CN118583410B - 一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法，首先将膜片联轴器的两端分别与第一转接件、第二转接件进行连接，将第一转接件紧固安装到实验台架上，第二转接件为悬臂状态；确定第二转接件上压力的施加位置并调整激光位移传感器位置；通过压力加载杆对第二转接件逐级施加压力，记录压力传感器、激光位移传感器的数值，得到第一组测量数据；改变第二转接件上压力的施加位置并调整激光位移传感器位置；再一次对第二转接件逐级施加压力，记录压力传感器、激光位移传感器的数值，得到第二组测量数据；基于第一组测量数据和第二组测量数据，根据膜片联轴器角向与径向的刚度计算模型求解刚度值。

Description

一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法

技术领域

本发明涉及联轴器力学领域，具体涉及一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法。

背景技术

膜片联轴器广泛应用于汽轮机、压缩机、船用及航空器械等轴系传动中，是一种通过金属膜片组的变形，补偿传动轴间各种偏移的挠性元件，具有结构紧凑、连接可靠、无需润滑、承受偏压能力强、环境适应能力好的优点。膜片联轴器在机械动力传动中起着重要作用，其力学性能直接关系着轴系传动的安全性和稳定性；此外，膜片联轴器的刚度特性反映了其补偿轴间不对中的能力，这是评价耦合特性、选用联轴器型号必须要考虑的基本指标。

通过刚度测试实验研究膜片联轴器的力学性能，对于轴系传动、联轴器选型等均具有重要意义。当前，膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试实验通常是设计两种独立的工装结构，对膜片联轴器的角向刚度与径向刚度分别进行测试，通过相应刚度计算方法直接由径向位移值与径向力求解径向刚度，由角向位移值与角向力矩求解角向刚度。现有的膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法需要设计两种工装结构，在不同的实验台上进行刚度测试，耗费较多的经济成本与时间成本；且通过位移值/转角值和力/力矩的测试数据直接求解膜片联轴器角向刚度与径向刚度，得到的是两种刚度耦合后的结果，膜片联轴器实际的角向刚度、径向刚度与试验测试结果将存在较大误差。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法，仅需要设计一种工装结构，在同一实验台上进行试验，即可得到用于计算联轴器角向刚度与径向刚度的测量数据。该膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法合理，刚度计算模型可靠，能够实现联轴器角向刚度与径向刚度的解耦，提高联轴器刚度测试结果的准确性，对于评估联轴器力学性能具有重要意义。

本发明提供的膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法可采用以下技术方案：

一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法，包括以下步骤：

步骤一、将膜片联轴器的两端分别与第一转接件、第二转接件进行连接，将第一转接件紧固安装到实验台架上，第二转接件为悬臂状态；

步骤二、确定第二转接件上压力的施加位置并调整激光位移传感器位置，激光位移传感器的激光测量点位于第二转接件的下方并与压力的作用线重合；

步骤三、通过压力加载杆对第二转接件逐级施加压力，记录压力传感器、激光位移传感器的数值，得到第一组测量数据；压力传感器用于测量施加在第二转接件上的压力值；激光位移传感器用于测量第二转接件上相应测量点的位移值；

步骤四、改变第二转接件上压力的施加位置并调整激光位移传感器位置，激光位移传感器的激光测量点位于第二转接件的下方并与压力的作用线重合；

步骤五、再一次对第二转接件逐级施加压力，记录压力传感器、激光位移传感器的数值，得到第二组测量数据；压力传感器用于测量施加在第二转接件上的压力值；激光位移传感器用于测量第二转接件上相应测量点的位移值；

步骤六、基于第一组测量数据和第二组测量数据，根据膜片联轴器角向与径向的刚度计算模型求解刚度值。

进一步的，步骤一中，膜片联轴器通过标准螺栓组与第一转接件、第二转接件进行连接，按照联轴器技术要求的力矩范围进行拧紧。

进一步的，对于进行角向刚度与径向刚度测试的膜片联轴器，膜片联轴器的膜片组厚度为d，所述第一转接件与第二转接件的厚度H尺寸在4-5d范围内；所述第一转接件的长度尺寸在6-7H范围内，保证第一转接件与试验台架、膜片联轴器的可靠连接即可；所述第二转接件的长度尺寸在7-8H范围内。通过设置第一转接件与第二转接件的长度与厚度尺寸，保证第一转接件与第二转接件相较于膜片联轴器具有大的结构刚度；且限制第一转接件、第二转接件的厚度小于5d，简化测试装置尺寸，减轻质量、便于安装。

