CN108896305A - 铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统和测量方法，所述铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统包括：底座、测功机、左传动轴、高低温控制箱、过渡法兰、左支撑座、待测样品总成、样品中间支撑座和右传动轴，以及静态测试组件或动态测试组件；所述右传动轴传动连接所述静态测试组件或动态测试组件。本发明利用加载机构将力传感器数值换算成为所需的加载扭矩值大小；通过应变片、应变花、补偿应变片以及热电偶的组合运用，更加精确的保证了整个测试过程中的准确性，同时利用高低温控制箱能够对待测量样品进行实际工作温度状态的模拟，能够更加精确地测试出样品实际工作状态中的变化规律以及变形情况，能够为变速器设计时提供数据支撑。

Description

铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统和测量方法

技术领域

本发明涉及一种铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统和测量方法，属于变速器检测技术领域。

背景技术

在乘用车变速器使用时，无论是手动变速器还是自动变速器，均存在着轴承出现失效的情况，而且大部分原因都是由于壳体在高温或低温情况下，壳体的膨胀系数与轴承外圈的膨胀系数不同，此时在壳体受到发动机传递过来的扭矩或者负载的情况下，容易出现壳体与轴承外圈配合松动的现象。一旦长时间处于该种工况下工作，就极其容易造成轴承失效或者壳体出现破损的情况。

为了探索变速器铝壳体与轴承高低温环境下的热力耦合的应力应变情况，摸索其中的变形情况及规律，能够更加准确的判断出失效原因，因此亟待需要一种能够对轴承座热力耦合状态下进行的测试的方法和装置。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提出一种铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统和测量方法，能够实现对样品在实际工作中真实状态进行测试分析，解决样件出现失效问题的规律及变化情况。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其包括：底座、测功机、左传动轴、高低温控制箱、过渡法兰、左支撑座、待测样品总成、样品中间支撑座和右传动轴，以及静态测试组件或动态测试组件；

所述测功机固定于所述底座上，并且所述测功机的输出轴通过左传动轴连接有过渡法兰，所述左支撑座固定于所述高低温控制箱的底壁上，并且所述左支撑座上包括轴承座以及设置于所述轴承座内的轴承，所述过渡法兰通过所述左支撑座的轴承可转动地设置于所述左支撑座内；

所述过渡法兰位于所述高低温控制箱内，并且所述右传动轴的一端也位于所述高低温控制箱内，所述过渡法兰和右传动轴的轴心线重合，所述高低温控制箱的两个相对的侧壁上均开设有通孔，所述左传动轴穿过所述高低温控制箱的一个侧壁上的通孔，与所述过渡法兰连接；所述右传动轴的一端穿过所述高低温控制箱的另一个侧壁上的通孔，位于所述高低温控制箱内；

所述待测样品总成包括变速器总成和安装于所述变速器总成上的应变片，所述变速器总成的输入端通过中间支撑座固定于所述高低温控制箱的底壁上，所述变速器总成的输入轴与右传动轴连接，所述变速器总成的输出轴与所述过渡法兰连接；

所述右传动轴传动连接所述静态测试组件或动态测试组件；

其中，所述静态测试组件包括右支撑座、加载手柄、锁扣、力传感器、D型调整扣、支撑底座和支撑平台；

所述支撑平台设置于所述底座上，并且所述支撑平台上设置有右支撑座，所述右支撑座内可转动地设置有右传动轴，所述右传动轴的另一端固定于加载手柄的一端，所述右支撑座内设置有轴承，所述右传动轴通过所述右支撑座的轴承可转动地设置于所述右支撑座内；

所述加载手柄的另一端通过锁扣固定有力传感器的一端，所述力传感器的另一端通过D型调整扣固定有支撑底座，所述支撑底座固定于所述支撑平台；

所述动态测试组件包括输入电机和电机底座；所述输入电机通过电机底座固定于底座上，所述输入电机的输出轴与右传动轴连接。

可选的，应变片粘贴位置选在轴承座端面处靠近轴承孔侧，在变速器总成的前轴承座和后轴承座理论加载最大应力处粘贴一组应变片，以此应变片为基准，在圆周方向各均匀粘贴7个应变片，应变片粘贴方向为轴承座圆周方向。

