CN106052983B - 一种弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置及测试方法。将弹性联轴器一端固定、另一端有加载臂和扭矩预载装置。用扭矩预载装置预先加载一定扭矩，转角百分表测出联轴器静态角位移，预载力转换成预载静态扭矩，求得联轴器静态扭转刚度；用激振器激励加载臂，利用阻抗头测得加载臂被激励点的动态力和动态加速度，将力和加速度转换成力矩和动态角位移，最终得到联轴器动态扭转刚度。本发明无需专门的试验台，安装调整方便，动静扭转刚度均可测试，采用激振器进行动态加载，便于在线调节激励频率和幅值，可方便的测试不同工作频率下的扭转刚度，并且采用双轴承约束，避免了联轴器受激励时产生弯扭耦合，测量结果更加精准。

Description

一种弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及的是一种弹性联轴器的测试装置，本发明也涉及一种弹性联轴器的测试方法，具体的说是一种用于弹性联轴器的扭转动刚度测试装置及测试方法。

背景技术

弹性联轴器的动静特性参数对轴系扭转振动有很大影响。弹性联轴器特性参数主要包括扭转刚度和阻尼。动态扭转刚度是指在一个振动周期内弹性转矩与对应扭转角振幅之比。阻尼是指在一个振动周期内转换成热量的阻尼功与弹性变形功之比。获取弹性联轴器的特性参数便成为研究扭转振动控制性能和在此基础上进行联轴器设计的关键。获取弹性联轴器动静特性参数最为准确和有效途径是进行试验研究分析，传统弹性联轴器的扭转刚度测试主要通过专用实验台完成。

“塑料合金高弹性联轴器试验台的开发研究”(《机械研究与应用》.2005(2):94-97页，邓学平等)中，介绍了一种液压式扭转试验台，利用液压加载器拖动试件往复扭转获得扭矩和转角信号；“曲柄导杆式扭转疲劳试验机的研究与应用”(《汽车制造工艺装备》.2006(7):33-36页，唐家兵等)中，介绍了一种导杆式扭转试验台，利用偏心导轮与导杆中心的偏心距离测得联轴器两端扭角；“一种全新矿用高弹性联轴器动态性能的研究”(煤炭学报,2001年第4期，龚宪生、唐一科、张会福、杨雪华等)中，采用材料试验机的往复运动功能激励杠杆来产生动扭矩，将动扭矩施加在联轴器上进而测量其动态性能。这些方法一方面反映了联轴器动态扭转刚度测量的重要性，另一方面也反映了这种测量需要在特制的实验条件下进行。

目前的直接作用式机械扭转试验台一般利用凸轮或曲柄连杆等机构直接驱动加载部件往复扭转振动，可以通过调整机械结构尺寸控制其振幅以获得相应的试验扭矩。但是这种传统实验台驱动装置复杂，尤其是扭矩加载及测量装置，需要特制的液压或凸轮驱动装置，被测试件安装对中麻烦，加载的动态扭矩不易精准调节，且动态扭矩频率范围十分有限。

此外常规方法测量联轴器扭转刚度时激励位置往往离联轴器较远，会引入轴本身的扭转刚度，转轴、加载装置转子的惯量也会影响动刚度，测出的结果是联轴器和转轴的混合扭转刚度，易产生较大误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既可以达到较高的测试精度，又容易实施的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置。本发明的目的还在于提供一种弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试方法。

本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置包括激振器、激振杆、加载臂、阻抗头、扭矩预载装置、转角百分表、振动测试分析仪、固定端支撑架以及活动端支撑，所述扭矩加载装置包括压杆和弹簧测力计，固定端支撑架与活动端支撑架刚性固定在基础上，固定端支撑架上安装三爪卡盘，活动端支撑架支撑上安装延伸轴，被测联轴器安装在三爪卡盘与延伸轴之间，延伸轴末端穿过活动端支撑架，转角百分表指针转轴固定在延伸轴末端轴心处，加载臂安装在弹性联轴器与延伸轴连接的一侧的轴伸上，阻抗头连接加载臂的自由端，激振器安装在阻抗头正下面并固定在基础上，延伸轴上靠近联轴器的位置安装有压杆，压杆下面安装弹簧测力计。

