CN115615692A - 一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于齿轮传动减振降噪试验台技术领域，具体涉及一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，为了验证齿轮传动系统减振降噪方法的有效性，本方案转速传感器正对电机端膜片联轴器上的测速齿的齿盘设置；驱动电机、电机端膜片联轴器、扭矩传感器、陪试齿轮箱的大齿轮B、低速膜片联轴器和测试齿轮箱的大齿轮A正向顺次连接，测试齿轮箱的小齿轮A、高速膜片联轴器、传动扭力轴、加载器齿式联接装置和液压加载器转子反向顺次连接，陪试齿轮箱的小齿轮B与液压加载器定子通过加载器膜片联接装置进行联接，小齿轮B套装在传动扭力轴的外部，液压加载器定子与加载器支撑装置联接，利用本试验台可用以验证齿轮传动系统减振降噪方法的有效性。
Description
技术领域
本发明属于齿轮传动减振降噪试验台技术领域，具体涉及一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台。
背景技术
齿轮传动装置作为工业生产中重要的动力传递设备，因其结构紧凑、效率高、传动平稳、工作可靠、寿命长、传动精度高等特点，而被广泛应用。随着工业技术水平的不断进步，对齿轮传动性能提出了越来越高的要求，尤其在齿轮振动噪声方面要求越来越严格，使得如何进一步降低齿轮传动的振动噪声水平，已成为齿轮研究领域重要研究方向。
当前齿轮减振降噪方法研究主要包括齿轮传动系统结构优化，齿轮宏观、微观参数优化，隔振、减振装置应用等，上述减振降噪方法首先需要在专业试验台上开展相应的性能试验，用以验证减振降噪方法的有效性，之后才有可能在工业生产中推广应用。齿轮减振降噪验证试验台根据能量转化的方式不同，可分为功率封闭型试验台和开放式功率流型试验台，而功率封闭型试验台又可分为机械功率封闭型试验台和电功率封闭型试验台，其中机械功率封闭型试验台因具有结构简单、耗能少、搭建费用低、维护方便等优点，而得到广泛应用。因此，如何搭建一种结构简单、操作方便、试验效率高、试验成本低、适用范围广的齿轮减振降噪试验台对于合理、高效验证齿轮减振降噪方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，用以验证齿轮传动系统减振降噪方法的有效性。
一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，包括驱动电机、电机端膜片联轴器、转速传感器、扭矩传感器、陪试齿轮箱、低速膜片联轴器、测试齿轮箱、高速膜片联轴器、传动扭力轴、加载器齿式联接装置、加载器膜片联接装置、液压加载器和加载器支撑装置；
驱动电机与电机端膜片联轴器一端联接，电机端膜片联轴器上设有测速齿，转速传感器正对测速齿的齿盘设置；转速传感器用于测量测速齿转速实现对驱动电机转速的测量，电机端膜片联轴器另一端与扭矩传感器一端联接，扭矩传感器用于测量驱动电机的输入扭矩，扭矩传感器另一端与陪试齿轮箱的大齿轮B一端联接，陪试齿轮箱的大齿轮B另一端通过低速膜片联轴器与测试齿轮箱的大齿轮A联接，测试齿轮箱的小齿轮A与传动扭力轴一端通过高速膜片联轴器联接，传动扭力轴另一端与液压加载器转子通过加载器齿式联接装置进行联接；陪试齿轮箱的小齿轮B与液压加载器定子通过加载器膜片联接装置进行联接，所述小齿轮B套装在传动扭力轴的外部，大齿轮B和小齿轮B互相啮合，大齿轮A和小齿轮A互相啮合，液压加载器定子末端与加载器支撑装置联接。
进一步地，大齿轮A、小齿轮A、大齿轮B和小齿轮B均为斜齿圆柱齿轮。
再进一步地，大齿轮A的每端和小齿轮A的每端均通过一个支撑滑动轴承A与测试齿轮箱的箱体A连接。
进一步地，大齿轮B的每端和小齿轮B的每端均通过一个支撑滑动轴承B与陪试齿轮箱的箱体B连接。
再进一步地，套装在传动扭力轴的每端的小齿轮B的内壁通过一个滚针支撑轴承连接。
进一步地，加载器齿式联接装置包括外齿联轴器A、外齿联轴器B和内齿联轴器；