可选的，所述应变片为应变花或者电阻应变片。

可选的，所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统还包括K型热电偶，在所述变速器总成的铝壳体的轴承座附近开孔，所述K型热电偶埋设于所述孔内。

可选的，所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统还包括温度补偿片，所述温度补偿片型号规格与相应测点的应变片相同，并粘贴在石英玻璃上。

可选的，所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统还包括数据采集分析系统，所述应变片、温度补偿片和K型热电偶均信号连接于所述数据采集分析系统，以通过所述数据采集分析系统测试出变速器总成的轴承座在实际工作中的热变形或应变。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种利用上述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统实现铝壳体轴承座热力耦合应变测量方法，其包括：

S10、粘贴应变片和温度补偿片：将待测量的变速器总成拆解，对变速器总成的铝壳体经过仿真计算之后，在变速器总成的轴承座应力最大位置或关注部分贴上应变片；

对每个测点的应变片均粘贴相应的温度补偿片，温度补偿片粘贴在石英玻璃上，补偿片型号规格与相应测点的应变片相同，补偿应变片与测量应变片处于同一个环境温度下；

S20、当静态测试时，将待测量的变速器总成挂入相应挡位后，设定高低温控制箱的温度值，经过K型热电偶传输到数据采集分析系统，并通过数据采集分析系统显示高低温控制箱的温度值；向下压下加载手柄，经过数据采集分析系统显示出由力传感器传输数据值达到规定的扭矩值附近时，通过调整D型调整扣来加载到实际规定值的大小，并固定平稳，完成输入端扭矩的加载工作；通过数据采集分析系统采集在扭矩加载过程中的壳体轴承座周围应变片测量的应力应变情况，并实时记录数值大小变化，待数值趋于平稳之后，选择卸载输出端扭矩，关闭高低温控制箱，将待测样品挂入空挡，将测试过程中的数据进行保存、处理，进行另外工况的测试工作，直到完成整个方案中的工况测试后，整个静态测试过程结束；

当动态测试时，通过输入电机控制输入转速以及输入扭矩，实现整车状态模拟测试试验。

本发明具有如下有益效果：本发明利用加载机构将力传感器数值换算成为所需的加载扭矩值大小；通过应变片、应变花、补偿应变片以及热电偶的组合运用，更加精确的保证了整个测试过程中的准确性，同时利用高低温控制箱能够对待测量样品进行实际工作温度状态的模拟，能够更加精确地测试出样品实际工作状态中的变化规律以及变形情况，能够为变速器设计时提供数据支撑。

附图说明

图1为本发明的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统(静态测试)的结构示意图；

图2为本发明的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统(动态测试)的结构示意图；

图3为本发明中所述的静态测试组件的连接示意图；

图4为本发明中所述的应变片和应变花引线的走线示意图；

图5为本发明中所述的半桥电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其包括：底座1、测功机2、左传动轴3、高低温控制箱4、过渡法兰5、左支撑座6、待测样品总成7、样品中间支撑座8和右传动轴9，以及静态测试组件或动态测试组件；当所述铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统包括静态测试组件时，能够实现铝壳体轴承座热力耦合应变的静态测试；当所述铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统包括动态测量组件时，能够实现铝壳体轴承座热力耦合应变的动态测试。

所述静态测试组件包括右支撑座10、加载手柄11、锁扣12、力传感器13、D型调整扣14、支撑底座15和支撑平台16。

所述动态测试组件包括输入电机18和电机底座19。

所述测功机2固定于所述底座1上，并且所述测功机的输出轴通过左传动轴3连接有过渡法兰5，所述左支撑座6固定于所述高低温控制箱4的底壁上，并且所述左支撑座6上包括轴承座以及设置于所述轴承座内的轴承，所述过渡法兰5通过所述轴承可转动地设置于所述左支撑座内。

所述支撑平台16设置于所述底座1上，并且所述支撑平台16上设置有右支撑座10，所述右支撑座1O内可转动地设置有右传动轴9，所述右传动轴9的一端设置于所述高低温控制箱4内，另一端固定于加载手柄11的一端，本实施例中，所述加载手柄11垂直于所述右传动轴设置，所述右支撑座内设置有轴承，所述右传动轴通过所述轴承可转动地设置于所述右支撑座10内。