本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置还可以包括：

1、活动端支撑架内有两套约束延伸轴在轴承孔内转动的滚动轴承。

2、转角百分表自由状态下指针竖直向上，表盘固定在活动端支撑架上。

3、加载臂、压杆的长度分别为联轴器总长的1/2-3/2倍。

基于本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置的测试方法为：

调整压杆与延伸轴垂直并处于同一水平面内，用弹簧测力计对压杆施加一定拉力，弹簧测力计显示的拉力与压杆力臂相乘计算出预载扭矩，转角百分表测量出联轴器静态角位移，通过预载扭矩除以静态角位移得到联轴器的静态扭转刚度；

调整加载臂与延伸轴垂直并处于同一水平面内，调节激振杆的长短使加载臂的压力为零；设置好激振频率和振幅，启动激振器，激振杆的垂向往复运动经过加载臂转换成联轴器的轴向扭转往复运动，阻抗头采集振动信号，输入到振动测试分析仪中，利用阻抗头测得加载臂被激励点的动态力和动态加速度；

阻抗头采集到的是振动随时间的变化曲线，在振动测试分析仪中利用快速傅里叶变换功能转换成振动幅值随频率变化的曲线，转换后的力的信号幅值即为加载臂在激励点受到的力的大小，将加速度信号在频域上积分得位移信号，转换后的位移信号幅值即为加载臂在激励点处的位移值，将力和力臂相乘得动态扭矩，位移除以力臂得到动态角位移，最终用动态扭矩除以动态角位移得到总动态扭转刚度，用总动态扭转刚度减去弹簧刚度，得到联轴器动态扭转刚度。

本发明的特点主要体现在：

本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置的固定端支撑架与活动端支撑架刚性固定在基础上，三爪卡盘背部与固定端支撑架连接，三爪卡盘夹住联轴器一端，联轴器另一端与延伸轴连接，延伸轴末端依靠活动端支撑架支撑，活动端支撑架内有两套滚动轴承，以约束延伸轴在轴承孔内转动，三爪卡盘、联轴器、延伸轴、轴承同轴排布，延伸轴末端穿过活动端支撑架稍有伸出，转角百分表指针转轴固定在延伸轴末端轴心处，自由状态下指针竖直向上，表盘固定在活动端支撑架上且与延伸轴同心。在弹性联轴器与延伸轴连接的一侧安装有加载臂，加载臂连接在联轴器轴伸上，阻抗头连接加载臂的自由端，激振器安装在阻抗头正下面，并固定在基础上，延伸轴上靠近联轴器的位置安装有压杆，压杆安装在延伸轴上，压杆下面安装弹簧测力计。应用该结构可测量弹性联轴器的动静扭转刚度。为了更好地完成测试功能，本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置还包含了以下特点：

1、激振器、阻抗头、加载臂、延伸轴、压杆等之间连接安装为刚性安装。

2、加载臂、压杆的长度以联轴器总长的1/2-3/2倍为宜，延伸轴段插入联轴器以外的长度应能够保证加载臂、压杆、活动端支撑架并排安装，且略微伸出活动端支撑架。

3、加载臂、压杆采用大刚度轻质材料，位置尽量靠近联轴器。

本发明的弹性联轴器动静扭转刚度简便测试方法的主要特点：调整压杆与延伸轴垂直并处于同一水平面内，用扭矩预载装置对联轴器先加载一定扭矩，即弹簧测力计对压杆施加一定拉力，弹簧测力计显示的拉力与压杆力臂相乘(压杆力臂为压杆上拉力点到延伸轴轴心的距离)，计算出预载扭矩，转角百分表测量出联轴器静态角位移，通过预载扭矩除以静态角位移可得联轴器的静态扭转刚度。

调整加载臂与延伸轴垂直并处于同一水平面内，通过调节激振杆的长短使加载臂的压力为零。设置好激振频率和振幅，启动激振器，激振杆的垂向往复运动经过加载臂转换成联轴器的轴向扭转往复运动，阻抗头采集振动信号，输入到振动测试分析仪中，利用阻抗头测得加载臂被激励点的动态力和动态加速度。

