CN111060252A - 一种转动惯量测试方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及测量技术领域，公开了一种转动惯量测试方法，包括如下步骤：步骤一：确定惯量范围、步骤二：设计标准惯量盘、步骤三：在恒定扭矩下测试并获取标准惯量盘的加速度值、步骤四：拟合出光滑连续曲线、步骤五：对被测总成进行测试、步骤六：计算实际惯量值。本申请能够直接测量复杂结构的被测总成的当量转动惯量，测量方便，结果精确度高，所得的惯量值可直接用于与被测总成相关联的部件的设计计算，不需要像现有方法那样对被测总成的各个零部件进行逐一测量，测量效率和测量精度更高。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域。
背景技术
变速器旋转零件转动惯量对同步器性能有较大影响，现有方式主要靠三维软件计算得到，因零件多，结构复杂，且因零件制造过程中非加工尺寸存在超差问题，导致计算结果与实际值差异较大。而单独测量各零件转动惯量因其数量多，安装结构复杂等因素，可行性不大。因此，需要设计一种直接测量复杂结构体转动惯量的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不需要解体即可直接测量复杂结构体转动惯量的测试方法。
为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种转动惯量测试方法，包括如下步骤：
步骤一：确定惯量范围：统计若干个常用的被测总成的当量转动惯量，得到一个惯量范围；
步骤二：设计标准惯量盘：取惯量范围内的最大值、最小值以及中间的若干个点值，根据这些惯量值，设计并制造出标准惯量盘；
步骤三：在恒定扭矩下测试并获取标准惯量盘的加速度值：将其中一个标准惯量盘安装到转动惯量测试装置上，通过驱动电机带动恒速飞轮旋转，磁粉离合器输出恒定扭矩，带动扭矩传感器、小支架法兰、标准惯量盘以恒加速旋转，通过扭矩传感器测量该标准惯量盘的加速过程，得到加速曲线，确定在该扭矩情况下，加载该标准惯量盘时的加速度，得出一个加速度-转动惯量的数据；更换不同转动惯量的标准惯量盘，重复步骤三进行测量，得到一组从小到大的关于加速度-转动惯量的数据；
步骤四：拟合出光滑连续曲线：依据得到的该组数据，拟合出加速度-转动惯量的光滑连续曲线；
步骤五：对被测总成进行测试：取下标准惯量盘，将被测总成连接到过渡连接盘上，在同等条件下进行测试，得到加速度值；
步骤六：计算实际惯量值：通过插值计算法得到被测总成实际的惯量值。
本基础方案的原理和有益效果在于：
转动惯量的计算公式为
其中，Jx为转动惯量，
为加速度，∑mz(Fe)为合转矩。由该转动微分方程可知，若想得到转动惯量，须知加速度值和合转矩值。
本申请是先根据常用被测总成的转动惯量范围，取若干个点值设计并制造出标准惯量盘，然后用该标准惯量盘模拟不同转动惯量的被测总成，安装到转动惯量测试装置上进行测试，在恒定扭矩的情况下，得到该标准惯量盘的加速度K。再更换不同转动惯量的标准惯量盘进行测试，得到一组从小到大的数据，并根据这组数据拟合为光滑连续曲线。然后将被测总成安装到转动惯量测试装置上，测得被测总成在该恒定扭矩情况下的加速度，最后利用插值计算法得到该被测总成的实际惯量值。
本申请能够直接测量复杂结构的被测总成的当量转动惯量，测量方便，结果精确度高，所得的惯量值可直接用于与被测总成相关联的部件的设计计算，不需要像现有方法那样对被测总成的各个零部件进行逐一测量，测量效率和测量精度更高。当然，本申请也适用于简单结构的转动惯量的测量。
可选地，所述步骤二中，标准惯量盘数值的确定根据被测总成的理论值或预估值，以该理论值或预估值的50％～200％等间隔设计制造标准惯量盘。
如此设计，能够让各个标准惯量盘的惯量值尽可能地分布均匀，使得利用测量所得数据拟合出来的连续曲线尽可能地接近实际情况。
可选地，所述步骤二中，标准惯量盘的数量至少为5个。
如此设计，可让测量所得的数据拟合出来的曲线尽可能地接近实际情况。
可选地，所述步骤二中，标准惯量盘制造成圆环体。
标准惯量盘制造成圆环体，以方便采用常规回转体转动惯量测试仪进行标定。
可选地，所述步骤三中，确定标准惯量盘的加速度时，选取加速曲线的中段作为计算区域。
加速曲线的中段，其加速度比较稳定，精度比较高。
可选地，所述步骤四中，拟合方法采用最小二乘法。
采用最小二乘法来拟合曲线，能够较好地消除随机误差。
