CN110261053B - 测量行星排横—扭耦合振动的方法 - Google Patents
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Abstract
测量行星排横—扭耦合振动的方法，其包括在行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面的上方分别设置第一位移传感器，行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面上的多个凹槽的底部分别位于对应的第一位移传感器的探测范围之外；在行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈的圆周面的侧面分别设置第二位移传感器，三个第二位移传感器的探头沿水平方向指向对应的行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的外圆周面。其目的在于提供一种能够高精度的测量出转动状态下的行星排的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动，帮助研究人员准确分析行星齿轮传动的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动特性的测量行星排横—扭耦合振动的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量行星排横—扭耦合振动的方法。
背景技术
与固定轴齿轮机构相比，行星排的主要特点是:
(l)传动比大，能够实现单自由度运动的固定轴齿轮机构所不能实现的二自由度速度分解或合成；
(2)体积小，重量轻，传递功率大，承载能力高，多点啮合传递动力；
(3)传动时径向力平衡。每个行星排周向布置的几组行星齿轮所形成的径向分力，对中心轴承是相互平衡的，理论上不存在径向负荷；
(4)设计、生产及装配都比较复杂，成本也高于固定轴齿轮传动。
但对于高速重载车辆，传递功率在700-800kw以上的变速箱，几乎全部采用行星齿轮传动。随之而来的是非常突出的振动与噪声问题，因此而导致了各种故障。但由于行星排结构紧凑复杂，其振动频谱成分丰富，使得故障不易诊断，曾经出现过行星变速箱中太阳齿轮发生断齿情况，但又不易通过在变速箱箱体表面布置传感器测试获得振动频谱识别故障模式。因此，研究行星齿轮故障信号传递路径和识别故障模式至关重要，其中故障行星排的振动信号获得是试验验证重要的手段，但由于行星排结构紧凑，各元件的扭转振动位移测量困难，通过应变测试的方式，传感器布置操作极为不便。如果齿轮啮合时发生敲击现象，此时齿廓发生变化(齿面和齿背发生交换)，应变测试的布置失效，获得的试验数据存在虚假信号，难以支撑实验验证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够高精度的测量出转动状态下的行星排的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动，帮助研究人员准确分析行星齿轮传动的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动特性的测量行星排横—扭耦合振动的方法。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其包括以下步骤：
A、将待测的行星排安装在工作台上，行星排包括太阳轮、行星架、多个行星轮和齿圈，太阳轮与多个环绕太阳轮设置的行星轮相啮合，每个行星轮分别安装在一个行星轮轴上，每个行星轮轴分别安装在行星架上，多个行星轮轴的轴线彼此相互平行，多个行星轮分别与齿圈相啮合，齿圈的外侧面为圆柱形；
B、在待测的行星排的太阳轮上安装固定一个圆形的太阳齿轮轻质盘，太阳齿轮轻质盘的轴线与太阳轮的重合，在待测的行星排的行星架上安装一个圆环形的行星架轻质盘，行星架轻质盘的轴线与太阳轮的重合，在待测的行星排的齿圈上安装固定一个圆形的齿圈轻质盘，齿圈轻质盘的轴线与太阳轮的重合，行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘、齿圈轻质盘和齿圈的外圆直径相同，行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面上分别设有多个凹槽；
C、在行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面的上方分别设置第一位移传感器，三个第一位移传感器的探头沿竖直方向朝下指向对应的行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面，所述行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面上的多个凹槽的底部分别位于对应的第一位移传感器的探测范围之外；
在行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面的侧面分别设置第二位移传感器，三个第二位移传感器的探头沿水平方向指向对应的行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的外圆周面，所述行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面上的多个凹槽的底部分别位于对应的第二位移传感器的探测范围之外；
D、双向低速空载转动行星排的太阳轮或行星架或齿圈，利用三个第一位移传感器和三个第二位移传感器检查行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的外圆周面的圆跳度，利用NI试验数据采集系统上的Labview试验数据采集软件，对三个第一位移传感器和三个第二位移传感器的输出信号进行采集处理，同时通过三个第一位移传感器的探头和三个第二位移传感器的探头扫描到凹槽时无法读取到凹槽的底部位置产生的信号特征，记录下各个凹槽的位置信息，通过分析分别获得行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘在低速空载转动条件下其轴心在与轴线垂直的平面上圆周面方向上的初始二维坐标位置数据，以及获得行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘上的各个凹槽在低速空载转动条件下未发生扭转变形的角位移坐标数据；