阻抗头采集到的是振动随时间的变化曲线，在振动测试分析仪中利用FFT(快速傅里叶变换)功能转换成振动幅值随频率变化的曲线，因为激振器发出的是设定频率的振动，转换之后的加速度信号和力的信号只在这个频率上有明显的幅值信号，转换后的力的信号幅值即为加载臂在激励点受到的力的大小，将加速度信号在频域上积分得位移信号，转换后的位移信号幅值即为加载臂在激励点处的位移值，将力和力臂(力臂为加载臂激励点到联轴器轴心的距离)相乘得动态扭矩，位移除以力臂即得动态角位移，最终用动态扭矩除以动态角位移即得总动态扭转刚度。总动态扭转刚度包括联轴器动态扭转刚度和预载弹簧刚度，弹簧刚度已知，用总动态扭转刚度减去弹簧刚度，可以得到联轴器动态扭转刚度。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明具有安装调整方便、无需专门的试验平台、测试成本低、可方便的测试不同激励频率下的扭转刚度等特点，与传统专用扭转实验台相比，本发明采用静态安装，动态激励的方法，并可以预载指定数值的扭矩，采用阻抗头同步测试加载的动态力和动态响应，测试频带宽，结果精度高，通过pulse振动测试分析仪可方便得到弹性联轴器的动态扭转刚度；本发明加载臂、压杆、延伸轴采用轻质高强度合金，重量轻、刚度大，系统附加惯量小，且加载臂贴近联轴器，延伸轴的扭转刚度对结果影响小，并且采用双轴承约束，避免了联轴器受激励时产生弯扭耦合，测量结果更加精准；采用激振器进行动态加载，便于在线调节激励频率和幅值，且将直线运动经过加载臂巧妙地转化为联轴器的扭转运动，简便高效。

附图说明

图1是本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置的结构原理图。

图2是扭矩预载装置和动态激励装置安装原理图。

图3是转角百分表安装示意图。

图4是本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明进行详细说明。

结合图1至图3，本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置包括固定端支撑架1、活动端支撑架5、激振器8、激振杆11、三爪卡盘2、延伸轴10、加载臂4、压杆13、弹簧测力计12、阻抗头7、转角百分表14、滚动轴承6和基础9。固定端支撑架1、活动端支撑架5刚性固结在基础9上，三爪卡盘2固定在固定端支架1上，三爪卡盘2夹住被测联轴器3一端，被测联轴器3另一端与延伸轴10首端刚性连接，延伸轴10末端靠活动端支撑架5支撑，活动端支撑架5内有滚动轴承6使延伸轴10可以来回转动，三爪卡盘2中心、联轴器3、延伸轴10和滚动轴承6同轴排布，延伸轴10穿过滚动轴承6且末端稍有伸出。为抑制激励时引起联轴器3的径向振动，活动端支撑架5采用双轴承支撑延伸轴10，转角百分表14指针转轴固定在延伸轴10末端轴心处，自由状态下转角百分表14的指针竖直向上，转角百分表14的表盘固定在活动端支撑架5表面且与延伸轴10同心。在被测联轴器3与延伸轴10连接的一侧安装加载臂4，加载臂安装在被测联轴器3的轴伸上，阻抗头7刚性连接加载臂4的自由端，激振器8安装在阻抗头7正下方、并刚性固定在基础9上，延伸轴10上靠近被测联轴器3的位置安装压杆13，压杆13下面安装弹簧测力计12。

结合图4，本发明的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试方法包括：

为更接近弹性联轴器3的真实工作状态以及避免空载间隙，需对联轴器3加上一定预载扭矩，将压杆13调整至与延伸轴10垂直且呈水平状态，刚性固定，用弹簧测力计12对压杆13施加一定拉力，通过转角百分表14测量出静态角位移。利用静态扭矩＝静态力*压杆有效长度，利用静态扭转刚度＝静态扭矩/静态角位移，求得联轴器静态扭转刚度。

