CN113405444B - 一种测量齿轮啮合区油膜厚度的装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，所述装置包括：主动轮和从动轮构成的齿轮副，所述齿轮副置于齿轮箱内；用于驱动所述齿轮副的电机，所述电机通过主动轴连接至主动轮；用于提供阻力矩的制动器，所述制动器通过从动轴连接至从动轮；其中，在主动轮或从动轮任一的齿轮啮合区域具有低于齿轮啮合面的修型区域，所述修型区域内设有安装孔，所述安装孔内安装有电涡流传感器，当主动轮与从动轮啮合时，通过所述电涡流传感器测量主动轮与从动轮之间的油膜厚度。本申请所提供的测量装置在能够对油膜厚度进行精准测量的前提下，具有结构简单、成本低、易于推广等优点。

Description

一种测量齿轮啮合区油膜厚度的装置及测量方法

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种测量齿轮啮合区油膜厚度的装置及测量方法。

背景技术

齿轮系统是航空发动机重要的动力及传输部件，其润滑性能将较大的影响齿轮系统的使用性能及工作效率。齿轮油膜厚度是评价齿轮润滑效果的重要参数。

目前油膜厚度常用的方法有电阻法、放电电压法、位移法、电容法、X射线投射法和光干涉法等，其中最有效的是电容法和光干涉法。但这些方法常用于圆盘之间油膜厚度的测量，主要用以原理性试验验证，难以应用到实际工况中齿轮油膜厚度的测试。由于齿轮的旋转导致滑油与空气成为两相流场，测量环境的变化对传统测量方式的精度有巨大的影响。用光学方法测量油膜厚度虽然精度较高，但是光路的设计非常困难，且需要测量装置采用透明材料，限制因素诸多。同时，实际工况中齿轮啮合面会受到较大的挤压应力，若采用直接在齿轮啮合区埋布传感器方法对油膜厚度进行测量，则齿轮承载能力成为试验方案的技术瓶颈。

因此，需要一种测量齿轮啮合区油膜厚度的方法或装置，以解决上述测量难题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

一方面，本申请提供的技术方案是：一种测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，所述装置包括：

主动轮和从动轮构成的齿轮副，所述齿轮副置于具有润滑油的齿轮箱内；

用于驱动所述齿轮副的电机，所述电机通过主动轴连接至主动轮；

用于提供阻力矩的制动器，所述制动器通过从动轴连接至从动轮；

其中，在主动轮或从动轮任一的齿轮啮合区域具有低于齿轮啮合面的修型区域，所述修型区域内设有安装孔，所述安装孔内安装有电涡流传感器，当主动轮与从动轮啮合时，通过所述电涡流传感器测量主动轮与从动轮在通润滑油前后的高度差，即得到主动轮与从动轮之间的油膜厚度。

在本申请一优选实施方式中，所述修型区域低于所述齿轮啮合面的高度根据电涡流传感器安装在安装孔内的高度确定，所述高度使电涡流传感器安装在安装孔内时，主动轮与从动轮在啮合过程中不与电涡流传感器发生干涉。

在本申请一优选实施方式中，所述修型区域位于齿轮啮合区域的边缘。

在本申请一优选实施方式中，在具有安装孔的主动轮或从动轮上具有连通所述安装孔的引线通道，所述引线通道用于将所述电涡流传感器的电缆引出。

在本申请一优选实施方式中，所述引线通道沿径向方向设置。

在本申请一优选实施方式中，所述装置还包括扭矩转速传感器，所述扭矩转速传感器安装在主动轴上，用于对转速进行测量。

在本申请一优选实施方式中，所述装置还包括联轴器，所述联轴器用于连接电机与主动轴和/或用于连接从动轴与制动器。

在本申请一优选实施方式中，所述制动器为磁粉制动器。

在本申请一优选实施方式中，所述装置还包括测控系统，所述测控系统连接电机、制动器、电涡流传感器和扭矩转速传感器，用于控制齿轮副的转速和加载转矩，并且收集和处理电涡流传感器和扭矩转速传感器的信号。

另一方面，本申请提供的技术方案是：一种测量方法，其采用如上任一所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置进行测量，所述测量方法包括：

