CN107884185A

CN107884185A - 单级人字齿行星传动动力学特性试验台

Info

Publication number: CN107884185A
Application number: CN201711116855.0A
Authority: CN
Inventors: 刘延平; 陈振; 纪颖; 赵永强
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2018-04-06
Anticipated expiration: 2037-11-13
Also published as: CN107884185B

Abstract

本发明公开了一种单级人字齿行星传动动力学特性试验台，所述试验台包括底座、电动机、第一带轮轴、第二带轮轴、第三带轮轴、第四带轮轴、第一滑环、第二滑环、第一编码器、第二编码器、试验齿轮箱、磁粉制动器。在静态特性试验中，改变电磁激振器输入信号的频率和振幅以及激振波形，并且利用砝码，通过力臂对齿轮箱加载，在外部采集设备上采集齿轮安装在齿轮上的三向加速度计振动信号，通过计算得到齿轮箱的静态特性参数。在动态特性试验中，利用三相四线变频电机为试验齿轮箱提供输入转速，磁粉制动器向试验齿轮箱提供负载，可通过NI数据采集设备同步采集振动加速度计和编码器信号进行数据的存储、显示，通过计算得到齿轮箱的动力学特性参数。

Description

单级人字齿行星传动动力学特性试验台

技术领域

本发明涉及一种单级或多级同轴行星齿轮传动试验台，具体涉及一种人字齿行星传动系统静态特性、动力学特性及行星轮均载特性试验台。

背景技术

人字齿行星齿轮传动系统，太阳轮、行星轮和内齿圈均可视为由两个旋向不同的斜齿轮组合而成，简称为人字齿行星齿轮。在理想情况下，人字齿两侧斜齿轮的轴向力可以互相抵消。但运转过程中，由于两侧齿轮加工误差和装配误差的存在，导致两侧轮齿在某一瞬时载荷不对称，产生轴向振动，因此需要建立多自由度的平移-扭转-轴向振动动力学模型。

对于单级人字齿行星传动系统，由于其构件的运动状态较为复杂，并且考虑到加工制造和装配误差的存在，传感器布置及模态特性分析存在较大困难，目前还没有一种适合测定单级人字齿行星传动系统固有特性、动力学特性与均载特性的试验台。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种单级人字齿行星传动动力学特性试验台。本发明不仅能够通过改变电磁激振器提供的激振信号对行星传动系统进行转矩激励的条件下测试单级人字齿行星传动系统的静态特性，还可以通过在变频调速电机输入不同转矩和转速的条件下对单级人字齿行星传动系统进行振动响应和均载特性的测试。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单级人字齿行星传动动力学特性试验台，包括底座、电动机、第一带轮轴、第二带轮轴、第三带轮轴、第四带轮轴、第一滑环、第二滑环、第一编码器、第二编码器、试验齿轮箱、磁粉制动器，其中：

所述底座由第一T型台和第二T型台组成；

所述第一T型台的前后分别安装有第一轴承座和第二轴承座，第一轴承座用于安装第一带轮轴，第二轴承座用于安装第二带轮轴；

所述第一T型台的中间部分装有第三轴承座、第四轴承座、试验齿轮箱和第五轴承座，第三轴承座和第四轴承座用于安装试验齿轮箱的输入轴，第五轴承座用于安装试验齿轮箱的输出轴；

所述第二T型台的前后分别安装有第六轴承座和第七轴承座，第六轴承座用于安装第三带轮轴，第七轴承座用于安装第四轮轴；

所述第二T型台的中间部分装有电动机和磁粉制动器；

所述电动机与第三带轮轴之间通过第一联轴器传动连接；

所述第一带轮轴与试验齿轮箱之间通过第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器传动连接；

所述第二联轴器和第三联轴器之间的转轴上设有转矩转速传感器；

所述第三联轴器和第四联轴器之间设有第一编码器和第一滑环；

所述试验齿轮箱和第二带轮轴之间通过第五联轴器传动连接；

所述试验齿轮箱和第五联轴器之间设有第二滑环和第二编码器；

所述磁粉制动器与第四带轮轴之间通过第六联轴器传动连接。

本发明具有如下的优点：

1、在静态特性试验中，改变电磁激振器的输入信号的频率和振幅以及激振波形，并且利用砝码，通过力臂对齿轮箱加载，即可在外部采集设备上采集安装在齿轮上的三向加速度计振动信号，并通过窗函数、高低频滤波、FFT变换等计算得到齿轮箱的固有频率、模态振型等模态参数。

2、在动态特性试验中，利用三相四线变频电机为试验齿轮箱提供输入转速，磁粉制动器向试验齿轮箱提供负载，可通过NI数据采集设备同步采集振动加速度计和编码器信号进行数据的存储、显示，并通过窗函数、高低频滤波、FFT变换等计算得到齿轮箱的动态响应、固有频率、模态振型和动态均载系数。