可选地，所述步骤五中，若被测总成的转动惯量较小，可选取合适的标准惯量盘作为被测总成的附加盘进行放大测量，得出总的转动惯量后再减去该作为附加盘的标准惯量盘的转动惯量，即可得到该被测总成的转动惯量。
在实际生产设计中，被测总成的惯量值有比较大的，当然也有比较小的，若被测总成的预估惯量值比较大，则将标准惯量盘取下后，直接将被测总成安装到转动惯量测量装置上进行测量即可；若被测总成的预估惯量值较小，可采用放大测量的方式来测量，从而让测量所得的数据更加精准。
可选地，所述步骤三中的转动惯量测量装置，包括安装平板，安装平板上依次设有驱动电机、恒速飞轮、底座，驱动电机的输出端与恒速飞轮连接；底座上设有辅助支架法兰、辅助支架总成、磁粉离合器支架总成、扭矩传感器支架，辅助支架法兰与恒速飞轮连接，磁粉离合器支架总成上设有磁粉离合器，扭矩传感器支架上设有小支架法兰、用于与上位机测控软件信号连接的扭矩传感器，小支架法兰的一侧可拆卸连接有圆环体状的标准惯量盘和用于压紧标准惯量盘的压盘，小支架法兰的尾部可拆卸连接有过渡连接盘，过渡连接盘与被测总成连接。
该转动惯量测试装置工作时：驱动电机带动恒速飞轮旋转，磁粉离合器以恒定扭矩给定输出，带动扭矩传感器、小支架法兰、标准惯量盘以恒加速旋转。此时，快速采集扭矩传感器上的扭矩、转速实时数据，得到时间-转速及时间-扭矩曲线。更换不同转动惯量的标准惯量盘，得到从小到大的一组数据，依据该组数据拟合为光滑连续曲线，再将被测总成连接到过渡连接盘上，在同等条件下进行测试，得到加速度值后，通过插值计算法得到被测总成实际的惯量值。
该转动惯量测试装置在不拆解被测总成的情况下，能够直接测量被测总成的当量转动惯量，测量方便，结果精确度高，所得的惯量值可直接用于与被测总成相关联的部件的设计计算。
所述恒速飞轮通过双万向联轴器与辅助支架法兰连接。
采用双万向联轴器进行传动，传动效率高，且结构紧凑，空间占用小。
可选地，所述辅助支架法兰采用双深沟球轴承与辅助支架总成连接。
深沟球轴承摩擦阻力小，转速高；双深沟球轴承可提高辅助支架法兰与辅助支架总成连接的稳定性。
可选地，所述标准惯量盘套设在小支架法兰上。
如此设计，可方便人们安装或取下标准惯量盘，操作更加便捷。
附图说明
图1为本发明一种转动惯量测试装置的示意图；
图2为图1中底座顶部的结构放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：驱动电机1、光电编码器2、恒速飞轮3、双万向联轴器 4、辅助支架法兰5、辅助支架总成6、磁粉离合器支架总成7、磁粉离合器上支座71、磁粉离合器下支座72、磁粉离合器8、扭矩传感器9、扭矩传感器支架10、小支架法兰11、标准惯量盘12、压盘13、过渡连接盘14、底座15、安装平板16、磁粉离合器法兰17、扭矩传感器法兰18、深沟球轴承19、螺栓20。
实施例1
转动惯量的计算公式为
其中，Jx为转动惯量，本申请简化为J；
本申请简化为K；∑mz(Fe)为合转矩，本申请简化为M。
一种转动惯量测试方法，包括如下步骤：
步骤一：确定惯量范围：统计若干个常用被测总成的当量转动惯量，得到一个惯量范围。
步骤二：设计标准惯量盘12：取惯量范围内的最大值、最小值以及中间的若干个点值，根据这些惯量值，设计并制造出圆环体状的标准惯量盘12；标准惯量盘12数值的确定根据被测总成的理论值或预估值，以该理论值或预估值的50％～200％等间隔设计制造标准惯量盘 12，标准惯量盘12的数量至少为5个。
步骤三：在恒定扭矩M下测试并获取标准惯量盘12的加速度值K：将其中一个标准惯量盘12安装到转动惯量测试装置上，通过驱动电机带动恒速飞轮旋转，磁粉离合器输出恒定扭矩M，带动扭矩传感器、小支架法兰、标准惯量盘12以恒加速旋转，通过扭矩传感器测量该标准惯量盘12的加速过程，得到加速曲线，确定在该扭矩情况下，加载该标准惯量盘12时的加速度K1，得出数据(K1，J1)；更换不同转动惯量的标准惯量盘12，重复步骤三进行测量，得到一组从小到大的数据(K1，J1)、(K2，J2)......(KX，JX)。
在确定标准惯量盘12的加速度K时，选取加速曲线的中段作为计算区域，例如，驱动电机的转速是1000rpm，那么确定标准惯量盘12的加速度时，一般选取转速为500-800rpm的区段作为计算区段，来计算实测加速度值。
步骤四：拟合出光滑连续曲线：依据得到的该组数据，采用最小二乘法拟合出加速度- 转动惯量的光滑连续曲线。