进一步的，步骤二与步骤四中，压力施加在第二转接件的径向方向上，记录第一次、第二次压力加载位置距离膜片联轴器中心的长度L₁、L₂；所述第一次压力加载位置应靠近膜片联轴器的中心位置，长度L₁应小于2.5H，并确保压力加载杆的顺利加载；所述第二次压力加载位置应远离膜片联轴器的中心位置，长度L₂在6.5-7.5H范围内。

进一步的，步骤三与步骤五中，逐级施加的压力幅值应相同，记录压力幅值以及等压力幅值下激光位移传感器数值。

进一步的，步骤六中，膜片联轴器角向与径向的刚度计算模型，基于第一组测量数据和第二组测量数据，先对联轴器的角向刚度进行求解，在此基础上再对联轴器的径向刚度进行求解。

进一步的，膜片联轴器角向的刚度计算模型为：

进一步的，膜片联轴器径向的刚度计算模型为：

或

其中，K_r为径向刚度，K_a为角向刚度，F为两次压力加载的相等幅值，L₁与x₁分别为步骤三中压力加载位置距离膜片联轴器中心的长度、激光位移传感器的数值，L₂与x₂为步骤五中压力加载位置距离膜片联轴器中心的长度、激光位移传感器的数值。

本发明提供的一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法具有如下有益效果：

1)与现有的技术相比，本发明能够同时进行膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试实验，一次实验即可获得联轴器角向刚度与径向刚度的计算数据，避免进行多次相对独立的角向刚度测试实验、径向刚度测试试验，有效地降低了实验时间成本、实验工装成本，提高了实验数据的利用率。

2)通过设置第一转接件与第二转接件的长度、厚度，使二者相对于膜片联轴器具有足够大的结构刚度，在进行压力加载时，第一转接件与第二转接件相对于膜片联轴器发生的变形足够小，可视为刚体，此时测得的激光位移传感器数值可认为是仅有膜片联轴器的变形以及第二转接件的刚体位移叠加后的结果，减小第一转接件、第二转接件的变形对联轴器刚度测试的影响，进一步保证了刚度测试原理的可靠性。

3)本发明的膜片联轴器角向与径向的刚度计算模型，基于相同径向压力作用下不同加载位置的位移数据，能够求得解耦后的角向刚度与径向刚度，有效地避免了联轴器角向方向与径向方向力学性能的相互影响；此外，第一次压力加载位置靠近联轴器中心，第二次压力加载位置远离联轴器中心，设置的两次压力加载位置，既减小了第二转接件无压力加载位置的长度，又具有足够大的偏移量放大了角向位移的差值，提高刚度计算模型的有效性，保证了刚度测试结果的准确性。

附图说明

图1是本实施例的一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法流程图。

图2是本实施例的膜片联轴器安装示意图。

图3是本实施例的部分尺寸关系示意图。

图4是本实施例的两次压力施加位置、激光位移传感器测量位置调整示意图。

图5是本实施例步骤S3中径向位移与角向位移的过程拆解示意图。

图6是本实施例步骤S5中径向位移与角向位移的过程拆解示意图。

具体实施方式

为使本发明具体实施例的目的、技术方案和优点更加清楚地描述，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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

本实施例提出了一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法，参阅图2及图4所示，该测试方法所采用的测试装置包括第一转接件1、第二转接件2、位于第一转接件1及第二转接件2之间的膜片联轴器5。第一转接件1及第二转接件2通过标准螺栓组与膜片联轴器5进行紧固装配，且第一转接件1紧固安装到实验台架8上，第二转接件2为悬臂状态。第二转接件2的上方设有压力加载杆4，在压力加载杆4的末端安装压力传感器6，在第二转接件2的下方设有激光位移传感器7。