附图说明

图1为本发明单级人字齿行星传动动力学特性试验台的结构示意图；

图2为齿轮箱内行星传动系统的结构示意图；

图3为齿轮箱内太阳轮及行星架上加速度计安装位置示意图；

图4为齿轮箱内行星轮上加速度计安装位置示意图；

图5为静态固有特性实验结构图；

图6为动态运行情况下单级人字齿行星齿轮动力学响应实验结构图；

图中：1-电动机，2-第一联轴器，3-第六轴承座，4-第三带轮轴，5-第一带轮轴，6-第一轴承座，7-第二联轴器，8-转矩转速传感器，9-第三联轴器，10-第三轴承座，11-第一滑环，12-第一编码器，13-第四轴承座，14-第四联轴器，15-试验齿轮箱，16-第二滑环，17-第二编码器，18-第五轴承座，19-第五联轴器，20-第二轴承座，21-第二带轮轴，22-第四带轮轴，23-第七轴承座，24-第六联轴器，25-磁粉制动器，26-行星轮，27-太阳轮，28-行星架，29-内齿圈，30-第一T型台，31-第二T型台，32-第一加载臂，33-第二加载臂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，本发明提供的单级人字齿行星传动动力学特性试验台包括底座、电动机1、第一带轮轴5、第二带轮轴20、第三带轮轴4、第四带轮轴22、第一滑环11、第二滑环16、第一编码器12、第二编码器17、试验齿轮箱15、磁粉制动器25，其中：

所述底座由第一T型台和第二T型台组成；

所述第一T型台的前后分别安装有第一轴承座6和第二轴承座21，第一轴承座6用于安装第一带轮轴5，第二轴承座21用于安装第二带轮轴20；

所述第一T型台的中间部分装有第三轴承座10、第四轴承座13、试验齿轮箱15和第五轴承座18，第三轴承座10和第四轴承座13用于安装试验齿轮箱15的输入轴，第五轴承座18用于安装试验齿轮箱15的输出轴；

所述第二T型台的前后分别安装有第六轴承座3和第七轴承座23，第六轴承座3用于安装第三带轮轴4，第七轴承座23用于安装第四轮轴24；

所述第二T型台的中间部分装有电动机1和磁粉制动器25；

所述电动机1与第三带轮轴4之间通过第一联轴器2传动连接；

所述第一带轮轴5与试验齿轮箱15之间通过第二联轴器7、第三联轴器9、第四联轴器14传动连接；

所述第二联轴器7和第三联轴器9之间的转轴上设有转矩转速传感器8；

所述第三联轴器9和第四联轴器14之间设有第一滑环11和第一编码器12；

所述试验齿轮箱15和第二带轮轴20之间通过第五联轴器19传动连接；

所述试验齿轮箱15和第五联轴器19之间设有第二滑环16和第二编码器17；

所述磁粉制动器25与第四带轮轴22之间通过第六联轴器24传动连接。

如图2所示，试验齿轮箱15中为单级人字齿行星传动系统，包括四个行星轮26、太阳轮27、内齿圈29和行星架28。内齿圈29与试验齿轮箱15为一体，固定在第一T型台上，行星轮26的轮轴轴承选用外圈无挡边的圆柱滚子轴承，轴承外圈固定在行星架28侧板上。

如图3、图4所示，在太阳轮27和行星架28上分别间隔90度布置两个三向振动加速度计，分别测量沿构件测试点的径向、切向的平移振动加速度信号。行星轮26运转方式不同于太阳轮27和行星架28，不仅有绕太阳轮27的公转还有绕自身中心轴的自转。

如图3所示，在行星轮26上间隔90度布置两个三向振动加速度计，分别测量测试点处沿行星轮径向、切向的平移以及绕z轴转动的振动加速度信号。

利用上述单级人字齿行星传动动力学特性试验台可以对人字齿行星传动系统静态特性和动力学特性进行试验，具体方法如下：

一、静态测试试验

（1）使用静态特性测试试验台，所述静态特性测试试验台的底座为第一T型台，在第一T型台上装上3个轴承座，用于安装太阳轮轴和行星架输出轴；

（2）将第一加载臂安装并固定在太阳轮轴上，第二加载臂安装在行星轮输出轴上；

（3）对第一加载臂施加激振信号，在第二加载臂的末端悬挂重物以对行星传动系统施加负载以消除轮齿啮合间隙等非线性因素；

（4）在太阳轮加速度计安装法兰和行星架上分别间隔90度布置两个三向振动加速度计，分别测量沿构件测试点径向、切向的平移振动加速度信号；

（5）在行星轮加速度计安装法兰上间隔90度布置两个振动加速度计，分别测量测试点处沿行星轮径向、切向的平移以及绕垂直于径向、切向方向的转动的振动加速度信号；

（6）将第一滑环安装在行星轮轴上加速度计安装法兰一端，第一编码器安装在行星轮上另一端，第一编码器的固定端与行星架相连，第二滑环安装在太阳轮上加速度计安装法兰一端，第二编码器安装在太阳轮另一端，第二编码器的固定端与行星架相连，通过第二编码器和第一编码器测量太阳轮和行星轮的转角；

