CN109127344A - 一种扭振激励装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭振激励装置，包括周转轮系、线性激振器和用于与工件连接的联轴器；其中，周转轮系包括行星架和可转动的中心轮；联轴器与行星架的回转中心固定连接、以便工件与行星架同步转动；线性激振器与中心轮固定连接，以使中心轮沿周向往复扭转。本发明公开的扭振激励装置利用线性激振器产生线振动，并利用周转轮系将线振动转化为扭转振动，最终通过联轴器件输出扭振，实现模拟扭转振动的效果；且周转轮系通过齿轮啮合的方式进行传动，具有结构简单、方便控制、使用成本低的特点。

Description

一种扭振激励装置

技术领域

本发明涉及激振设备技术领域，更具体地说，涉及一种扭振激励装置。

背景技术

在船舶、风电、汽车等行业中，传动系统的扭转振动是在设计及样机验证阶段必须考虑的问题。虽然各类仿真分析软件广泛应用，但传动系统中含有各类高度非线性部件，相关参数难以精确确定，因此计算分析的结果必须经过试验的验证。轴系中广泛使用的各类扭转减振器的隔振、减振性能与疲劳耐久试验也必须通过试验来进行验证。

动力传动系统的轴系包括原动机、传动部件、执行部件等，整体结构庞大复杂，在实际应用场合进行扭振试验与测试耗时耗力，也不能有针对性的模拟各类激励源。因此通常需要配备扭振激励装置对相关部件进行扭振实验，以了解相关部件的性能。

现有技术中的扭振激励装置主要包括机械式，例如万向节式、偏心质量式和扭摆式等，由于原理的局限性，其频率范围较窄且转速低。而随着电力电子技术的发展，国外出现了使用伺服电机驱动的扭振激励装置以及液压凸轮激振器，该类设备结构复杂、价格昂贵。

综上所述，如何提供一种结构简单、易于控制的扭振激励装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种扭振激励装置，利用周转轮系实现扭振的模拟实验，具有结构简单、方便控制的特点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种扭振激励装置，包括：

周转轮系，所述周转轮系包括行星架和可转动的中心轮；

用于与工件连接的联轴器，所述联轴器与所述行星架的回转中心固定连接、以便所述工件与所述行星架同步转动；

线性激振器，与所述中心轮固定连接、以使所述中心轮沿周向往复扭转。

优选的，所述中心轮为内齿圈，所述内齿圈的中部设有可转动的太阳轮；还包括与所述太阳轮同轴连接、且能够驱动所述太阳轮转动的驱动部。

优选的，所述行星架的外缘沿周向均匀分布有若干个计数齿；还包括用于根据所述计数齿的数量监测所述行星架转速的第一转速传感器。

优选的，还包括沿水平方向延伸、且轴线经过所述内齿圈圆心的悬臂杆，所述悬臂杆一端与所述内齿圈固定连接、另一端与所述线性激振器连接。

优选的，所述内齿圈的外周设有信号齿，还包括用于根据所述信号齿检测所述内齿圈转速的第二转速传感器。

优选的，所述驱动部为驱动电机，所述驱动电机设有用于监测扭振的编码器。

优选的，还包括用于控制所述线性激振器的激励电压的控制箱，所述控制箱与所述线性激振器连接。

优选的，所述内齿圈、所述太阳轮和所述周转轮系的行星轮均为平行轴变齿厚齿轮，以消除啮合侧隙。

优选的，所述行星架设有用于调节惯量的配重盘。

优选的，所述联轴器至少有两个，各个所述联轴器的刚度均不相同，且每个所述联轴器均能够与所述行星架可拆卸的连接。

本发明提供的扭振激励装置，包括周转轮系、联轴器和线性激振器；其中，联轴器用于与工件连接，且联轴器与行星架的回转中心固定连接，以便工件与行星架同步转动；线性激振器与中心轮固定连接，且能够使中心轮沿周向往复扭转。

周转轮系具体包括中心轮、与中心轮啮合的行星轮和支撑行星轮的行星架；在工作过程中，线性激振器控制中心轮产生轴向的往复转动，使中心轮产生扭振；中心轮通过齿轮啮合的方式带动行星轮运动，进而带动行星架绕回转中心往复扭转。由于联轴器与行星架的回转中心固定连接，因此联轴器产生扭振。

本申请提供的扭振激励装置利用线性激振器产生线振动，并利用周转轮系将线振动转化为扭转振动，最终利用联轴器输出扭振，实现了模拟扭转振动的效果。

另外，由于线性激振器的激励波形和幅值可控，因此扭振激励装置能够根据需求对扭振的频率、幅值进行调整。且周转轮系的结构简单，成本较低，具有方便控制、使用成本低的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的扭振激励装置的结构示意图；

图2为图1中A-A向的结构示意图。

图1～2中的附图标记为：

驱动部1、内齿圈2、行星轮3、太阳轮4、行星架5、悬臂杆6、线性激振器7、电机支座8、周转轮系支座9、控制箱10、激振器支座11、第一转速传感器12、编码器13、联轴器14、第二转速传感器15。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种扭振激励装置，利用周转轮系实现扭振的模拟实验，具有结构简单、方便控制的特点。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的扭振激励装置的结构示意图；图2为图1中A-A向的结构示意图。

