CN110095283A - 一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，包括依次配合安装的伺服电机、B扭矩传感器、主动轮支撑轴、主动齿轮、惰轮系统的齿轮、从动齿轮、从动轮支撑轴、A扭矩传感器和磁粉制动器，三个齿轮上均设置旋转编码器；两个扭矩传感器与计算机连接，三套旋转编码器连接数据采集卡、计算机；伺服电机和磁粉制动器分别为整个装置提供动力和制动扭矩；扭矩传感器对整个装置的扭矩进行检测；旋转编码器对三个齿轮周向位置进行实时测量；本发明克服现有技术中难以实现对轴承时变刚度激励影响下的齿轮传动系统动力学特征进行测试的难题，可实现对不同类型轴承支撑下的齿轮传动系统动力学特性进行实验测试分析，且具有较高的测量精度和稳定性。

Description

一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置
技术领域
本发明属于齿轮传动系统动力学特性分析与测试技术领域，具体涉及一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置。
背景技术
随着精密齿轮传动机械对其各组件性能要求的日益提升，作为系统中的重要支撑组件，圆柱滚子轴承也逐步向精密化方向发展。与存在预紧力的角接触球轴承不同，圆柱滚子轴承由于不进行初始预紧，在使用过程中会存在一定的径向游隙，导致圆柱滚子轴承的刚度随滚子周向位置变化而产生时变特性。然而在目前研究中，通常对圆柱滚子支撑轴承进行线性简化处理，忽视了圆柱滚子轴承刚度时变特性对齿轮传动系统动力学特性的影响。为了满足高精密齿轮传动系统动力学特性的精准分析，必须要突破传统的轴承刚度时不变假设，构建支持不同类型轴承支撑的专用齿轮传动系统测试平台，通过对比分析不同类型轴承支撑的齿轮传动系统动力学响应特性，深入研究轴承刚度时变激励对齿轮传动系统的影响。
此外，精密齿轮传动系统中的轮齿修形以及制造装配误差等因素对系统动力学影响研究也是传动系统动力学特性分析的重点内容。作为齿轮传动系统减振降噪的有效手段，对齿轮进行轮齿修形已在实际工程中广为应用，但修形量的大小以及修形方式对系统动力学特性的定量测试研究仍缺乏高精度测试平台。在实际工程应用中，各零部件的制造装配均存在一定的误差，如何精准把握误差对齿轮传动系统动力学响应的影响，同样需要高精度的误差可调齿轮传动实验测试平台予以技术支撑。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提出一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，实现分析圆柱滚子轴承刚度时变激励对齿轮传动系统动力学特性影响，同时可测试研究不同齿轮轮齿修形以及制造装配误差对齿轮传动系统动力学特性的影响。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，包括依次配合安装的伺服电机11、B扭矩传感器10、主动轮支撑轴9、主动齿轮8、惰轮系统7的齿轮、从动齿轮4、从动轮支撑轴3、A扭矩传感器2和磁粉制动器1，主动齿轮8、惰轮系统7的齿轮及从动齿轮4上均配套设置旋转编码器6；两个扭矩传感器与外部配套的计算机信号连接，三套旋转编码器6的信号端均连接数据采集卡、数据采集卡输出信号连接至计算机，旋转编码器6通过编码器支架5固定于外部配套的铸铁平台上。
所述的惰轮系统7包括惰轮702，惰轮702通过支撑轴承706与惰轮支撑轴707前端配合连接，支撑轴承706由前锁紧螺母705固定，支撑轴承706与惰轮702在轴向通过惰轮前端盖701和惰轮后端盖703固定；惰轮支撑轴707后端与固定支架704配合并由后锁紧螺母708固定，整体惰轮系统7固定于外部配套的铸铁平台上。
所述的三套旋转编码器6本身具有配合孔，分别与主动轮支撑轴9、惰轮前端盖701、从动轮支撑轴3配合连接，用于在系统运行过程中实时监测和采集各齿轮的位置信号。