结合图1所示，本实施例的一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法包括以下步骤：

S1：将膜片联轴器的两端分别与第一转接件1、第二转接件2进行连接，将第一转接件1紧固安装到实验台架8上，第二转接件2为悬臂状态。

具体的，参阅图2，是本实施例的膜片联轴器安装示意图，膜片联轴器5通过标准螺栓组与第一转接件1、第二转接件2进行螺栓连接3，按照联轴器技术要求的力矩范围进行拧紧，以保证实验状态下的膜片联轴器与工作状态下的膜片联轴器相一致，避免螺栓、螺栓预紧力对联轴器刚度实验的准确性产生影响。

具体的，参阅图3，是本实施例的部分尺寸关系示意图，通过设置第一转接件与第二转接件的长度与厚度尺寸，保证第一转接件与第二转接件相较于膜片联轴器具有大的结构刚度。膜片联轴器的膜片组厚度为d，第一转接件与第二转接件的厚度H尺寸在4-5d范围内；第一转接件的长度尺寸在6-7H范围内，保证第一转接件与试验台架、膜片联轴器的可靠连接即可，第二转接件的长度尺寸在7-8H范围内。在进行压力加载时，第一转接件与第二转接件相对于膜片联轴器发生的变形足够小，可视为刚体，减小第一转接件、第二转接件的变形对联轴器刚度测试的影响。此外，限制第一转接件、第二转接件的厚度小于5d，简化测试装置尺寸，减轻质量、便于安装。

S2：确定第二转接件2上压力的施加位置并调整激光位移传感器7的位置，激光位移传感器7的激光测量点位于第二转接件2的下方与压力的作用线重合。

S3：通过压力加载杆4对第二转接件2逐级施加压力，记录压力传感器6、激光位移传感器7的数值，得到第一组测量数据。

具体的，压力传感器6用于测量施加在第二转接件2上的压力值，激光位移传感器7用于测量第二转接件2上相应测量点的位移值。

S4：改变第二转接件2上压力的施加位置并调整激光位移传感器7的位置，激光位移传感器7的激光测量点位于第二转接件2的下方与压力的作用线重合。

具体的，参阅图4，是步骤S2和步骤S4中两次压力加载位置、激光位移传感器7测量位置调整示意图，压力施加在第二转接件2的径向方向上，需记录两次压力位置距离膜片联轴器中心的长度L₁、L₂。

具体的，第一次压力加载位置应靠近膜片联轴器的中心位置，长度L₁应小于2.5H，并确保压力加载杆的顺利加载；第二次压力加载位置应远离膜片联轴器的中心位置，长度L₂在6.5-7.5H范围内。设置的两次压力加载位置具有大的偏移量，放大了两次压力加载结果的角向位移差值；同时，减小了第二转接件无压力加载位置的长度，提高刚度计算模型的有效性，保证了刚度测试结果的准确。

S5：再一次对第二转接件2逐级施加压力，记录压力传感器6、激光位移传感器7的数值，得到第二组测量数据。

具体的，步骤S3和步骤S5中逐级施加的压力幅值应相同，记录压力幅值F作用下步骤S3和步骤S5的激光位移传感器数值，分别为x₁和x₂。

S6：基于第一组测量数据和第二组测量数据，根据膜片联轴器角向与径向的刚度计算模型求解刚度值。

具体的，膜片联轴器角向与径向的刚度计算模型，基于第一组测量数据和第二组测量数据，先对联轴器的角向刚度进行求解，在此基础上再对联轴器的径向刚度进行求解。

具体的，参阅图5、图6，分别是步骤S3、步骤S5径向位移与角向位移的过程拆解示意图，其中粗实线表示第二转接件的初始位置，细实线表示第二转接件先进行径向位移的位置，虚线表示第二转接件后进行角向位移的位置。

不同压力作用位置L₁、L₂，在相同压力幅值F作用下，第二转接件的径向位移量相等，均为Δy。在小转角的前提下，存在如下几何关系：

x₁＝Δy+Δx₁； ①

Δx₁＝L₁*θ₁； ②

x₂＝Δy+Δx₂； ③

Δx₂＝L₂*θ₂； ④

其中，在压力幅值F作用下，两次加载的激光位移传感器数值分别为x₁和x₂；由位移过程拆解的径向位移位置到角向位移位置，角向位移量分别为θ₁与θ₂，该角向位移在压力作用线上产生的径向位移量分别为Δx₁与Δx₂。