所述加载手柄11的另一端通过锁扣12固定有力传感器13的一端，所述力传感器13的另一端通过D型调整扣14固定有支撑底座16，所述支撑底座固定于所述支撑底座16。

所述过渡法兰5位于所述高低温控制箱4内，并且所述右传动轴9的一端也位于所述高低温控制箱4内，本实施例中，所述过渡法兰5和右传动轴9的轴心线重合，所述高低温控制箱4的两个相对的侧壁上均开设有通孔，所述左传动轴3穿过所述高低温控制箱4的一个侧壁上的通孔，与所述过渡法兰5连接。所述右传动轴9的一端穿过所述高低温控制箱4的另一个侧壁上的通孔，位于所述高低温控制箱内。

所述待测样品总成包括变速器总成和应变片，所述变速器总成的输入端通过中间支撑座8固定于所述高低温控制箱4的底壁上，所述变速器总成的输入轴与右传动轴9连接，所述变速器总成的输出轴与所述过渡法兰5连接。

或者，所述输入电机通过电机底座固定于底座上，所述输入电机的输出轴与右传动轴连接。

所述应变片根据测试种类的不同而采用不同的粘贴方式，其中，在高温热力耦合应变测试中，电阻式应变片粘贴位置选在轴承座端面处靠近轴承孔侧，在变速器总成的前轴承座和后轴承座理论加载最大应力处粘贴一组应变片，以此应变片为基准，在圆周方向各均匀粘贴7个电阻应变片，应变片粘贴方向为轴承座圆周方向。

在低温热力耦合应变测试中，轴承座端面周向应力测试贴片(应变片)位置与高温热力耦合应变测试相同。在变速器总成的前轴承座和后轴承座端面粘贴由3个单轴应变片间隔45°角组成的应变花，保证整个平面的各个方向应变都能够精确测试，即在低温热力耦合应变测试中，所述应变片采用应变花。

本实施例中，将应变片粘贴于变速器总成上时可以采用以下方法：将变速器总成拆解，在关注的轴承座位置周围粘贴应变片或应变花，将冗余的引线经过变速器总成的铝壳体上的传感器连接孔位置引出，并固定牢靠；从而不需要在铝壳体开孔，以免影响铝壳体变形，影响测量精度。

对于高低温试验中每个测点的应变片均粘贴相应的温度补偿片，温度补偿片粘贴在线膨胀系数较小的石英玻璃上，温度补偿片型号规格与相应测点的应变片相同。

在铝壳体轴承座附近开孔，埋入K型热电偶，实时检测变速器总成的铝壳体的温度变化情况，将拆散的零件组装成变速器总成，并固定于左支撑座6和中间支撑座8；更具体地，在轴承外圈8mm处埋设热电偶，用于埋设热电偶的孔的深度为热电偶深度的1.5倍，用胶体将热电偶固定在用于埋设热电偶的孔内。

所述应变片信号连接于所述数据采集分析系统17，本实施例中，所述数据采集分析系统17可以为计算机，以通过所述计算机准确测试出变速器总成铝壳体轴承座在实际工作中的真实热变形或应变情况。

与现有技术相比，本实施例具有如下优点：

本实施例利用加载机构将力传感器数值换算成为所需的加载扭矩值大小；通过应变片、应变花、补偿应变片以及热电偶的组合运用，更加精确的保证了整个测试过程中的准确性，同时利用高低温控制箱能够对待测量样品进行实际工作温度状态的模拟，能够更加精确地测试出样品实际工作状态中的变化规律以及变形情况，能够为变速器设计时提供数据支撑。

同时，本实施例也可以沿用到实车动态工况测试中，在变速器总成经过拆解后，进行粘贴应变片以及应变花等工作，同时需要在铝壳体开孔，将应变片的引线固定并引出，之后将拆解后的零件装配成为总成，装配到实车中进行测试工作。

实施例2

本实施例提供了一种铝壳体轴承座热力耦合应变测量方法，其利用实施例1中所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，所述方法包括：

S10、粘贴应变片和温度补偿片。

本实施例中，将待测量的变速器总成拆解，对变速器总成的铝壳体经过仿真计算之后，在变速器总成的轴承座应力最大位置或关注部分贴上应变片。

其中，高温热力耦合应变测试中，电阻式应变片粘贴位置选在轴承座端面处靠近轴承孔侧，在变速器总成的前轴承座和后轴承座理论加载最大应力处粘贴一组应变片，以此应变片为基准，在圆周方向各均匀粘贴7个电阻应变片，应变片粘贴方向为轴承座圆周方向。