外齿联轴器A套装在传动扭力轴另一端上，外齿联轴器B套装在液压加载器转子上，外齿联轴器A和外齿联轴器B和内齿联轴器上均设有限位挡圈，内齿联轴器安装在外齿联轴器A和外齿联轴器B的外部。
再进一步地，加载器膜片联接装置包括联轴器法兰、锁紧螺母、垫片、膜片组件、铰制孔螺栓和中空轴；
联轴器法兰的一端与小齿轮B通过螺栓A连接，联轴器法兰的另一端与中空轴的一端通过连接组件连接，中空轴的另一端与液压加载器的定子通过螺栓B连接。
进一步地，加载器支撑装置包括密封环、定位环一、壳体、支撑轴承、压紧环、定位环二、螺栓C、压紧端盖和螺栓D；
所述压紧环通过螺栓C固定在液压加载器的定子末端，液压加载器的定子上套装有定位环一和支撑轴承，支撑轴承设置在定位环一和压紧环之间，所述密封环设置在定位环一的外部，密封环、支撑轴承、定位环二和压紧端盖顺次安装在壳体内，压紧端盖通过螺栓D固定在壳体上。
有益效果：本试验台各部件构成一个机械功率封闭系统，有效提高了能源的利用效率，采用液压加载器进行加载，保证了加载过程的连续性、稳定性及准确性，并且液压加载器位于机械封闭系统外侧，便于加载器拆卸，不会对系统带来额外负荷，测试齿轮箱采用拼装结构，便于更换测试齿轮，为了保证各装置之间的轴系对中性，联轴器均采用刚性膜片联轴器及刚性齿式联轴器。试验台可对渐开线圆柱齿轮开展低速准静态性能试验和高速动态性能试验，利用本试验台可进行齿轮啮合斑点、传动误差、传动效率、轴承动态力及振动特性研究等试验，可有效验证齿轮宏观、微观参数变化对齿轮传动系统动态性能的影响。本试验台结构设计可靠合理，可用以验证齿轮传动系统减振降噪方法的有效性。
该试验台采用机械功率封闭结构，测试齿轮箱与陪试齿轮箱为镜像布置，试验台通过液压加载器提供负载，其液压加载器采用边挂式安装，位于陪试齿轮箱小齿轮B轴端部。本试验台通过合理的设计可对渐开线圆柱齿轮开展低速准静态性能试验和高速动态性能试验，利用本试验台可进行齿轮啮合斑点、传动误差、传动效率、轴承动态力及振动特性研究等试验，可有效验证齿轮宏观、微观参数变化对齿轮传动系统动态性能的影响，同时，试验台具有结构简单、操作方便、试验效率高、试验成本低、适用范围广等优点。
附图说明
图1为本发明的端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台结构示意图；
图2为测试齿轮箱示意图；
图3为陪试齿轮箱示意图；
图4为加载器膜片联接装置的结构示意图；
图5为加载器齿式联接装置的结构示意图；
图6为加载器支撑装置的结构示意图。
附图标记：1.测试齿轮箱；1-1.箱体A；1-2.大齿轮A；1-3.支撑滑动轴承A；1-4.小齿轮A；2.低速膜片联轴器；3.陪试齿轮箱；3-1.箱体B；3-2.大齿轮B；3-3.支撑滑动轴承B；3-4.小齿轮B；4.扭矩传感器；5.转速传感器；6.电机端膜片联轴器；7.驱动电机；8.加载器支撑装置；8-1.密封环；8-2.定位环一；8-3.壳体；8-4.支撑轴承；8-5.压紧环；8-6.定位环二；8-7.螺栓C；8-8.压紧端盖；8-9.螺栓D；9.液压加载器；11.加载器齿式联接装置；11-1.外齿联轴器A；11-2.内齿联轴器；11-3.外齿联轴器B；11-4.限位挡圈；12.加载器膜片联接装置；12-1.联轴器法兰；12-2.锁紧螺母；12-3.垫片；12-4.膜片组件；12-5.铰制孔螺栓；12-6.中空轴；14.滚针支撑轴承；15.传动扭力轴；16.高速膜片联轴器。
具体实施方式
结合附图1-6说明以下具体实施方式：
具体实施方式一：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，包括驱动电机7、电机端膜片联轴器6、转速传感器5、扭矩传感器4、陪试齿轮箱3、低速膜片联轴器2、测试齿轮箱1、高速膜片联轴器16、传动扭力轴15、加载器齿式联接装置11、加载器膜片联接装置12、液压加载器9和加载器支撑装置8；