为实现角向刚度与径向刚度的计算解耦，需消除压力F作用产生的纯径向位移量△y，联立式①、②、③、④得

x₂-x₁＝L₂*θ₂-L₁*θ₁； ⑤

对于角向刚度K_a、径向刚度K_r存在如下线性刚度模型：

联立式⑤、⑥，即可得膜片联轴器角向的刚度计算模型：

在此基础上，联立式①、②、⑦、⑧，即可得到膜片联轴器径向的刚度计算模型：

该膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法合理，可同时对角向刚度与径向刚度进行试验测试；刚度计算模型可靠，能够实现角向刚度与径向刚度的解耦，并通过设置测试装置、测试方法进一步保证了计算模型的有效性与准确性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求限定而不是上述说明限定。

以上描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的保护范围并不局限于此。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。

Claims (3)

1.一种膜片联轴器角向刚度与径向刚度的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将膜片联轴器的两端分别与第一转接件、第二转接件进行连接，将第一转接件紧固安装到实验台架上，第二转接件为悬臂状态；对于进行角向刚度与径向刚度测试的膜片联轴器，膜片联轴器的膜片组厚度为d，所述第一转接件与第二转接件的厚度H尺寸在4-5d范围内；所述第一转接件的长度尺寸在6-7H范围内，保证第一转接件与试验台架、膜片联轴器的可靠连接即可；所述第二转接件的长度尺寸在7-8H范围内；通过设置第一转接件与第二转接件的长度与厚度尺寸，保证第一转接件与第二转接件相较于膜片联轴器具有大的结构刚度；

步骤二、确定第二转接件上压力的施加位置并调整激光位移传感器位置，激光位移传感器的激光测量点位于第二转接件的下方并与压力的作用线重合；

步骤三、通过压力加载杆对第二转接件逐级施加压力，记录压力传感器、激光位移传感器的数值，得到第一组测量数据；压力传感器用于测量施加在第二转接件上的压力值；激光位移传感器用于测量第二转接件上相应测量点的位移值；

步骤四、改变第二转接件上压力的施加位置并调整激光位移传感器位置，激光位移传感器的激光测量点位于第二转接件的下方并与压力的作用线重合；

步骤五、再一次对第二转接件逐级施加压力，记录压力传感器、激光位移传感器的数值，得到第二组测量数据；压力传感器用于测量施加在第二转接件上的压力值；激光位移传感器用于测量第二转接件上相应测量点的位移值；

步骤六、基于第一组测量数据和第二组测量数据，根据膜片联轴器角向与径向的刚度计算模型求解刚度值；膜片联轴器角向的刚度计算模型为：

其中，K_a为角向刚度，F为两次压力加载的相等幅值，L₁与x₁分别为步骤三中压力加载位置距离膜片联轴器中心的长度、激光位移传感器的数值，L₂与x₂为步骤五中压力加载位置距离膜片联轴器中心的长度、激光位移传感器的数值；

膜片联轴器径向的刚度计算模型为：

其中，K_r为径向刚度，K_a为角向刚度，F为两次压力加载的相等幅值，L₁与x₁分别为步骤三中压力加载位置距离膜片联轴器中心的长度、激光位移传感器的数值；

步骤二与步骤四中，压力施加在第二转接件的径向方向上，记录第一次、第二次压力加载位置距离膜片联轴器中心的长度L₁、L₂；所述第一次压力加载位置应靠近膜片联轴器的中心位置，长度L₁应小于2.5H，并确保压力加载杆的顺利加载；所述第二次压力加载位置应远离膜片联轴器的中心位置，长度L₂在6.5-7.5H范围内。

2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤一中，膜片联轴器通过标准螺栓组与第一转接件、第二转接件进行连接，按照联轴器技术要求的力矩范围进行拧紧。

3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，步骤三与步骤五中，逐级施加的压力幅值应相同，记录压力幅值以及等压力幅值下激光位移传感器数值。