E、通过驱动装置加载驱动行星排的太阳轮、行星架和齿圈转动，利用三个第一位移传感器和三个第二位移传感器获得行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈的外圆周面的圆跳度，利用NI试验数据采集系统上的Labview试验数据采集软件，对三个第一位移传感器和三个第二位移传感器的输出信号进行采集处理，通过分析分别获得行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘在驱动装置加载驱动条件下其轴心在与轴线垂直的平面上的振动二维坐标数据，以及获得行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘上的各个凹槽在驱动装置驱动加载条件下发生扭转振动的二维坐标数据，进而通过各个凹槽的相对位置变化分别获得行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘在驱动装置驱动加载条件下的扭转振动位移数据。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其中所述行星架轻质盘采用多个螺钉固定在行星架，行星架轻质盘采用铝合金制成，太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘采用铝合金制成。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其中所述第一位移传感器和第二位移传感器分别通过支架固定在工作台上。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其中所述第一位移传感器和第二位移传感器为电涡流位移传感器，第一位移传感器和第二位移传感器的型号为eddyNCDT3010M。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其中所述行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面上分别设有3—8个凹槽。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其中所述行星架轻质盘、太阳齿轮轻质盘和齿圈轻质盘的圆周面上分别设有4—6个凹槽。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，可将其应用于行星排振动动力学和故障诊断机理的科学研究中，为相关的研究提供完整的测试方案以获得全面的测试数据；本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法用来测量行星排的太阳轮、行星架和齿圈的圆跳度和太阳轮、行星架和齿圈上的角位移振动更为方便、可达，可进一步改进应用于装备行星传动系统的状态监测和健康管理，如运用过程中轴承磨损、轴弯曲变形等技术状态的变化。因此，本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法具有能够高精度的测量出转动状态下的行星排的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动，帮助研究人员准确分析行星齿轮传动的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动特性的特点。
下面结合附图对本发明测量行星排横—扭耦合振动的方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法所用装置的结构示意图；
图2为图1的侧视图。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其包括以下步骤：
A、将待测的行星排安装在工作台上，行星排包括太阳轮1、行星架2、多个行星轮3和齿圈4，太阳轮1与多个环绕太阳轮1设置的行星轮3相啮合，每个行星轮3分别安装在一个行星轮轴5上，每个行星轮轴5分别安装在行星架2上，多个行星轮轴5的轴线彼此相互平行，多个行星轮3分别与齿圈4相啮合，齿圈4的外侧面为圆柱形；
B、在待测的行星排的太阳轮1上安装固定一个圆形的太阳齿轮轻质盘6，太阳齿轮轻质盘6的轴线与太阳轮1的重合，在待测的行星排的行星架2上安装一个圆环形的行星架轻质盘7，行星架轻质盘7的轴线与太阳轮1的重合，在待测的行星排的齿圈4上安装固定一个圆形的齿圈轻质盘10，齿圈轻质盘10的轴线与太阳轮1的重合，行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6、齿圈轻质盘10和齿圈4的外圆直径相同，行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面上分别设有多个凹槽11；
C、在行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面的上方分别设置第一位移传感器8，三个第一位移传感器8的探头沿竖直方向朝下指向对应的行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面，所述行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面上的多个凹槽11的底部分别位于对应的第一位移传感器8的探测范围之外；
在行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面的侧面分别设置第二位移传感器9，三个第二位移传感器9的探头沿水平方向指向对应的行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的外圆周面，所述行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面上的多个凹槽11的底部分别位于对应的第二位移传感器9的探测范围之外；