步骤五：对被测总成进行测试：取下标准惯量盘12，将被测总成连接到过渡连接盘14 上，在同等条件下进行测试，得到加速度值K0。
步骤六：计算实际惯量值：通过插值计算法得到被测总成实际的惯量值J0。
本方法中用到的转动惯量测量装置，结合附图1和附图2所示，主要由安装平板16、驱动电机1、恒速飞轮3、底座15、辅助支架法兰5、辅助支架总成6、磁粉离合器支架总成7、磁粉离合器8、扭矩传感器支架10、扭矩传感器9、小支架法兰11、标准惯量盘12、压盘 13、过渡连接盘14构成。
安装平板16的左侧安装有驱动电机1和恒速飞轮3，本实施中，驱动电机1选择功率大于50KW的驱动电机1。驱动电机1的输出端通过双万向联轴器4与恒速飞轮3的左侧连接，且驱动电机1的输出端上安装有光电编码器2，用于发出一个角度位置的信号。
底座15顶面从左至右依次为：辅助支架法兰5、辅助支架总成6、磁粉离合器支架总成 7、扭矩传感器支架10。辅助支架法兰5的左侧通过双万向联轴器4与恒速飞轮3连接，辅助支架法兰5的右侧通过磁粉离合器法兰17与磁粉离合器8连接；辅助支架法兰5采用双深沟球轴承19稳定支撑在辅助支架上。磁粉离合器支架总成7包括磁粉离合器上支座7171 和磁粉离合器下支座7272，磁粉离合器下支座7272通过螺栓20安装在底座15上。磁粉离合器8安装在磁粉离合器支架总成7上，用于控制输出扭矩。扭矩传感器支架10通过螺栓 20固定连接在底座15上，扭矩传感器9安装在扭矩传感器支架10的左侧，用于实时转换扭矩及转速参数给上位机测控软件。磁粉离合器8与扭矩传感器9之间连接有扭矩传感器法兰 18。
小支架法兰11通过双深沟球轴承19稳定支撑在扭矩传感器支架10上，标准惯量盘12 套设在小支架法兰11的右侧并被压盘13压紧，而压盘13则通过螺栓20与小支架法兰11的右端连接在一起。标准惯量盘12用于给定恒定惯量参考值。过渡连接盘14通过螺栓20 与压盘13连接，过渡连接盘14用于连接被测总成。
本方案中，所有用到的轴承均采用滚珠轴承(深沟球轴承19属于滚珠轴承的范畴)，且用稀油润滑，减少摩擦阻力。
本实施例中，标准惯量盘12数值的确定应根据被测总成的理论值或者预估值，以该值的50％-200％等间隔设计制造标准惯量盘12，至少取5个点。标准惯量盘12制造成圆环体，以方便采用常规回转体转动惯量测试仪进行标定。
使用时，驱动电机1加速到一固定转速，驱动电机1带动恒速飞轮3旋转。恒速飞轮3通过双万向联轴器4带动辅助支架法兰5以恒定的速度运转。
启动磁粉离合器8，磁粉离合器8以恒定扭矩给定输出，带动扭矩传感器9、小支架法兰11、标准惯量盘12以恒加速旋转。通过扭矩传感器9测量磁粉离合器8输出端连接的部件(如扭矩传感器9、小支架法兰11、标准惯量盘12等)的加速过程，得到加速曲线，计算其在一定驱动扭矩下，加载某一标准惯量盘12时的加速度K。在扭矩一定的情况下，加载的转动惯量越小，其加速度K越大；而加载的转动惯量越大，其加速度就越小。取加速状态较好的一段(如加速曲线的中段)作为计算区段，计算该区段的实测加速度值。
更换不同转动惯量的标准惯量盘12，得到从小到大的一组数据，依据该组数据，采用最小二乘曲线拟合为光滑连续曲线。
将被测总成安装到过渡连接盘14上，再次测量同等条件(即相同扭矩、转速段)下的加速度值，通过插值计算法得到被测总成实际的惯量值。
在对被测总成进行测试时，可根据实际需要决定是否需要将标准惯量盘12取下，若被测总成的惯量值非常小，可选择合适的标准惯量盘12作为附加盘，以增大被测总成的惯量值，以便进行测量。等测量完毕得到实际惯量总值后，再减去对应的标准惯量盘12的惯量值即可。
本方案在不拆解被测总成的情况下，能够直接测量被测总成(如变速器一轴)的当量转动惯量，测量方便，结果精确度高，所得的惯量值可直接用于与被测总成相关联的部件(如同步器)的设计计算。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤五中，若被测总成的惯量较小，可选取合适的标准惯量盘作为被测总成的附加盘进行放大测量，得出总的转动惯量后再减去该作为附加盘的标准惯量盘的转动惯量，即可得到该被测总成的转动惯量。
在实际生产设计中，被测总成的惯量值有比较大的，当然也有比较小的，若被测总成的预估惯量值比较大，则将标准惯量盘取下后，直接将被测总成安装到转动惯量测量装置上进行测量即可；若被测总成的预估惯量值较小，可采用放大测量的方式来测量，从而让测量所得的数据更加精准。如此设计，可让本方案适用于惯量值较小的被测总成或者被测工件，适用范围更广。