（7）将行星轮上三向振动加速度计和第二编码器的数据线连接在第一滑环上，太阳轮上三向振动加速度计和第一编码器的数据线连接在第二滑环上，通过滑环将编码器信号、振动信号传输至试验台数据采集系统，从而可以进一步分析单人字齿行星传动系统的固有特性；

二、动态测试试验

（1）使用动态特性测试试验台，所述动态特性测试试验台的底座由第一T型台和第二T型台两部分构成，将第一T型台上的两个加载臂拆掉，在第一T型台和第二T型台的前后各安装一个轴承座，用于安装第一带轮轴、第二带轮轴、第三带轮轴、第四带轮轴，两个T型台通过带传动连接；

（2）在第二T型台的前后分别安装电动机和磁粉制动器，电动机通过带传动向试验齿轮箱输入功率，磁粉制动器为试验齿轮箱提供负载；

（3）将转矩传感器布置在试验齿轮箱的前端，用于测量试验齿轮箱的输入转速和转矩，通过数据线将转矩、转速信号传输到信号采集系统中；

（4）试验齿轮箱中，在行星轮某个内齿圈侧面上均布四个测点，每个测点粘贴2个应变片，行星轮齿根处的为工作片，用于测量齿根处的弯曲变形；距齿根较远的是温度补偿片，用于补偿环境温度变化对测试结果的影响；

（5）将应变片的数据线通过接线端子与NI数据采集卡相连接，编码器与滑环的安装与静态测试试验台中相同，通过滑环将编码器信号、振动信号、应变信号传输到数据采集系统中，从而可以进一步分析单人字齿行星传动试验台的振动响应和均载特性。

本发明中，试验台数据采集系统采用计算机作为控制器，各个传感器连接至对应的PXI或PXIe型数据采集卡，多个数据采集卡通过NI PXIe-1073机箱集成后通过单端口PCIe卡与计算机主机相连，在计算机中编写Labview程序完成数据的采集和存储。在静态测试试验和动态测试试验中，三向振动加速度计的数据线与PXI-4496数据采集卡相连，即可采集所有的振动加速度信号。在静态测试试验中，在激振器的出力杆末端安装IEPE型传感器，将此传感器与PXIe-4492采集卡相连，并与PXI-4496同时工作即可测量对试验齿轮箱的输入激励信号。在均载特性实验中，应变片通过NI TB-4330接线盒与NI PXIe-4330采集卡相连，实现1/4电路的搭建，即可通过测量输出电压获得工作应变片的应变值。编码器、光电开关和转矩转速传感器与NI PXIe-6361采集卡连接，即可完成太阳轮、两个行星轮以及行星架上三向振动加速度计相对于构件上坐标轴的旋转位移。

Claims

1.一种人字齿行星传动动力学特性试验台，其特征在于所述试验台包括底座、电动机、第一带轮轴、第二带轮轴、第三带轮轴、第四带轮轴、第一滑环、第二滑环、第一编码器、第二编码器、试验齿轮箱、磁粉制动器，其中：

所述底座由第一T型台和第二T型台组成；

所述第二T型台的中间部分装有电动机和磁粉制动器；

所述电动机与第三带轮轴之间通过第一联轴器传动连接；

2.根据权利要求1所述的单级人字齿行星传动动力学特性试验台，其特征在于所述试验齿轮箱中为单级人字齿行星传动系统，包括四个行星轮、太阳轮、内齿圈和行星架。

3.根据权利要求2所述的单级人字齿行星传动动力学特性试验台，其特征在于所述行星轮的轮轴轴承选用外圈无挡边的圆柱滚子轴承。

4.一种利用权利要求1-3任一权利要求所述的单级人字齿行星传动动力学特性试验台进行单级人字齿行星传动系统静态特性和动力学特性试验的方法，其特征在于所述方法具体步骤如下：

一、静态测试试验

（3）对第一加载臂施加激振信号，在第二加载臂的末端悬挂重物；

（5）在行星轮加速度计安装法兰上间隔90度布置两个三向振动加速度计，分别测量测试点处沿行星轮径向、切向的平移以及绕垂直于径向、切向方向的转动的振动加速度信号；

（7）将行星轮上三向振动加速度计和第二编码器的数据线连接在第一滑环上，太阳轮上三向振动加速度计和第一编码器的数据线连接在第二滑环上，通过滑环将编码器信号、振动信号传输至试验台数据采集系统，从而进一步分析单人字齿行星传动系统的固有特性；

二、动态测试试验

（5）将应变片的数据线通过接线端子与NI数据采集卡相连接，编码器与滑环的安装与静态测试试验台中相同，通过滑环将编码器信号、振动信号、应变信号传输到数据采集系统中，从而进一步分析单人字齿行星传动试验台的振动响应和均载特性。