D、双向低速空载转动行星排的太阳轮1或行星架2或齿圈4，利用三个第一位移传感器8和三个第二位移传感器9检查行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的外圆周面的圆跳度，利用NI试验数据采集系统上的Labview试验数据采集软件，对三个第一位移传感器8和三个第二位移传感器9的输出信号进行采集处理，同时通过三个第一位移传感器8的探头和三个第二位移传感器9的探头扫描到凹槽11时无法读取到凹槽11的底部位置产生的信号特征，记录下各个凹槽11的位置信息，通过分析分别获得行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10在低速空载转动条件下其轴心在与轴线垂直的平面上圆周面方向上的初始二维坐标位置数据，以及获得行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10上的各个凹槽11在低速空载转动条件下未发生扭转变形的角位移坐标数据；
E、通过驱动装置加载驱动行星排的太阳轮1、行星架2和齿圈4转动，利用三个第一位移传感器8和三个第二位移传感器9获得行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈4的外圆周面的圆跳度，利用NI试验数据采集系统上的Labview试验数据采集软件，对三个第一位移传感器8和三个第二位移传感器9的输出信号进行采集处理，通过分析分别获得行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10在驱动装置加载驱动条件下其轴心在与轴线垂直的平面上的振动二维坐标数据，以及获得行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10上的各个凹槽11在驱动装置驱动加载条件下发生扭转振动的二维坐标数据，进而通过各个凹槽11的相对位置变化分别获得行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10在驱动装置驱动加载条件下的扭转振动位移数据。
行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10上的各个凹槽11，由于其沿径向的深度大于三个第一位移传感器8和三个第二位移传感器9的量程，在凹槽11转动并经过三个第一位移传感器8和三个第二位移传感器9时，三个第一位移传感器8和三个第二位移传感器9会记录下一个超量程数据，用于表征行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10之间的角位移，而相对的角位移描述了包括了齿侧间隙在内的扭转振动位移信息。
上述空载、低速双向转动行星排，可获得行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10上的各个凹槽11的相对位置，进而获得各个啮合轮齿的齿侧间隙。
作为本发明的进一步改进，上述行星架轻质盘7采用多个螺钉固定在行星架2，行星架轻质盘7采用铝合金制成，太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10采用铝合金制成。
作为本发明的进一步改进，上述第一位移传感器8和第二位移传感器9分别通过支架固定在工作台上。
作为本发明的进一步改进，上述第一位移传感器8和第二位移传感器9为电涡流位移传感器，第一位移传感器8和第二位移传感器9的型号为eddyNCDT3010M，也可使用其它非接触式位移传感器替代电涡流位移传感器作为第一位移传感器8和第二位移传感器9。
作为本发明的进一步改进，上述行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面上分别设有3—8个凹槽11。
作为本发明的进一步改进，上述行星架轻质盘7、太阳齿轮轻质盘6和齿圈轻质盘10的圆周面上分别设有4—6个凹槽11。
本发明可以对行星排的太阳轮、行星架和齿圈上的角位移振动和太阳轮、行星架和齿圈的圆跳度进行测量；本发明可以应用于行星排振动动力学和故障诊断机理的科学研究中，为相关的研究提供完整的测试方案以获得全面的测试数据。与利用应变片测量齿轮轮齿应力的方法相比，本发明可同时测量角位移和圆跳度，且更为方便、可达，也解决了旋转件上应变片的引线问题，没有集电环等装置对转速的限制。本发明可进一步改进应用于装备行星传动系统的状态监测和健康管理，如运用过程中轴承磨损、轴弯曲变形和齿轮轮齿磨损等技术状态的变化。
本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法，可将其应用于行星排振动动力学和故障诊断机理的科学研究中，为相关的研究提供完整的测试方案以获得全面的测试数据；本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法用来测量行星排的太阳轮、行星架和齿圈的圆跳度和太阳轮、行星架和齿圈上的角位移振动更为方便、可达，可进一步改进应用于装备行星传动系统的状态监测和健康管理，如运用过程中轴承磨损、轴弯曲变形等技术状态的变化。因此，本发明的测量行星排横—扭耦合振动的方法具有能够高精度的测量出转动状态下的行星排的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动，帮助研究人员准确分析行星齿轮传动的太阳轮、行星架和齿圈的横—扭耦合振动特性的特点。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.测量行星排横—扭耦合振动的方法，其特征在于包括以下步骤：