通过电机驱动主动轮和从动轮构成的齿轮副；

通过齿轮箱向所述齿轮副的啮合区域提供润滑油，使所述齿轮副的啮合区域形成油膜；

使放置在主动轮或从动轮任一的安装孔内的电涡流传感器进行测量，电涡流传感器通过测量齿面间通入滑油前后的距离差，即得到齿轮油膜厚度。

本申请所提供的测量装置在能够对油膜厚度进行精准测量的前提下，具有结构简单、成本低、易于推广等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置示意图。

图2为本申请一实施例的从动轮上的修型区域示意图。

附图标记：

1-电机

2-联轴器

3-轴承

4-主动轮

5-制动器

6-从动轮

7-扭矩转速传感器

8-电滑环

9-齿轮箱

61-轮齿

62-修型区域

63-安装孔

64-引线通道

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了克服现有技术中的测量油膜厚度所具有的如下缺点：

1)光干涉法测量油膜厚度一方面光路设计困难，另一方面必须采用透明材料进行试验，而透明材料的机械性能与金属材料相差甚远，限制了测量工况的载荷与速度，很难用于实际的机械零件测定；

2)电容法测量油膜厚度，润滑油厚度及物性的变化对测试过程产生不利影响，测试结果受测量环境影响较大；

3)齿轮啮合区直接埋布传感器方法测量油膜厚度，破坏了轮齿，齿轮承载能力急速下降，实际工况测量时容易造成齿轮压溃失效，传感器损坏、测量中断。

本申请提出了一种采用电涡流法对齿轮油膜厚度进行在线测量的装置和方法。

如图1所示，本申请提出的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置主要包括：电机1、主动轮4、制动器5及从动轮6等，其中，主动轮4和从动轮6构成齿轮副，而齿轮副置于齿轮箱9内，齿轮箱9则与能够提供润滑油的滑油供油系统(未示出)连接。电机1与通过轴承3支撑的主动轴连接至主动轮4，用于驱动所述齿轮副。制动器5与通过轴承3支撑的从动轴连接至从动轮6，用于提供阻力矩。其中，在主动轮4或从动轮6任一的齿轮啮合区域上设置低于齿轮啮合面的修型区域62，该修型区域62内大致的垂直啮合面方向设有安装孔63，安装孔63内安装有电涡流传感器(未示出)。当主动轮4与从动轮6在啮合区域啮合时，电涡流传感器通过测量通入滑油前后的主动轮4与从动轮6之间距离差，即得到齿轮啮合区的油膜厚度。

本申请所提供的装置在保证油膜厚度测量精度的前提下，可以不受测量工况的限制，也不受滑油物性变化等影响，测量原理简单、精度高，抗干扰能力强。

在本申请一优选实施例中，修型区域62低于齿轮啮合面的高度根据电涡流传感器安装在安装孔内的高度确定，该高度可以使电涡流传感器安装在安装孔63内时，主动轮4与从动轮6在啮合过程中不与电涡流传感器发生干涉。

如图2所示为本申请中在从动轮6上设置修型区域62的实施例，该修型区域62优选的设置在从动轮6的轮齿61的边缘，以使从动轮6与主动轮4啮合时尽量不承受载荷，避免电涡流传感器损坏的风险。

在上述实施例进一步的优选方式中，从动轮6的本体上加工有引线通道64，该引线通道64连通至安装孔63，其可以用作电涡流传感器线缆的敷设通道。优选的，该引线通道64沿着从动轮6的径向方向设置，电涡流传感器的引线从引线通道64穿出后，沿着从动轴敷设而穿出齿轮箱9，最终连接到设置在从动轴端部的电滑环8实现数据传输。

此外，在本申请中，该装置还可以包括扭矩转速传感器7，扭矩转速传感器7设置在主动轴上，用于测量电机1输出的扭矩及主动轮4的转速。

需说明的是，本申请中的装置是用于测量航空发动机中的齿轮部件，因此齿轮结构等通常较大，为了实现扭矩的传输，本申请中采用了联轴器2将多电机1与主动轴进行连接，同时，也通过联轴器2将制动器5与从动轴进行了连接。