本方案的附图1中，右侧的底座15、辅助支架法兰5、辅助支架总成6、磁粉离合器支架总成7、磁粉离合器8、扭矩传感器支架10、扭矩传感器9、小支架法兰11、标准惯量盘 12、压盘13、过渡连接盘14为剖视图，但由于画上剖切线后，附图1右侧的这些部件看不清楚，因此为了让附图表现更加清楚，此处未画剖面线，特此说明。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种转动惯量测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：确定惯量范围：统计若干个常用的被测总成的当量转动惯量，得到一个惯量范围；
步骤二：设计标准惯量盘：取惯量范围内的最大值、最小值以及中间的若干个点值，根据这些惯量值，设计并制造出标准惯量盘；
步骤三：在恒定扭矩下测试并获取标准惯量盘的加速度值：将其中一个标准惯量盘安装到转动惯量测试装置上，通过驱动电机带动恒速飞轮旋转，磁粉离合器输出恒定扭矩，带动扭矩传感器、小支架法兰、标准惯量盘以恒加速旋转，通过扭矩传感器测量该标准惯量盘的加速过程，得到加速曲线，确定在该扭矩情况下，加载该标准惯量盘时的加速度，得出一个加速度-转动惯量的数据；更换不同转动惯量的标准惯量盘，重复步骤三进行测量，得到一组从小到大的关于加速度-转动惯量的数据；
步骤四：拟合出光滑连续曲线：依据得到的该组数据，拟合出加速度-转动惯量的光滑连续曲线；
步骤五：对被测总成进行测试：取下标准惯量盘，将被测总成连接到过渡连接盘上，在同等条件下进行测试，得到加速度值；
步骤六：计算实际惯量值：通过插值计算法得到被测总成实际的惯量值。
2.根据权利要求1所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤二中，标准惯量盘数值的确定根据被测总成的理论值或预估值，以该理论值或预估值的50％～200％等间隔设计制造标准惯量盘。
3.根据权利要求2所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤二中，标准惯量盘的数量至少为5个。
4.根据权利要求1所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤二中，标准惯量盘制造成圆环体。
5.根据权利要求1所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤三中，确定标准惯量盘的加速度时，选取加速曲线的中段作为计算区域。
6.根据权利要求1所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤四中，拟合方法采用最小二乘法。
7.根据权利要求1所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述步骤三中的转动惯量测量装置，包括安装平板，安装平板上依次设有驱动电机、恒速飞轮、底座，驱动电机的输出端与恒速飞轮连接；底座上设有辅助支架法兰、辅助支架总成、磁粉离合器支架总成、扭矩传感器支架，辅助支架法兰与恒速飞轮连接，磁粉离合器支架总成上设有磁粉离合器，扭矩传感器支架上设有小支架法兰、用于与上位机测控软件信号连接的扭矩传感器，小支架法兰的一侧可拆卸连接有圆环体状的标准惯量盘和用于压紧标准惯量盘的压盘，小支架法兰的尾部可拆卸连接有过渡连接盘，过渡连接盘与被测总成连接。
8.根据权利要求7所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述恒速飞轮通过双万向联轴器与辅助支架法兰连接。
9.根据权利要求8所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述辅助支架法兰采用双深沟球轴承与辅助支架总成连接。
10.根据权利要求9所述的一种转动惯量测试方法，其特征在于：所述标准惯量盘套设在小支架法兰上。
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| GR01 | Patent grant | ||
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