本发明提供了一种扭振激励装置，包括周转轮系、线性激振器7和用于与工件连接的联轴器14：其中，周转轮系包括行星架5和可转动的中心轮；联轴器14与行星架5的回转中心固定连接、以便工件与行星架5同步转动；线性激振器7与中心轮固定连接，以使中心轮沿周向往复扭转。

具体的，周转轮系包括行星轮3、行星架5和两个中心轮，其中，两个中心轮中至少有一个可绕中心轴自由转动。在传动过程中，中心轮为主动件、其通过齿轮啮合的方式带动行星轮3转动；行星架5起到支撑行星轮3的作用，行星轮3绕中心轮的轴线转动时，行星架5同样绕中心轮的轴线转动。

线性激振器7能够产生线振动，主要用于模拟激励状态。中心轮上与线性激振器7的连接位置为激励点，且中心轮中经过激励点的半径与线性激振器7产生的线振动的方向垂直。因此，启动线性激振器7后，中心轮在线振动的控制下产生周向的往复扭转。线性激振器7的结构和工作原理可参考现有技术。

联轴器14与行星架5的回转中心固定连接，进而在行星架5的带动下进行转动，联轴器14与行星架5的具体连接方式可参考现有技术中。另外，联轴器14为扭振激励装置的输出端，在进行模拟实验的过程中，联轴器14与工件的转轴固定连接，从而使行星架5与工件同轴固定。

在工作过程中，周转轮系将线振动转化为扭转振动，并通过啮合传动的方式使行星轮3产生扭振，并最终通过与行星架5固定连接的联轴器14输出扭振，实现了模拟扭转振动的效果。

另外，由于线性激振器7的激励波形和幅值可控，因此扭振激励装置能够根据需求调整扭振的频率，也能够对不同频率、幅值的激励进行叠加。且周转轮系通过齿轮啮合的方式进行传动，其精度较高，减少了人为的不平衡质量激励，具有结构简单、方便控制、使用成本低的特点。

进一步的，为了优化扭振激励装置的使用效果，在上述实施例的基础上，中心轮为内齿圈2，内齿圈2的中部设有可转动的太阳轮4；还包括与太阳轮4同轴连接、且能够驱动太阳轮4转动的驱动部1。

具体的，周转轮系具体采用差动轮系，其包括内齿圈2、行星轮3、行星架5和太阳轮4，其中太阳轮4和内齿圈2同轴设置、且二者均能够转动，其中内齿圈2与线性激振器7连接，太阳轮4与驱动部1连接。驱动部1可以具体为驱动电机或其他能够带动太阳轮4周向转动的驱动类元器件。

在工作过程中，当太阳轮4保持静止时，扭振激励装置用于进行静态扭振实验；而当驱动部1带动太阳轮4转动时，周转轮系能够叠加驱动部1的旋转运动和线性激振器7激发的线振动、并通过联轴器14将其输出，使扭振激励装置进行动态扭振实验。由于扭振激励装置的转速和扭振频率能够分别通过驱动部1和线性激振器7进行单独控制，因此避免了扭振频率对转速的依赖，同时使扭振激励装置能够在静态扭振实验和动态扭振实验中进行自由选择。

可选的，本申请提供的一种实施例中，行星架5的外缘沿周向均匀分布有若干个计数齿；还包括用于根据计数齿的数量监测行星架5转速的第一转速传感器12。具体的，计数齿在行星架5的周向外缘上等间隔分布，在行星架5周向转动过程中计数齿会使第一转速传感器12产生对应的脉冲信号，第一转速传感器12根据脉冲信号的数量确定行星架5的旋转角度，并结合旋转角度与时间的变化关系计算行星架5的扭振。

进一步的，为了方便内齿圈2和线性激振器7的连接，本申请提供的一种实施例中，扭振激励装置还包括沿水平方向延伸、且轴线经过内齿圈2圆心的悬臂杆6，悬臂杆6一端与内齿圈2固定连接、另一端与线性激振器7连接。具体的，内齿圈2通过悬臂杆6与线性激振器7连接，线性激振器7的工作端输出简谐振动并控制悬臂杆6产生线振动，内齿圈2在悬臂杆6的带动下绕中心轴往复转动，从而将线性激振器7的线振动转化为扭振，以便进行扭振实验。

可选的，为了提高扭振实验的准确性，内齿圈2的外周设有信号齿，还包括用于根据信号齿检测内齿圈2转速的第二转速传感器15。具体的，信号齿沿内齿圈2的外周等间隔分布，第二转速传感器15通过触发脉冲波的信号齿的数量确定内齿圈2的转速，进而确定内齿圈2的扭振。

另外，在进行扭振实验过程中还可以对驱动部1的扭振进行监测，例如，驱动部1为驱动电机时，驱动电机的远离周转轮系的端部可以设有编码器13，利用编码器13对驱动电机尾部的扭振进行监测。