低温热力耦合应变测试中，轴承座端面周向应力测试贴片位置与高温热力耦合应变测试相同。在变速器总成的前轴承座和后轴承座端面粘贴由3个单轴应变片间隔45°角组成的应变花，保证整个平面的各个方向应变都能够精确测试。

对于高低温试验中每个测点的应变片均粘贴相应的温度补偿片，温度补偿片粘贴在线膨胀系数较小的石英玻璃上，温度补偿片型号规格与相应测点的应变片相同，补偿应变片应与测量应变片处于同一个环境温度下。

更优选地，所述应变片和温度补偿片为应变花。

S20、当静态测试时，将待测量的变速器总成挂入相应挡位后，设定高低温控制箱4的温度值，经过K型热电偶传输到数据采集分析系统，并显示高低温控制箱4的温度值；向下压下加载手柄11，经过数据采集分析系统17显示出由力传感器13传输数据值达到规定的扭矩值附近时，通过调整D型调整扣14来加载到实际规定值的大小，并固定平稳，完成输入端扭矩的加载工作。通过数据采集分析系统17，采集在扭矩加载过程中的铝壳体轴承座周围应变片测量的应力应变情况，并实时记录数值大小变化，待数值趋于平稳之后，选择卸载输出端扭矩，关闭高低温控制箱4，将待测样品7挂入空挡，将测试过程中的数据进行保存、处理，进行另外工况的测试工作，直到完成整个方案中的工况测试后，整个静态测试过程结束。

当动态测试时，通过输入电机18控制输入转速以及输入扭矩，可以实现整车状态模拟测试试验。

同时如果需要在车辆实际行驶中测试，需要将测试引线根据实际情况进行固定，这是本领域技术人员易于实现的，在此本发明不再进行赘述。

根据温度补偿原理，采用半桥中邻桥相减的方式进行接线连接，利用温度补偿片进行温度补偿，由于本实施例需要获得待测变速器总成的自身温度影响产生的膨胀，以及受载产生的变形量。所以零件的温度变化引起应变片输出的变化不需要进行温度补偿，而应变片本身受温度影响引起的应变输出变化需要进行温度补偿。因此本实施例的温度补偿片选择粘贴在膨胀系数较小且已知的石英玻璃上，这样变速器总成的铝壳体上应变片的热输出为：

α_铝壳体——铝壳体膨胀系数，1/℃；

α_应变片——应变片膨胀系数，1/℃；

α_R——应变片电阻温度系数，1/℃；

K——应变片灵敏度系数；

ε₁——后壳输出应变；

ΔT——温度变化，℃；

R——应变片电阻值，Ω；

ΔR——应变片电阻值变化值，Ω；

石英玻璃上温度补偿片的热输出为：

ε₂——补偿片后壳输出应变；

α_石英——石英线膨胀系数，1/℃；

半桥桥路的输出应变值即为：

ε＝ε₁-ε₂＝(α_铝壳体-α_石英)·ΔT.........③

ε——半桥桥路输出应变值；

补偿掉了应变片受温度影响的应变输出变化，获得了后壳待测点处仅受温度影响的应变值。

在变速器总成加一定输入载荷后，温度和载荷对轴承座某处的变形称之为热力耦合变形，假设载荷引起的微应变为ε_F,则在一定温度和载荷作用下，轴承座某处的变形量ε_TF为：

ε_TF＝(α_铝壳体-α_石英)·ΔT+ε_F.........④

通过上述①～④式，即可得出铝壳体轴承座在热力耦合作用下，某位置点真实变形量，从而可以得出该热力耦合状态下，轴承座孔与轴承外圈之间的过盈量的变化，从而判断该配合位置的工作状态是否满足设计要求。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其特征在于，包括：底座、测功机、左传动轴、高低温控制箱、过渡法兰、左支撑座、待测样品总成、样品中间支撑座和右传动轴，以及静态测试组件或动态测试组件；

所述测功机固定于所述底座上，并且所述测功机的输出轴通过左传动轴连接有过渡法兰，所述左支撑座固定于所述高低温控制箱的底壁上，并且所述左支撑座上包括轴承座以及设置于所述轴承座内的轴承，所述过渡法兰通过所述左支撑座的轴承可转动地设置于所述左支撑座内；

