，均通过各自独立的安装座以螺栓形式固定在平台基座上；安装时，电机10、增速器20、转矩转速传感器70和附件传动系统30位于同一轴心线上，电机10与增速器20之间轴心线同轴度要求不大于0.05mm，增速器20与转矩转速传感器70、转矩转速传感器70与附件传动系统30之间的轴心线同轴度要求不大于0.03mm。
电机10作为驱动力，经变频控制器50调节转速，通过增速器20增速，增速器20将转速和功率传递给附件传动系统30，使待测齿轮31达到需要的转速和扭矩。电机10与增速器20之间通过低速联轴器60联接，增速器20与转矩转速传感器70、转矩转速传感器70与附件传动系统30之间采用高速膜片联轴器90联接，用于补偿安装误差和隔振。附件传动系统30的输入端安装转矩转速传感器70测试转速和扭矩，测控系统80对转速和扭矩进行数据记录、报警自检和报警处理。附件传动系统30安装有发动机附件34和/或飞机附件32和附件加载系统33，通过调整附件加载系统33的流量、压力、温度及电流、电压等参数达到发动机附件34和/或飞机附件32所需的功率，模拟发动机附件34和/或飞机附件32的工况，实现对飞机附件32的加载。
待测齿轮31的辐板粘贴多个应变片，应变片引线穿过中空的齿轮轴与滑环引电器100相连；滑环引电器100的外壳安装在靠近待测齿轮31的机匣上，滑环引电器100的轴心线与待测齿轮31的轴心线的同轴度要求不大于0.04mm。滑环引电器100将待测齿轮31的应变信号输出至动态分析系统40进行应变的显示、存储及分析；冷却系统110对滑环引电器100进行润滑和冷却。
本实施例提出的齿轮动应力测试设备，突破了传统的仅对单对齿轮副进行动应力测试的模式，实现了待测齿轮在试验转速较高、振动环境复杂、结构紧凑、空间有限的条件下，并模拟了发动机上的支承、润滑、加载状态等真实工况下进行的齿轮辐板动应力测试。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种齿轮动应力测试设备，其特征在于，包括：
电机(10)，用于作为拖动的动力源；
增速器(20)，与所述电机(10)相连，用于对所述电机(10)的转速进行增速后传递给附件传动系统(30)；
附件传动系统(30)，包括待测齿轮(31)和装载在所述待测齿轮(31)上的发动机附件(34)和/或飞机附件(32)，用于承接所述增速器(20)传递过来的转速，带动所述待测齿轮(31)转动；
应变片，设置在所述待测齿轮(31)的辐板上，用于采集所述待测齿轮(31)的应变信号；
滑环引电器(100)，与所述应变片相连，用于传递所述应变片采集的所述待测齿轮(31)的应变信号；
动态分析系统(40)，与所述滑环引电器(100)相连，用于对所述滑环引电器(100)传递的所述待测齿轮(31)的应变信号进行放大和调理，并进行动态应变信号处理和输出。
2.根据权利要求1所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，还包括：
动态分析系统(40)，还用于显示和存储动态应变分析后的应变量数值或波形。
3.根据权利要求2所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，还包括：
所述附件传动系统(30)还包括：
附件加载系统(33)，与所述发动机附件(34)和/或所述飞机附件(32)相连，用于模拟所述发动机附件(34)和/或所述飞机附件(32)在所述发动机上的工作状态。
4.根据权利要求3所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，
所述附件加载系统(33)，还用于通过调整流量、压力、温度、电流及电压参数以达到所述飞机附件(32)所需的加载功率。
5.根据权利要求4所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，还包括：
变频控制器(50)，与所述电机(10)相连，用于调节所述电机(10)的转速。
6.根据权利要求4所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，还包括：
低速联轴器(60)，连接在所述电机(10)和所述增速器(20)之间，用于将所述电机(10)的扭矩传递给所述增速器(20)。
7.根据权利要求4所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，还包括：
转矩转速传感器(70)，与所述附件传动系统(30)相连，用于采集所述待测齿轮(31)的转速和扭矩；
测控系统(80)，与所述转矩转速传感器(70)相连，用于对所述转矩转速传感器(70)采集的所述待测齿轮(31)的转速和扭矩进行数据记录、报警自检和报警处理。
8.根据权利要求4所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，
所述应变片的数量为多片，且在所述待测齿轮(31)上径向和周向分布。
9.根据权利要求4所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，还包括：
高速膜片联轴器(90)，与所述待测齿轮(31)的输入端相连，用于补偿所述待测齿轮(31)安装误差和减振隔振。
10.根据权利要求1至9任一项所述的齿轮动应力测试设备，其特征在于，还包括：
还包括冷却系统(110)，与所述滑环引电器(100)相连，用于对所述滑环引电器(100)进行冷却。
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