所述的主动齿轮(8)、从动齿轮(4)以及惰轮(702)均能够加工不同的轮齿修形量，实现对不同修形下的齿轮系统动力学特性进行测试分析。
所述的主动齿轮(8)、从动齿轮(4)以及惰轮(702)均能够加工不同的齿轮制造误差，实现对不同制造误差下的齿轮系统动力学特性进行测试分析。
所述的支撑轴承(706)能够更换不同类型，实现不同类型轴承支撑下的齿轮动力学响应进行测试，所述的支撑轴承706包括但不限于角接触球轴承、圆柱滚子轴承。
与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：
1、本发明解决了难以开展圆柱滚子轴承刚度时变激励对齿轮传动系统动力学特性影响测试研究的问题。通过更换不同类型的支撑轴承706，可实现对不同类型轴承支撑下的齿轮动力学响应进行测试，并通过对比分析，研究圆柱滚子轴承刚度时变激励对齿轮传动系统动力学特性的影响。
2、通过更换具有不同轮齿修形量的主动齿轮8、从动齿轮4以及惰轮702，可快速方便的实现对不同轮齿修形量下的齿轮系统动力学特性进行测试分析，定量研究轮齿修形量对齿轮传动系统动力学特性影响。
3、通过更换具有不同制造误差的主动齿轮8、从动齿轮4以及惰轮702，可快速方便的实现对不同齿轮制造误差下的齿轮系统动力学特性进行测试分析，定量研究齿轮制造误差对齿轮传动系统动力学特性影响。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
对轴承刚度时变激励影响、轮齿修形、制造误差等影响下的齿轮传动系统动力学特性进行定量实验测试分析，为齿轮传动系统参数优化设计以及零件加工精度选取提供理论和技术支撑，在精密齿轮传动系统设计的工程应用中具有重要的实用价值。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明数据采集原理示意图。
图3为本发明惰轮系统装配结构示意图，其中图3A为主视图，图3B为俯视图。
其中：1-磁粉制动器、2-A扭矩传感器、3-输出轮支撑轴、4-输出齿轮、5-旋转编码器支架、6-旋转编码器、7-惰轮系统、8-输入齿轮、9-输入轮支撑轴、10-B扭矩传感器、11-伺服电机；701-惰轮前端盖、702-惰轮、703-惰轮后端盖、704-支撑架、705-前锁紧螺母、706-支撑轴承、707-惰轮支撑轴、708-后锁紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参照图1、图2，一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，包括依次配合安装的伺服电机11、B扭矩传感器10、主动轮支撑轴9、主动齿轮8、惰轮系统7的齿轮、从动齿轮4、从动轮支撑轴3、A扭矩传感器2和磁粉制动器1，主动齿轮8、惰轮系统7的齿轮及从动齿轮4上均配套设置有编码器支架5和旋转编码器6；两个扭矩传感器与外部配套的计算机信号连接，三套旋转编码器6的信号端均连接数据采集卡、数据采集卡输出信号连接至计算机，旋转编码器6通过编码器支架5固定于外部配套的铸铁平台上。
参照图1，主动齿轮8通过中间惰轮系统7将动力传递到从动齿轮4，主动齿轮8、中间惰轮系统7、从动齿轮4三者构成多平行轴齿轮传动系统。
参照图3，所述的中间惰轮系统7包括惰轮前端盖701、惰轮702、惰轮后端盖703、固定支架704、前锁紧螺母705、支撑轴承706、惰轮支撑轴707、后锁紧螺母708等相应附件，惰轮702通过支撑轴承706与惰轮支撑轴707前端配合连接，支撑轴承706由前锁紧螺母705固定，支撑轴承706与惰轮702在轴向通过惰轮前端盖701和惰轮后端盖703固定；惰轮支撑轴707后端与固定支架704配合并由后锁紧螺母708固定，整体惰轮系统7固定于外部配套的铸铁平台上。
参照图1和图3，所述的三套旋转编码器6本身具有配合孔，分别与主动轮支撑轴9、惰轮前端盖701、从动轮支撑轴3配合连接，用于在系统运行过程中实时监测和采集各齿轮的位置信号，旋转编码器6通过编码器支架5固定于外部配套的铸铁平台上。