A、将待测的行星排安装在工作台上，行星排包括太阳轮(1)、行星架(2)、多个行星轮(3)和齿圈(4)，太阳轮(1)与多个环绕太阳轮(1)设置的行星轮(3)相啮合，每个行星轮(3)分别安装在一个行星轮轴(5)上，每个行星轮轴(5)分别安装在行星架(2)上，多个行星轮轴(5)的轴线彼此相互平行，多个行星轮(3)分别与齿圈(4)相啮合，齿圈(4)的外侧面为圆柱形；
B、在待测的行星排的太阳轮(1)上安装固定一个圆形的太阳齿轮轻质盘(6)，太阳齿轮轻质盘(6)的轴线与太阳轮(1)的重合，在待测的行星排的行星架(2)上安装一个圆环形的行星架轻质盘(7)，行星架轻质盘(7)的轴线与太阳轮(1)的重合，在待测的行星排的齿圈(4)上安装固定一个圆形的齿圈轻质盘(10)，齿圈轻质盘(10)的轴线与太阳轮(1)的重合，行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)、齿圈轻质盘(10)和齿圈(4)的外圆直径相同，行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面上分别设有多个凹槽(11)；
C、在行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面的上方分别设置第一位移传感器(8)，三个第一位移传感器(8)的探头沿竖直方向朝下指向对应的行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面，所述行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面上的多个凹槽(11)的底部分别位于对应的第一位移传感器(8)的探测范围之外；
在行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面的侧面分别设置第二位移传感器(9)，三个第二位移传感器(9)的探头沿水平方向指向对应的行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的外圆周面，所述行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面上的多个凹槽(11)的底部分别位于对应的第二位移传感器(9)的探测范围之外；
D、双向低速空载转动行星排的太阳轮(1)或行星架(2)或齿圈(4)，利用三个第一位移传感器(8)和三个第二位移传感器(9)检查行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的外圆周面的圆跳度，利用NI试验数据采集系统上的Labview试验数据采集软件，对三个第一位移传感器(8)和三个第二位移传感器(9)的输出信号进行采集处理，同时通过三个第一位移传感器(8)的探头和三个第二位移传感器(9)的探头扫描到凹槽(11)时无法读取到凹槽(11)的底部位置产生的信号特征，记录下各个凹槽(11)的位置信息，通过分析分别获得行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)在低速空载转动条件下其轴心在与轴线垂直的平面上的初始二维坐标数据，以及获得行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)上的各个凹槽(11)在低速空载转动条件下未发生扭转变形的角位移坐标数据；
E、通过驱动装置加载驱动行星排的太阳轮(1)、行星架(2)和齿圈(4)转动，利用三个第一位移传感器(8)和三个第二位移传感器(9)获得行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈(4)的外圆周面的圆跳度，利用NI试验数据采集系统上的Labview试验数据采集软件，对三个第一位移传感器(8)和三个第二位移传感器(9)的输出信号进行采集处理，通过分析分别获得行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)在驱动装置加载驱动条件下其轴心在与轴线垂直的平面上的振动二维坐标数据，以及获得行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)上的各个凹槽(11)在驱动装置驱动加载条件下发生扭转振动的二维坐标数据，进而通过各个凹槽(11)的相对位置变化分别获得行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)在驱动装置驱动加载条件下的扭转振动位移数据。
2.根据权利要求1所述的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其特征在于：所述行星架轻质盘(7)采用多个螺钉固定在行星架(2)，行星架轻质盘(7)采用铝合金制成，太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)采用铝合金制成。
3.根据权利要求2所述的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其特征在于：所述第一位移传感器(8)和第二位移传感器(9)分别通过支架固定在工作台上。
4.根据权利要求3所述的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其特征在于：所述第一位移传感器(8)和第二位移传感器(9)为电涡流位移传感器，第一位移传感器和第二位移传感器的型号为eddyNCDT3010M。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其特征在于：所述行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面上分别设有3—8个凹槽(11)。
6.根据权利要求5所述的测量行星排横—扭耦合振动的方法，其特征在于：所述行星架轻质盘(7)、太阳齿轮轻质盘(6)和齿圈轻质盘(10)的圆周面上分别设有4—6个凹槽(11)。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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