驱动电机7与电机端膜片联轴器6一端联接，电机端膜片联轴器6上设有测速齿，转速传感器5正对测速齿的齿盘设置；转速传感器5用于测量测速齿转速实现对驱动电机7转速的测量，电机端膜片联轴器6另一端与扭矩传感器4一端联接，扭矩传感器4用于测量驱动电机7的输入扭矩，扭矩传感器4另一端与陪试齿轮箱3的大齿轮B3-2一端联接，陪试齿轮箱3的大齿轮B3-2另一端通过低速膜片联轴器2与测试齿轮箱1的大齿轮A1-2联接，测试齿轮箱1的小齿轮A1-4与传动扭力轴15一端通过高速膜片联轴器16联接，传动扭力轴15另一端与液压加载器9转子通过加载器齿式联接装置11进行联接；陪试齿轮箱3的小齿轮B3-4与液压加载器9定子通过加载器膜片联接装置12进行联接，所述小齿轮B3-4套装在传动扭力轴15的外部，大齿轮B3-2和小齿轮B3-4互相啮合，大齿轮A1-2和小齿轮A1-4互相啮合，液压加载器9定子末端与加载器支撑装置8联接。
本实施方式中：通过传动扭力轴的联接，实现本试验台的功率封闭。传动扭力轴从陪试齿轮箱小齿轮B内部穿过，一端与高速膜片联轴器联接，另一端通过加载器齿式联接装置与液压加载器转子联接，实现试验台机械功率封闭；加载器支撑装置对液压加载器辅助支撑。
转速传感器用于测量测速齿转速实现对驱动电机转速的测量，扭矩传感器用于测量驱动电机的输入扭矩，通过扭矩传感器、转速传感器，计算得到试验台运行过程补充功率，进而得到试验台运转效率。
在加载过程中，液压加载器将能量转化为传动扭力轴的势能进行储存，在试验过程中，则由于传动扭力轴的扭转变形产生远大于驱动电机的功率，驱动电机输出功率主要用于克服试验台的摩擦损失功率，其传动扭力轴产生的功率能够一直在试验台系统中循环流动，基本不会消耗；传动扭力轴从陪试齿轮箱小齿轮B中部穿过，两端分别与高速膜片联轴器、加载器齿式联接装置联接，
试验台设计过程中需要解决端接液压加载器的联接问题，本发明中采用加载器膜片联接装置解决液压加载器定子与陪试齿轮箱小齿轮B的联接问题，
采用加载器齿式联接装置解决液压加载器转子与传动扭力轴的联接问题，加载器膜片联接装置和加载器齿式联接装置均具有较好的轴向、径向、角向不对中补偿能力，能够有助于液压加载器稳定运行；为了降低试验台系统不对中影响，试验台设计时，电机端膜片联轴器、低速膜片联轴器、高速膜片联轴器可选择刚性膜片联轴器。
通过本试验台可对渐开线圆柱齿轮开展齿轮减振降噪方法试验验证工作，具体包括齿轮传动装置低速准静态性能试验和高速动态性能试验，通过安装于测试齿轮箱中的不同传感元件，可进行齿轮啮合斑点、传动误差、轴承动态力及振动特性研究等方面试验，可有效验证齿轮宏观、微观参数变化对齿轮传动系统动态性能的影响，为齿轮减振降噪提供验证平台。
可选择地，电机端膜片联轴器、低速膜片联轴器、高速膜片联轴器、加载器膜片联接装置均采用刚性膜片联轴器；加载器齿式联接装置采用刚性齿式联轴器。
具体实施方式二：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，大齿轮A1-2、小齿轮A1-4、大齿轮B3-2和小齿轮B3-4均为斜齿圆柱齿轮。
其他实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，大齿轮A1-2的每端和小齿轮A1-4的每端均通过一个支撑滑动轴承A1-3与测试齿轮箱1的箱体A1-1连接。
本实施方式中：齿轮减振降噪方法验证试验均在测试齿轮箱上开展。
可选择地，测试齿轮箱箱体主要由下箱体和上箱体组成，下箱体上安装大齿轮A小齿轮A、支撑滑动轴承A，上箱体起到固定作用，上下箱体组合通过定位销和螺栓固定。
其他实施方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，大齿轮B3-2的每端和小齿轮B3-4的每端均通过一个支撑滑动轴承B3-3与陪试齿轮箱3的箱体B3-1连接。
本实施方式中：陪试齿轮箱在试验台中起到封闭功率的作用。
其他实施方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，套装在传动扭力轴15的每端的小齿轮B3-4的内壁通过一个滚针支撑轴承14连接。
本实施方式中：滚针支撑轴承起到径向定位作用。