在本申请中，所述制动器5为磁粉制动器。可以理解的是，该制动器5也可以采用其他类型的制动器，例如电磁式制动器。

本申请的装置中还包括测控系统(未示出)，测控系统与电机1、制动器5、电涡流传感器和扭矩转速传感器7连接，用于控制齿轮副的转速和加载转矩，并且收集和处理电涡流传感器和扭矩转速传感器的信号。

本申请的测量齿轮啮合区域油膜厚度的装置的测量过程如下：

首先，在主动轮或从动轮其一的啮合区域边缘通过材料去除工艺加工出一修型区域，将电涡流传感器安装在该修型区域内；

将主动轮、从动轮安装至齿轮箱内，并将电涡流传感器的引线自齿轮箱内引出；

通过电机驱动主动轮和从动轮进行运动，同时，通过滑油系统向齿轮箱内提供滑油；

通过电涡流传感器测量齿面间通入滑油前后的距离差，即得到了齿轮间的油膜厚度。

本申请的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置及测量方法可实现对旋转的金属齿轮构件啮合区域油膜厚度进行在线精准测量，而测量中仅对轮齿进行修型，不影响啮合区的承载能力，测量工况不受载荷、转速等限制，测量传感器无损坏风险，测试过程原理简单、受环境影响较小。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，所述装置包括：

主动轮(4)和从动轮(6)构成的齿轮副，所述齿轮副置于具有润滑油的齿轮箱(9)内；

用于驱动所述齿轮副的电机(1)，所述电机(1)通过主动轴连接至主动轮(4)；

用于提供阻力矩的制动器(5)，所述制动器(5)通过从动轴连接至从动轮(6)；

其中，在主动轮(4)或从动轮(6)任一的齿轮啮合区域具有低于齿轮啮合面的修型区域(62)，所述修型区域(62)低于所述齿轮啮合面的高度根据电涡流传感器安装在安装孔内的高度确定，所述高度使电涡流传感器安装在安装孔内时，主动轮(4)与从动轮(6)在啮合过程中不与电涡流传感器发生干涉，且所述修型区域(62)位于齿轮啮合区域的边缘，所述修型区域(62)内设有安装孔(63)，所述安装孔(63)内安装有电涡流传感器，当主动轮(4)与从动轮(6)啮合时，通过所述电涡流传感器测量主动轮(4)与从动轮(6)在通润滑油前后的高度差，即得到主动轮(4)与从动轮(6)之间的油膜厚度。

2.如权利要求1所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，在具有安装孔(63)的主动轮(4)或从动轮(6)上具有连通所述安装孔(63)的引线通道(64)，所述引线通道(64)用于将所述电涡流传感器的电缆引出。

3.如权利要求2所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，所述引线通道(64)沿径向方向设置。

4.如权利要求1所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，所述装置还包括扭矩转速传感器(7)，所述扭矩转速传感器(7)安装在主动轴上，用于对转速进行测量。

5.如权利要求4所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，所述装置还包括联轴器(2)，所述联轴器(2)用于连接电机(1)与主动轴和/或用于连接从动轴与制动器(5)。

6.如权利要求5所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，所述制动器(5)为磁粉制动器。

7.如权利要求4所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置，其特征在于，所述装置还包括测控系统，所述测控系统连接电机(1)、制动器(5)、电涡流传感器和扭矩转速传感器(7)，用于控制齿轮副的转速和加载转矩，并且收集和处理电涡流传感器和扭矩转速传感器的信号。

8.一种测量方法，其采用如权利要求1至7任一所述的测量齿轮啮合区油膜厚度的装置进行测量，其特征在于，所述测量方法包括：

通过电机(1)驱动主动轮(4)和从动轮(6)构成的齿轮副；

通过齿轮箱(9)向所述齿轮副的啮合区域提供润滑油，使所述齿轮副的啮合区域形成油膜；

使放置在主动轮或从动轮任一的安装孔内的电涡流传感器进行测量，电涡流传感器通过测量齿面间通入滑油前后的距离差，即得到齿轮油膜厚度。

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