CN107246945B - 一种动态扭转振动传递函数的测量系统 - Google Patents

一种动态扭转振动传递函数的测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种动态扭转振动传递函数的测量系统，脉冲扭矩控制器、脉冲扭矩发生器、转速传感器、信号采集仪；脉冲扭矩控制器与脉冲扭矩发生器连接；脉冲扭矩发生器，包括：环形支架、转子、环形电磁铁、限位栅、前环形端盖、后环形端盖、力传感器；环形电磁铁的两极布置于环形支架的对称位置；转子连接于轴系转轴上，嵌套在环形空心内；限位栅固定于后环形端盖上，呈圆周分布于环形电磁铁两极之间的环形支架上；限位栅与环形电磁铁的接触面嵌有力传感器；转速传感器布置于轴系转轴上；力传感器与转速传感器通过导线连接到信号采集仪。本发明可以在工作转速下动态施加脉冲扭矩,可以在轴系转子工作状态下进行扭转振动传递函数测量。

Description

一种动态扭转振动传递函数的测量系统
技术领域
本发明属于动力机械系统和设备轴系的减振降噪技术领域，尤其是涉及到一种动态扭转振动传递函数的测量系统。
背景技术
旋转轴系作为传递扭矩的主要途径广泛存在于工业生产中，如船舶推进轴系、汽车传动轴系、蒸汽轮机、燃气轮机等。在传递扭矩的过程中，动力源输出功率与负载功率的波动均会造成轴系的扭转振动。轴系的扭转振动是轴系振动中最难以准确预测的。其主要原因除了当量简化的精度以外，主要是弹性联轴器、轴承等元件在实际工作时的动态特性与静态特性有很大不同。通过测量得到工作状态下扭转振动的传递函数对于精确预测轴系扭转振动具有重要意义。
测量结构振动的传递函数。最常用的激励形式是脉冲激励。对于普通结构来说脉冲激励可以由冲击力锤，或者电磁激振器来提供。但轴系扭转方向的脉冲激励不容易施加，吕秉琳等人通过在轴系上附加一个T型结构的方法来测的轴系静态下扭转振动的输入阻抗，由此来得到扭转振动的传递函数,(An indirect torsional vibration receptancemeasurement method for shaft structures.Journal of Sound and Vibration,2016,372:11-30.)。然而整个轴系的动态特性和静态特性有很大不同，目前没有资料给出动态扭转振动的传递函数测量系统。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种在工作状态下可以准确测量轴系扭转振动传递函数的系统，可以方便地对轴系器件在不同工况下的动态特性进行研究。
本发明的目的是这样实现的，包括：脉冲扭矩控制器、扭矩发生器、转速传感器、信号采集仪；
扭矩发生器包括：环形支架、转子、环形电磁铁、限位栅、前环形端盖、后环形端盖、力传感器；环形电磁铁的两极布置于环形支架的对称位置；环形支架上固定有前环形端盖、后环形端盖；环形支架、前环形端盖、后环形端盖有相互配合的环形空心；转子连接于轴系转轴上，嵌套在环形空心内；限位栅固定于后环形端盖上，呈圆周分布于环形电磁铁两极之间的环形支架上；限位栅与环形电磁铁的接触面嵌有力传感器，力传感器与环形电磁铁直接接触；限位栅与环形电磁铁的接触面在靠近环形空心一侧有一段凸起；
脉冲扭矩控制器与扭矩发生器连接；转速传感器布置于轴系转轴上；力传感器与转速传感器通过导线连接到信号采集仪。
本发明还可以包括：
1.所述的扭矩发生器转子为金属导体制成的鼠笼式结构；
2.所述的转速传感器优选为光电转速传感器；
3.所述的环形支架对应于环形电磁铁的位置开有凹槽，凹槽和环形电磁铁之间安装有限位钢珠。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明由电流控制环形电磁铁通过磁场施加激励力，响应时间短，可以在工作转速下任意相位施加脉冲扭矩,克服了传统扭转振动传递函数测试方案中由静态传递函数代替动态传递函数所带来的误差，可以在轴系转子工作状态下进行扭转振动传递函数测量。
2.本发明可以将动态脉冲扭矩施加于带有键槽的轴段上，工程应用性强。
附图说明
图1为一种动态扭转振动的传递函数测量系统结构示意图。
图2为扭矩发生器和转速传感器布置示意图。
图3为限位钢珠安装局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行更加细致的阐述：
结合图1～3，一种动态扭转振动传递函数的测量系统，包括：脉冲扭矩控制器1、扭矩发生器2、转速传感器3、信号采集仪4；脉冲扭矩控制器1与扭矩发生器2连接；脉冲扭矩控制器1控制着流经环形电磁铁6的电流，通过改变电流的大小来改变环形电磁铁6中磁场的强弱。
扭矩发生器2，包括：环形支架5、转子7、环形电磁铁6、限位栅8、前环形端盖、后环形端盖、力传感器9；环形电磁铁6的两极布置于环形支架5的对称位置；环形支架5上通过螺钉固定有前环形端盖、后环形端盖。限位栅8由螺栓固定于后端盖上。
环形支架5、前环形端盖、后环形端盖有相互配合的环形空心；转子7连接于轴系转轴上，嵌套在环形空心内，不与环形支架5接触。转子7是由铸铝制成的鼠笼型结构，通过键槽与转轴连接随转轴一起转动。当环形电磁铁6中有磁场产生时，转子7中导体因切割磁感线产生电动势，因导体短路形成电流。电流在磁场中受到安培力的作用。环形电磁铁6受到的反力由力传感器9测得经导线输入信号采集仪4中。
限位栅8固定于后环形端盖上，呈圆周分布于环形电磁铁两极之间的环形支架上；限位栅与环形电磁铁的接触面嵌有力传感器，力传感器与环形电磁铁直接接触；环形电磁铁6圆周方向的约束作用是由限位栅8和力传感器9共同完成的，其中力传感器9与环形电磁铁6直接接触，可用来采集环形电磁铁6收到的反力。
限位栅8与环形电磁铁6的接触面在靠近环形空心一侧有一段凸起，凸起段主要用于为环形电磁铁6提供径向约束，防止环形电磁铁的两极进入环形空心中。
转速传感器布置于轴系转轴上,轴系转轴由驱动电机12提供动力；力传感器与转速传感器通过导线连接到信号采集仪。
环形支架5对应于环形电磁铁6的位置开有凹槽11，凹槽11和环形电磁铁6之间安装有限位钢珠10。限位钢珠10对环形电磁铁6径向位移起到限制作用。限位钢珠10除了限制环形电磁铁6的径向位移之外，还起到了减小环形电磁铁轴向摩擦力的作用。
扭矩发生器2可以通过控制环形电磁铁6的电流来产生磁场，通过电磁感应原理将电磁力作用于发生器转子，根据牛顿第二定律，环形电磁铁受到的反力与施加的电磁力为一对相互作用力，可以通过测量环形电磁铁受到的反力来测量此电磁力。
转速传感器3用于测量轴段上响应点的瞬时转速。转速传感器优选为光电传感器，并在响应点提前贴好反光纸。测得的瞬时转速经由导线输入信号采集仪4中。

