CN110207980B - 多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台及试验方法，涉及动力学试验技术领域，包括输入齿轮箱、跨接齿轮箱、电机、离合器、圆光栅、三向加速度传感器、转速扭矩仪、数据采集与分析仪等部分，六个离合器的不同开关组合可以模拟不同的工作状态。传动系统下方设计了基础和浮筏组成的双层隔振装置，可以近似模拟船舶传动系统的安装形式。对各箱体主动轮轴和从动轮轴分别安装圆光栅，测量齿轮传递误差，使用加速度传感器，得到不同工况下多输入多输出齿轮传动系统横向及纵向振动的传递规律。本发明的优点在于能够测量多输入多输出复杂齿轮传动系统各种工况下的响应，同时考虑了基础和浮筏的耦合特性，应用范围广，测试数据精确。

Description

多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及动力学试验技术领域，特别是涉及多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台及试验方法。

背景技术

近些年来，舰船主动力配置形式上呈现多样化的发展趋势，在大、中型舰船中，越来越多地采用联合动力装置。联合动力装置是指包含两种及两种以上相同或不同形式主机的动力装置，可以随着舰船航行工况的不同而改变动力组合和驱动方式，是保证船舶按任务需求进行航行、作业、停泊及船上各类人员正常工作和生活所必需的机电设备的综合体，有船舶“心脏”之称。联合动力传动系统的轴系振动与箱体结构振动是引起舰船产生机械噪声的主要原因，其结构较为复杂，精度要求较高，工作环境比较恶劣，其性能的好坏直接决定了船舶动力装置的运行可靠性。因此，以联合动力传动装置为研究对象，围绕多输入多输出齿轮传动系统动力学特性开展研究，获取复杂齿轮传动系统的耦合振动规律，是实现系统减振降噪的基础依据，对降低舰船的振动噪声、改善舰船性能以及优化海洋声学环境具有重要的指导意义。

已有研究成果显示，因为多输入多输出齿轮传动系统所特有的多箱体耦合等问题，其动力学响应存在一定的特殊性。而目前的振动特性试验台基本都是测量分析单输入单输出情况下的振动噪声参数，没有考虑到多输入多输出复杂工况对系统响应的影响。

发明内容

本发明实施例提供了多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台及试验方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，包括大功率直流电机、小功率直流电机、大功率端输入齿轮箱、小功率端输入齿轮箱、跨接齿轮箱、大功率端测功机和小功率端测功机，所述大功率端输入齿轮箱和小功率端输入齿轮箱内部均具有输入轴齿轮、中间轴齿轮和输出轴齿轮，所述输入轴齿轮与中间轴齿轮啮合，中间轴齿轮与两个输出轴齿轮啮合，所述大功率端输入齿轮箱的输入轴齿轮通过离合器与所述大功率直流电机连接，所述大功率端输入齿轮箱的一个输出轴齿轮与所述大功率端测功机连接，另一个输出轴齿轮通过离合器与所述跨接齿轮箱的一个输入端连接，所述小功率端输入齿轮箱的输入轴齿轮通过离合器与所述小功率直流电机连接，所述小功率端输入齿轮箱的一个输出轴齿轮与所述小功率端测功机连接，另一个输出轴齿轮通过离合器与所述跨接齿轮箱的另一个输入端连接；

所述大功率端输入齿轮箱、小功率端输入齿轮箱和跨接齿轮箱的每个机脚处均安装有三向加速度传感器，所述大功率端输入齿轮箱的轴承孔座、小功率端输入齿轮箱的轴承孔座和跨接齿轮箱的轴承孔座上均安装有三向加速度传感器，该三向加速度传感器用于测量箱体的振动信号；各个轴端安装有圆光栅，该圆光栅用于测量角位移。

本发明还提供了多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验方法，包括以下步骤：

测试前将试验台安装调试好，将三向加速度传感器安装在大功率端输入齿轮箱、小功率端输入齿轮箱和跨接齿轮箱的机脚和轴承孔座上，将圆光栅安装在轴端；

开启大功率直流电机、小功率直流电机、大功率端测功机和小功率端测功机，在试验台在工作一段时间后开始数据测量，测量数据时使用三向加速度传感器测量箱体的振动，使用大功率端测功机和小功率端测功机测量输出的转速扭矩信息，使用圆光栅测量齿轮的角位移，根据角位移和齿轮啮合公式计算齿轮的理论角位移，即得到齿轮副的传递误差；

通过控制大功率直流电机、小功率直流电机电机和离合器开启，实现工况的切换。

本发明中的多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台及试验方法，具有以下优点：

试验台可以通过离合器的开闭模拟多主机驱动的复杂齿轮传动系统的多种工作状态，同时可以通过加装不同的测试系统测量不同的参数，从而实现齿轮传递误差、箱体振动加速度等不同内容的测量，可以实现一机多用，应用范围广，具有多功能性；