其他实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，加载器齿式联接装置11包括外齿联轴器A11-1、外齿联轴器B11-3和内齿联轴器11-2；
外齿联轴器A11-1套装在传动扭力轴15另一端上，外齿联轴器B11-3套装在液压加载器9转子上，外齿联轴器A11-1和外齿联轴器B11-3和内齿联轴器11-2上均设有限位挡圈11-4，内齿联轴器11-2安装在外齿联轴器A11-1和外齿联轴器B11-3的外部。
本实施方式中：外齿联轴器A、外齿联轴器B和内齿联轴器实现传动扭力轴与液压加载器转子的联接，该结构具有较强的轴向、径向、角向补偿能力。
其他实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，加载器膜片联接装置12包括联轴器法兰12-1、锁紧螺母12-2、垫片12-3、膜片组件12-4、铰制孔螺栓12-5和中空轴12-6；
联轴器法兰12-1的一端与小齿轮B3-4通过螺栓A12-7连接，联轴器法兰12-1的另一端与中空轴12-6的一端通过连接组件连接，中空轴12-6的另一端与液压加载器9的定子通过螺栓B12-8连接。
本实施方式中：联轴器法兰和中空轴实现陪试齿轮箱小齿轮B与液压加载器定子的联接，该结构具有较强的轴向、径向、角向补偿能力。
其他实施方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，加载器支撑装置8包括密封环8-1、定位环一8-2、壳体8-3、支撑轴承8-4、压紧环8-5、定位环二8-6、螺栓C8-7、压紧端盖8-8和螺栓D8-9；
所述压紧环8-5通过螺栓C8-7固定在液压加载器9的定子末端，液压加载器9的定子上套装有定位环一8-2和支撑轴承8-4，支撑轴承8-4设置在定位环一8-2和压紧环8-5之间，所述密封环8-1设置在定位环一8-2的外部，密封环8-1、支撑轴承8-4、定位环二8-6和压紧端盖8-8顺次安装在壳体8-3内，压紧端盖8-8通过螺栓D8-9固定在壳体8-3上。
本实施方式中：加载器支撑装置对液压加载器辅助支撑，定位环对液压加载器转子进行定位，液压加载器转子通过支撑轴承与壳体连接，保证液压加载器定子可以相对壳体转动，压紧环限定支撑轴承在液压加载器转子上的位置，压紧端盖压紧定位环，定位环压紧支撑轴承，进而限定支撑轴承在壳体的位置，密封环用于实现液压加载器定子外的压紧环与壳体间形成密封。
其他实施方式与具体实施方式七相同。
其他实施方式：
试验台运行效率可通过扭矩传感器、转速传感器的测量数据加以转换得到，在试验台稳定运行过程中，驱动电机输入功率只起到补充封闭系统损失功率的作用，驱动电机输入功率P1可通过扭矩传感器测量的扭矩T和转速传感器测量的转速n按照公式P1=T•n/9550计算得到，系统稳定运行封闭功率为P，根据分析，系统损失功率等于驱动电机输入功率P1，因此系统效率可按公式η=（P- P1）/P•100%计算得出。
由于在齿轮减振降噪方法试验验证过程中，需要对试验齿轮进行反复拆卸更换，为了满足上述试验要求，试验台测试齿轮箱采用便于拆装的结构。
其他实施方式与具体实施方式一相同。
Claims (8)
1.一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：包括驱动电机（7）、电机端膜片联轴器（6）、转速传感器（5）、扭矩传感器（4）、陪试齿轮箱（3）、低速膜片联轴器（2）、测试齿轮箱（1）、高速膜片联轴器（16）、传动扭力轴（15）、加载器齿式联接装置（11）、加载器膜片联接装置（12）、液压加载器（9）和加载器支撑装置（8）；