参照图1和图3，对于主动齿轮8、从动齿轮4以及惰轮702，通过在各齿轮零件上加工不同的轮齿修形量，以及加工不同的齿轮制造误差，可实现对不同修形及制造误差下的齿轮系统动力学特性进行测试分析。
参照图3，通过更换不同类型的支撑轴承706(包括但不限于角接触球轴承、圆柱滚子轴承等)，可实现对不同类型轴承支撑下的齿轮系统动力学特性进行测试分析，通过对比分析不同类型轴承支撑的齿轮传动系统动力学响应特性，分析圆柱滚子轴承刚度时变激励对齿轮传动系统的影响。
本发明的工作原理：
驱动器驱动伺服电机11，伺服电机11带动主动轮支撑轴9将动力通过主动齿轮8、惰轮系统7的齿轮传递到从动齿轮4；加载控制器驱动磁粉制动器1，磁粉制动器1经从动轮支撑轴3为整个装置提供制动扭矩；
B扭矩传感器10、A扭矩传感器2分别对整个装置的输入、输出扭矩进行检测，数据传输到计算机；主动齿轮8、惰轮系统7的齿轮及从动齿轮4上配套设置的旋转编码器6分别对其周向位置进行实时测量，并由数据采集卡传输至计算机。
通过更换不同类型的支撑轴承706，可实现对不同类型轴承支撑下的齿轮动力学响应进行测试，并通过对比分析，研究圆柱滚子轴承刚度时变激励对齿轮传动系统动力学特性的影响。
通过更换具有不同轮齿修形量的主动齿轮8、从动齿轮4以及惰轮702，可快速方便的实现对不同轮齿修形量下的齿轮系统动力学特性进行测试分析，定量研究轮齿修形量对齿轮传动系统动力学特性影响。
通过更换具有不同制造误差的主动齿轮8、从动齿轮4以及惰轮702，可快速方便的实现对不同齿轮制造误差下的齿轮系统动力学特性进行测试分析，定量研究齿轮制造误差对齿轮传动系统动力学特性影响。

Claims (5)

1.一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，包括依次配合安装的伺服电机(11)、B扭矩传感器(10)、主动轮支撑轴(9)、主动齿轮(8)、惰轮系统(7)的齿轮、从动齿轮(4)、从动轮支撑轴(3)、A扭矩传感器(2)和磁粉制动器(1)，其特征在于：主动齿轮(8)、惰轮系统(7)的齿轮及从动齿轮(4)上均配套设置有旋转编码器(6)；两个扭矩传感器与外部配套的计算机信号连接，三套旋转编码器(6)的信号端均连接数据采集卡、数据采集卡输出信号连接至计算机，旋转编码器(6)通过编码器支架(5)固定于外部配套的铸铁平台上。
2.根据权利要求1所述的一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，其特征在于：所述的惰轮系统(7)包括惰轮(702)，惰轮(702)通过支撑轴承(706)与惰轮支撑轴(707)前端配合连接，支撑轴承(706)由前锁紧螺母(705)固定，支撑轴承(706)与惰轮(702)在轴向通过惰轮前端盖(701)和惰轮后端盖(703)固定；惰轮支撑轴(707)后端与固定支架(704)配合并由后锁紧螺母(708)固定，整体惰轮系统(7)固定于外部配套的铸铁平台上。
3.根据权利要求2所述的一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，其特征在于：所述的主动齿轮(8)、从动齿轮(4)以及惰轮(702)均能够加工不同的轮齿修形量，实现对不同修形下的齿轮系统动力学特性进行测试分析。
4.根据权利要求2所述的一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，其特征在于：所述的主动齿轮(8)、从动齿轮(4)以及惰轮(702)均能够加工不同的齿轮制造误差，实现对不同制造误差下的齿轮系统动力学特性进行测试分析。
5.根据权利要求2所述的一种考虑轴承时变激励的齿轮动力学测试装置，其特征在于：所述的支撑轴承(706)能够更换不同类型，实现不同类型轴承支撑下的齿轮动力学响应进行测试，所述的支撑轴承706包括但不限于角接触球轴承、圆柱滚子轴承。
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