Claims (3)

1.一种动态扭转振动传递函数的测量系统，其特征在于，包括：脉冲扭矩控制器、扭矩发生器、转速传感器、信号采集仪；
扭矩发生器，包括：环形支架、转子、环形电磁铁、限位栅、前环形端盖、后环形端盖、力传感器；环形电磁铁的两极布置于环形支架的对称位置；环形支架上固定有前环形端盖、后环形端盖；环形支架、前环形端盖、后环形端盖有相互配合的环形空心；转子连接于轴系转轴上，嵌套在环形空心内；限位栅固定于后环形端盖上，呈圆周分布于环形电磁铁两极之间的环形支架上；限位栅与环形电磁铁的接触面嵌有力传感器，力传感器与环形电磁铁直接接触；限位栅与环形电磁铁的接触面在靠近环形空心一侧有一段凸起；
脉冲扭矩控制器与扭矩发生器连接；转速传感器布置于轴系转轴上；力传感器与转速传感器通过导线连接到信号采集仪；
环形支架对应于环形电磁铁的位置开有凹槽，凹槽和环形电磁铁之间安装有限位钢珠。
2.如权利要求1所述的一种动态扭转振动传递函数的测量系统，其特征在于，所述的扭矩发生器转子为金属导体制成的鼠笼式结构。
3.如权利要求1或2所述的一种动态扭转振动传递函数的测量系统，其特征在于，转速传感器为光电转速传感器。
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