驱动电机（7）与电机端膜片联轴器（6）一端联接，电机端膜片联轴器（6）上设有测速齿，转速传感器（5）正对测速齿的齿盘设置；转速传感器（5）用于测量测速齿转速实现对驱动电机（7）转速的测量，电机端膜片联轴器（6）另一端与扭矩传感器（4）一端联接，扭矩传感器（4）用于测量驱动电机（7）的输入扭矩，扭矩传感器（4）另一端与陪试齿轮箱（3）的大齿轮B（3-2）一端联接，陪试齿轮箱（3）的大齿轮B（3-2）另一端通过低速膜片联轴器（2）与测试齿轮箱（1）的大齿轮A（1-2）联接，测试齿轮箱（1）的小齿轮A（1-4）与传动扭力轴（15）一端通过高速膜片联轴器（16）联接，传动扭力轴（15）另一端与液压加载器（9）转子通过加载器齿式联接装置（11）进行联接；陪试齿轮箱（3）的小齿轮B（3-4）与液压加载器（9）定子通过加载器膜片联接装置（12）进行联接，所述小齿轮B（3-4）套装在传动扭力轴（15）的外部，大齿轮B（3-2）和小齿轮B（3-4）互相啮合，大齿轮A（1-2）和小齿轮A（1-4）互相啮合，液压加载器（9）定子末端与加载器支撑装置（8）联接。
2.根据权利要求1所述的一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：大齿轮A（1-2）、小齿轮A（1-4）、大齿轮B（3-2）和小齿轮B（3-4）均为斜齿圆柱齿轮。
3.根据权利要求2所述的一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：大齿轮A（1-2）的每端和小齿轮A（1-4）的每端均通过一个支撑滑动轴承A（1-3）与测试齿轮箱（1）的箱体A（1-1）连接。
4.根据权利要求2所述的一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：大齿轮B（3-2）的每端和小齿轮B（3-4）的每端均通过一个支撑滑动轴承B（3-3）与陪试齿轮箱（3）的箱体B（3-1）连接。
5.根据权利要求1所述的一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：套装在传动扭力轴（15）的每端的小齿轮B（3-4）的内壁通过一个滚针支撑轴承（14）连接。
6.根据权利要求1所述的一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：加载器齿式联接装置（11）包括外齿联轴器A（11-1）、外齿联轴器B（11-3）和内齿联轴器（11-2）；
外齿联轴器A（11-1）套装在传动扭力轴（15）另一端上，外齿联轴器B（11-3）套装在液压加载器（9）转子上，外齿联轴器A（11-1）和外齿联轴器B（11-3）和内齿联轴器（11-2）上均设有限位挡圈（11-4），内齿联轴器（11-2）安装在外齿联轴器A（11-1）和外齿联轴器B（11-3）的外部。
7.根据权利要求6所述的一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：加载器膜片联接装置（12）包括联轴器法兰（12-1）、锁紧螺母（12-2）、垫片（12-3）、膜片组件（12-4）、铰制孔螺栓（12-5）和中空轴（12-6）；
联轴器法兰（12-1）的一端与小齿轮B（3-4）通过螺栓A（12-7）连接，联轴器法兰（12-1）的另一端与中空轴（12-6）的一端通过连接组件连接，中空轴（12-6）的另一端与液压加载器（9）的定子通过螺栓B（12-8）连接。
8.根据权利要求7所述的一种端部加载型机械功率封闭齿轮减振降噪试验台，其特征在于：加载器支撑装置（8）包括密封环（8-1）、定位环一（8-2）、壳体（8-3）、支撑轴承（8-4）、压紧环（8-5）、定位环二（8-6）、螺栓C（8-7）、压紧端盖（8-8）和螺栓D（8-9）；
所述压紧环（8-5）通过螺栓C（8-7）固定在液压加载器（9）的定子末端，液压加载器（9）的定子上套装有定位环一（8-2）和支撑轴承（8-4），支撑轴承（8-4）设置在定位环一（8-2）和压紧环（8-5）之间，所述密封环（8-1）设置在定位环一（8-2）的外部，密封环（8-1）、支撑轴承（8-4）、定位环二（8-6）和压紧端盖（8-8）顺次安装在壳体（8-3）内，压紧端盖（8-8）通过螺栓D（8-9）固定在壳体（8-3）上。
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