可选的，为了方便根据各个部件的扭振调整线性激振器7的工作状态，在上述任意一个实施例的基础上，扭振激励装置还包括用于控制线性激振器7的激励电压的控制箱10，控制箱10与线性激振器7连接。

具体的，线性激振器7与控制箱10之间可以采用电连接或信号连接，控制箱10自动控制线性激振器7的激励电压，提高扭振激励装置的自动化程度，从而方便用户的使用。

另外，在实际使用过程中，第一转速传感器12、第二转速传感器15、编码器13可以均与控制箱10保持连接，控制箱10接收到行星架5、内齿圈2和驱动部1的扭振后，根据接收到的扭振结果调整算法，对线性激振器7的激振电压的幅值、波形进行调整，进而调整扭振激励装置的输出扭振，实现扭振激励装置的闭环控制。闭环控制的工作原理和具体方式可参考现有技术。

需要说明的是，在实际使用过程中，为了使扭振激励装置能够顺利运行，可以分别通过电机支座8和周转轮系支座9调整驱动部1和周转轮系的高度，从而使驱动电机和太阳轮4能够同轴设置；也可以在线性激振器7下方设置激振器支座11，以保障线性激振器7激发的线振动能够转化为内齿圈2的扭转振动。

进一步的，为了降低啮合传动过程中齿轮侧隙对扭振的影响，本申请提供的一种实施例中，内齿圈2、太阳轮4和周转轮系的行星轮3均为平行轴变齿厚齿轮，进而消除齿轮侧隙，保障扭振运动的准确传递，可选的，也可以通过设置弹簧等消隙装置实现齿轮侧隙的消除，消隙装置的结构和工作原理可参考现有技术。

进一步的，为了使扭振激励装置根据需求调整激励源，方便用户的使用，在上述任意一个实施例的基础上，行星架5设有用于调节惯量的配重盘。具体的，在实际使用过程中，行星架5可以设置有预设接口，将配重盘与预设接口进行组装固定即可改变行星架5的惯量，进而使扭振激励装置能够模拟不同惯量的激励源。且周转轮系的扭转刚度大、承载能力强，在传递较大扭矩的情况下依然可以提供扭振激励，保障了加载条件下扭振实验的顺利进行。

进一步的，考虑扭振实验还受到刚度的影响，因此本实施例中通过调整联轴器14的刚度来模拟不同刚度的激励源。具体的，扭振激励装置配备的联轴器14至少有两个，各个联轴器14的刚度均不相同，且每个联轴器14均能够与行星架5可拆卸的连接，在实验过程中可以更换不同的联轴器14即可对激励源的刚度进行调整。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的扭振激励装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种扭振激励装置，其特征在于，包括：

周转轮系，所述周转轮系包括行星架(5)和可转动的中心轮；

用于与工件连接的联轴器(14)，所述联轴器(14)与所述行星架(5)的回转中心固定连接、以便所述工件与所述行星架(5)同步转动；

线性激振器(7)，与所述中心轮固定连接、以使所述中心轮沿周向往复扭转。

2.根据权利要求1所述的扭振激励装置，其特征在于，所述中心轮为内齿圈(2)，所述内齿圈(2)的中部设有可转动的太阳轮(4)；还包括与所述太阳轮(4)同轴连接、且能够驱动所述太阳轮(4)转动的驱动部(1)。

3.根据权利要求2所述的扭振激励装置，其特征在于，所述行星架(5)的外缘沿周向均匀分布有若干个计数齿；还包括用于根据所述计数齿的数量监测所述行星架(5)转速的第一转速传感器(12)。

4.根据权利要求3所述的扭振激励装置，其特征在于，还包括沿水平方向延伸、且轴线经过所述内齿圈(2)圆心的悬臂杆(6)，所述悬臂杆(6)一端与所述内齿圈(2)固定连接、另一端与所述线性激振器(7)连接。

5.根据权利要求4所述的扭振激励装置，其特征在于，所述内齿圈(2)的外周设有信号齿，还包括用于根据所述信号齿检测所述内齿圈(2)转速的第二转速传感器(15)。

6.根据权利要求5所述的扭振激励装置，其特征在于，所述驱动部(1)为驱动电机，所述驱动电机设有用于监测扭振的编码器(13)。

7.根据权利要求6所述的扭振激励装置，其特征在于，还包括用于控制所述线性激振器(7)的激励电压的控制箱(10)，所述控制箱(10)与所述线性激振器(7)连接。

8.根据权利要求2～7任意一项所述的扭振激励装置，其特征在于，所述内齿圈(2)、所述太阳轮(4)和所述周转轮系的行星轮(3)均为平行轴变齿厚齿轮，以消除啮合侧隙。

9.根据权利要求1～7任意一项所述的扭振激励装置，其特征在于，所述行星架(5)设有用于调节惯量的配重盘。

10.根据权利要求9所述的扭振激励装置，其特征在于，所述联轴器(14)至少有两个，各个所述联轴器(14)的刚度均不相同，且每个所述联轴器(14)均能够与所述行星架(5)可拆卸的连接。