试验台采用了浮筏和基础的双层隔振装置设计，更加接近于船舶齿轮传动系统的真实工作状态，测试结果更准确，更有说服力。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台简化结构图；

图2为多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台的整体布置示意图；

图3为多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台测点布置图；

图4为输入齿轮箱内部齿轮啮合关系示意图。

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。

参照图1至图4，本发明提供了一种多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，该试验台主要由一号大功率直流电机1、二号大功率直流电机7、一号小功率直流电机10、二号小功率直流电机16、大功率端输入齿轮箱4、小功率端输入齿轮箱13、跨接齿轮箱19、大功率端测功机8、小功率端测功机9、一号-六号膜片联轴器(2、6、11、15、18、20)、第一双向可控离合器3、第二双向可控离合器5、第三双向可控离合器12、第四双向可控离合器14、第一摩擦片离合器17、第二摩擦片离合器21、浮筏22、基础23等部分组成。整个试验台通过螺栓安装在由基础23和浮筏22构成的双层隔振系统上，这样可以避免其他装置的振动传递到振动特性试验台上，提高测试结果的精度，本发明中基础采用钢和混凝土结构，浮筏采用橡胶材料，可以有效隔离其他干扰源。电机、输入齿轮箱、跨接齿轮箱等部分通过膜片联轴器连接在一起，膜片联轴器柔性较强，可以减弱各齿轮箱之间的耦合效果。

所述大功率端输入齿轮箱4和小功率端输入齿轮箱13内部均具有输入轴齿轮24、中间轴齿轮25和输出轴齿轮26、27，以大功率端输入齿轮箱4为例，左右两侧一号大功率直流电机1和二号大功率直流电机7均分别通过对应的一号膜片联轴器2、二号膜片联轴器6以及第一双向可控离合器3和第二双向可控离合器5将动力传递到输入轴齿轮24，实现功率的汇流，在汇流时需要保证两侧齿轮的输入转速相同。输入轴齿轮24与中间轴齿轮25啮合，中间轴齿轮25同时与两个输出轴齿轮26、27啮合，实现功率的分支，一分支连接大功率端测功机8，另一分支依次通过第二摩擦片离合器21和六号膜片联轴器20连接至所述跨接齿轮箱19。所述小功率端输入齿轮箱13与其他设备的连接关系与所述大功率端输入齿轮箱4相同，此处不再赘述。

所述跨接齿轮箱19内有两对人字齿轮，分别与大功率端输入齿轮箱4和小功率端输入齿轮箱13的输出端连接，起到换向作用。

传感器的布置方案如图3所示，在大功率端输入齿轮箱4、小功率端输入齿轮箱13和跨接齿轮箱19的每个机脚处安装三向加速度传感器(如测点1)。所述大功率端输入齿轮箱4的轴承孔座、小功率端输入齿轮箱13的轴承孔座和跨接齿轮箱19的轴承孔座上均安装有三向加速度传感器(如测点2)，通过这些测点的传感器测量箱体的振动信号。在一号-六号膜片联轴器2、6、11、15、18、20处安装转速扭矩仪，实时监测试验台的动态输入信号(如测点5)。在轴承孔座的各个轴端安装圆光栅测量角位移(如测点3)，从而求得齿轮副的传递误差。大功率端测功机8和小功率端测功机9(如测点4)则分别安装在大功率端输入齿轮箱4和小功率端输入齿轮箱13的输出端，以测量输出的转速和功率。

本发明主要应用于单输入单输出、双输入单输出、双输入双输出、单输入双输出四种工况。单输入单输出工况时第一双向可控离合器3接合，功率从一号大功率直流电机1输入大功率端输入齿轮箱4，最终从大功率端测功机8输出。双输入单输出工况时第一双向可控离合器3和第二双向可控离合器5接合，功率从一号大功率直流电机1和二号大功率直流电机7输入大功率端输入齿轮箱4，从大功率端测功机8输出。单输入单输出、双输入单输出两种工况下功率均不流经跨接齿轮箱19。

双输入双输出工况时第一双向可控离合器3、第四双向可控离合器14、第一摩擦片离合器17、第二摩擦片离合器21接合，由于两个输入的功率不同故该工况可模拟不同原动机特性，比如柴油机燃气轮机联合驱动等。单输入双输出工况时第一双向可控离合器3、第一摩擦片离合器17、第二摩擦片离合器21接合，功率从一号大功率直流电机1输入，依次流经大功率端输入齿轮箱4和跨接齿轮箱19后从大功率端测功机8、小功率端测功机9输出。

本发明利用上述试验台进行试验的方法为：

1、在测试前，将试验台安装调试好，用砂纸将测点处打磨光滑，并用传感器专用胶水将三向加速度传感器粘贴在机脚和轴承孔座上，将转速扭矩仪安装在联轴器上，将圆光栅安装在轴承孔座的轴端。为保证安全，将试验台用防护网罩住。