之后将加载臂4调至与被测联轴器3轴向垂直且在同一水平面内，刚性固定，激振器8与阻抗头7之间用激振杆11连接，且调整激振杆11使加载臂4受力为零，锁紧激振杆11。

调整完成后，设置某一激振频率和幅值，用激振器8发出某一频率的激励力。使用振动测试分析仪(B&K pulse振动测试分析仪)获取阻抗头7测得的动态力和加速度信号，阻抗头7采集到的是振动随时间的变化曲线，在振动测试分析仪中利用FFT(快速傅里叶变换)功能转换成振动幅值随频率变化的曲线，因为激振器发出的是设定频率的振动，转换之后的加速度信号和力的信号只在这个频率上有明显的幅值信号，转换后的力的信号幅值即为加载臂在激励点受到的力的大小，将加速度信号在频域上积分得位移信号，转换后的位移信号幅值即为加载臂在激励点处的位移值，利用动态扭矩＝力*加载臂长度，得到动态扭矩；利用动态角位移＝位移/加载臂长度，得到动态角位移；利用总动态扭转刚度＝动态扭矩/动态角位移，得到总动态扭转刚度，总动态扭转刚度包括联轴器动态扭转刚度和预载弹簧刚度，弹簧刚度已知，用总动态扭转刚度减去已知的弹簧刚度，得到联轴器的动态扭转刚度。改变激振器激励频率即可测量不同频率下的联轴器动态扭转刚度。

Claims (6)

1.一种弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置，包括激振器、激振杆、加载臂、阻抗头、扭矩预载装置、转角百分表、振动测试分析仪、固定端支撑架以及活动端支撑，所述扭矩预载装置包括压杆和弹簧测力计，其特征是：固定端支撑架与活动端支撑架刚性固定在基础上，固定端支撑架上安装三爪卡盘，活动端支撑架支撑上安装延伸轴，被测联轴器安装在三爪卡盘与延伸轴之间，延伸轴末端穿过活动端支撑架，转角百分表指针转轴固定在延伸轴末端轴心处，加载臂安装在被测联轴器与延伸轴连接的一侧的轴伸上，阻抗头连接加载臂的自由端，激振器安装在阻抗头正下面并固定在基础上，延伸轴上靠近被测联轴器的位置安装有压杆，压杆下面安装弹簧测力计，激振器、阻抗头、加载臂、延伸轴、压杆之间连接安装为刚性安装。

2.根据权利要求1所述的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置，其特征是：活动端支撑架内有两套约束延伸轴在轴承孔内转动的滚动轴承。

3.根据权利要求1或2所述的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置，其特征是：转角百分表自由状态下指针竖直向上，表盘固定在活动端支撑架上。

4.根据权利要求1或2所述的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置，其特征是：加载臂与压杆的长度为被测联轴器总长的1/2-3/2倍。

5.根据权利要求3所述的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置，其特征是：加载臂与压杆的长度为被测联轴器总长的1/2-3/2倍。

6.一种基于权利要求1所述的弹性联轴器动静态扭转刚度简便测试装置的测试方法，其特征是：

调整压杆与延伸轴垂直并处于同一水平面内，用弹簧测力计对压杆施加拉力，弹簧测力计显示的拉力与压杆力臂相乘计算出预载扭矩，转角百分表测量出被测联轴器静态角位移，通过预载扭矩除以静态角位移得到被测联轴器的静态扭转刚度；

调整加载臂与延伸轴垂直并处于同一水平面内，调节激振杆的长短使加载臂的压力为零；设置好激振频率和振幅，启动激振器，激振杆的垂向往复运动经过加载臂转换成被测联轴器的轴向扭转往复运动，阻抗头采集振动信号，输入到振动测试分析仪中，利用阻抗头测得加载臂被激励点的动态力和动态加速度；

阻抗头采集到的是振动随时间的变化曲线，在振动测试分析仪中利用快速傅里叶变换功能转换成振动幅值随频率变化的曲线，转换后的力的信号幅值即为加载臂在激励点受到的力的大小，将转换后的加速度信号在频域上积分得位移信号，积分后的位移信号幅值即为加载臂在激励点处的位移值，将力和力臂相乘得动态扭矩，位移值除以力臂得到动态角位移，最终用动态扭矩除以动态角位移得到总动态扭转刚度，用总动态扭转刚度减去弹簧刚度，得到被测联轴器动态扭转刚度。