所述过渡法兰位于所述高低温控制箱内，并且所述右传动轴的一端也位于所述高低温控制箱内，所述过渡法兰和右传动轴的轴心线重合，所述高低温控制箱的两个相对的侧壁上均开设有通孔，所述左传动轴穿过所述高低温控制箱的一个侧壁上的通孔，与所述过渡法兰连接；所述右传动轴的一端穿过所述高低温控制箱的另一个侧壁上的通孔，位于所述高低温控制箱内；

所述待测样品总成包括变速器总成和安装于所述变速器总成上的应变片，所述变速器总成的输入端通过中间支撑座固定于所述高低温控制箱的底壁上，所述变速器总成的输入轴与右传动轴连接，所述变速器总成的输出轴与所述过渡法兰连接；

所述右传动轴传动连接所述静态测试组件或动态测试组件；

其中，所述静态测试组件包括右支撑座、加载手柄、锁扣、力传感器、D型调整扣、支撑底座和支撑平台；

所述支撑平台设置于所述底座上，并且所述支撑平台上设置有右支撑座，所述右支撑座内可转动地设置有右传动轴，所述右传动轴的另一端固定于加载手柄的一端，所述右支撑座内设置有轴承，所述右传动轴通过所述右支撑座的轴承可转动地设置于所述右支撑座内；

所述加载手柄的另一端通过锁扣固定有力传感器的一端，所述力传感器的另一端通过D型调整扣固定有支撑底座，所述支撑底座固定于所述支撑平台；

所述动态测试组件包括输入电机和电机底座；所述输入电机通过电机底座固定于底座上，所述输入电机的输出轴与右传动轴连接。

2.根据权利要求1所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其特征在于，应变片粘贴位置选在轴承座端面处靠近轴承孔侧，在变速器总成的前轴承座和后轴承座理论加载最大应力处粘贴一组应变片，以此应变片为基准，在圆周方向各均匀粘贴7个应变片，应变片粘贴方向为轴承座圆周方向。

3.根据权利要求2所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其特征在于，所述应变片为应变花或者电阻应变片。

4.根据权利要求3所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其特征在于，还包括K型热电偶，在所述变速器总成的铝壳体的轴承座附近开孔，所述K型热电偶埋设于所述孔内。

5.根据权利要求4所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其特征在于，还包括温度补偿片，所述温度补偿片型号规格与相应测点的应变片相同，并粘贴在石英玻璃上。

6.根据权利要求5所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统，其特征在于，还包括数据采集分析系统，所述应变片、温度补偿片和K型热电偶均信号连接于所述数据采集分析系统，以通过所述数据采集分析系统测试出变速器总成的轴承座在实际工作中的热变形或应变。

7.一种利用权利要求6中所述的铝壳体轴承座热力耦合应变测量系统实现铝壳体轴承座热力耦合应变测量方法，其特征在于，包括：

S10、粘贴应变片和温度补偿片：将待测量的变速器总成拆解，对变速器总成的铝壳体经过仿真计算之后，在变速器总成的轴承座应力最大位置或关注部分贴上应变片；

对每个测点的应变片均粘贴相应的温度补偿片，温度补偿片粘贴在石英玻璃上，补偿片型号规格与相应测点的应变片相同，补偿应变片与测量应变片处于同一个环境温度下；

S20、当静态测试时，将待测量的变速器总成挂入相应挡位后，设定高低温控制箱的温度值，经过K型热电偶传输到数据采集分析系统，并通过数据采集分析系统显示高低温控制箱的温度值；向下压下加载手柄，经过数据采集分析系统显示出由力传感器传输数据值达到规定的扭矩值附近时，通过调整D型调整扣来加载到实际规定值的大小，并固定平稳，完成输入端扭矩的加载工作；通过数据采集分析系统采集在扭矩加载过程中的壳体轴承座周围应变片测量的应力应变情况，并实时记录数值大小变化，待数值趋于平稳之后，选择卸载输出端扭矩，关闭高低温控制箱，将待测样品挂入空挡，将测试过程中的数据进行保存、处理，进行另外工况的测试工作，直到完成整个方案中的工况测试后，整个静态测试过程结束；

当动态测试时，通过输入电机控制输入转速以及输入扭矩，实现整车状态模拟测试试验。