2、通过控制系统开启电机、油站以及测功机，试验台在工作一段时间，例如5min后开始进行数据测量，以保证系统处于稳态，测量数据时使用转速扭矩仪实时监控输入的转速扭矩信息，使用三向加速度传感器测量箱体的振动，使用测功机测量输出的转速扭矩信息，使用圆光栅测量齿轮的角位移，根据角位移和齿轮啮合公式计算齿轮的理论角位移，即得到齿轮副的传递误差。

3、通过控制不同的电机和离合器开启，可以实现工况的切换。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，其特征在于，包括大功率直流电机、小功率直流电机、大功率端输入齿轮箱、小功率端输入齿轮箱、跨接齿轮箱、大功率端测功机和小功率端测功机，所述大功率端输入齿轮箱和小功率端输入齿轮箱内部均具有输入轴齿轮、中间轴齿轮和输出轴齿轮，所述输入轴齿轮与中间轴齿轮啮合，中间轴齿轮与两个输出轴齿轮啮合，所述大功率端输入齿轮箱的输入轴齿轮通过离合器与所述大功率直流电机连接，所述大功率端输入齿轮箱的一个输出轴齿轮与所述大功率端测功机连接，另一个输出轴齿轮通过离合器与所述跨接齿轮箱的一个输入端连接，所述小功率端输入齿轮箱的输入轴齿轮通过离合器与所述小功率直流电机连接，所述小功率端输入齿轮箱的一个输出轴齿轮与所述小功率端测功机连接，另一个输出轴齿轮通过离合器与所述跨接齿轮箱的另一个输入端连接；

所述大功率端输入齿轮箱、小功率端输入齿轮箱和跨接齿轮箱的每个机脚处均安装有三向加速度传感器，所述大功率端输入齿轮箱的轴承孔座、小功率端输入齿轮箱的轴承孔座和跨接齿轮箱的轴承孔座上均安装有三向加速度传感器，该三向加速度传感器用于测量箱体的振动信号；所述轴承孔座的各个轴端安装有圆光栅，该圆光栅用于测量角位移。

2.如权利要求1所述的多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，其特征在于，位于所述大功率直流电机和大功率端输入齿轮箱之间的离合器使用联轴器与所述大功率直流电机连接，位于所述小功率直流电机和小功率端输入齿轮箱之间的离合器使用联轴器与所述小功率直流电机连接；位于所述大功率端输入齿轮箱和跨接齿轮箱之间的离合器使用联轴器与所述跨接齿轮箱连接，位于所述小功率端输入齿轮箱和跨接齿轮箱之间的离合器使用联轴器与所述跨接齿轮箱连接。

3.如权利要求2所述的多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，其特征在于，所述大功率直流电机上的联轴器、小功率直流电机上的联轴器、以及跨接齿轮箱输入端上的联轴器均为膜片联轴器。

4.如权利要求2所述的多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，其特征在于，所述大功率直流电机上的联轴器、小功率直流电机上的联轴器、以及跨接齿轮箱输入端上的联轴器处安装有转速扭矩仪，该转速扭距仪用于实时监测所述试验台的动态输入信号。

5.如权利要求1所述的多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，其特征在于，所述大功率直流电机和大功率端输入齿轮箱之间的离合器、以及所述小功率直流电机和小功率端输入齿轮箱之间的离合器均为双向可控离合器；所述跨接齿轮箱与大功率端输入齿轮箱和小功率端输入齿轮箱之间的离合器为摩擦片离合器。

6.如权利要求1所述的多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台，其特征在于，所述试验台使用螺栓安装在由基础和浮筏构成的双层隔振系统上，所述基础采用钢和混凝土结构，所述浮筏采用橡胶材料。

7.利用权利要求1中多输入多输出齿轮传动系统振动特性试验台的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

测试前将所述试验台安装调试好，将三向加速度传感器安装在大功率端输入齿轮箱、小功率端输入齿轮箱和跨接齿轮箱的机脚和轴承孔座上，将圆光栅安装在轴端；

开启大功率直流电机、小功率直流电机、大功率端测功机和小功率端测功机，在所述试验台工作一段时间后开始数据测量，测量数据时使用三向加速度传感器测量箱体的振动，使用大功率端测功机和小功率端测功机测量输出的转速扭矩信息，使用圆光栅测量齿轮的角位移，根据角位移和齿轮啮合公式计算齿轮的理论角位移，即得到齿轮副的传递误差；

通过控制大功率直流电机、小功率直流电机和离合器开启，实现工况的切换。

8.如权利要求7所述的试验方法，其特征在于，安装三向加速度传感器时，先用砂纸将测点处打磨光滑，然后用传感器专用胶水将三向加速度传感器粘贴在机脚和轴承孔座上。

9.如权利要求7所述的试验方法，其特征在于，在三向加速度传感器和圆光栅安装完毕后，将所述试验台用防护网罩住。

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