CN201034789Y - 扭振测试系统检测校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型扭振测试系统检测校准装置，其特点是，包括：具有驱动部分和旋转部分的机械系统、变频电控系统和计算机系统；驱动部分包括机座、电机、主从带轮，从带轮输出轴的外端连接测速齿轮，另一端连接设有第二温度振动传感器的驱动轴；测速齿轮连接转速传感器和第一温度振动传感器；旋转部分包括与驱动轴输出端连接的可变角度联轴器、与可变角度联轴器输出端连接的被驱动轴、被驱动轴输出端顺序连接信号轮和阻尼器、被驱动轴连接第三温度传感器、信号轮连接扭振传感器、以及一设在旋转部分的角度传感器；变频电控系统与电机连接；各传感器的输出与计算机系统双向连接。可根据被测齿轮当前的转速，产生标准二谐次的扭振信号，提高检测的准确程度。

Description

扭振测试系统检测校准装置

技术领域

本实用新型涉及一种扭振测试系统检测校准装置。

背景技术

目前普遍使用的扭振测试系统检测校准装置为偏心激振式扭振校准台。工程技术人员在测试领域最关心的问题就是测量的准确度。若没有一个可以根据转速变化的标准扭振信号，就无法判断所使用的扭振测试系统所测量数据的准确程度。而现有的扭振测试系统检测校准装置存在结构复杂、精度低、频率单一、低频差、使用烦琐等缺点，因此限制了扭振测试系统检测、校准的推广和普及。

发明内容

本实用新型是为了解决现有扭振测试系统的检测校准问题而提出的一种扭振测试系统校准装置。本实用新型扭振测试系统校准装置可以根据校准装置当前的转速，产生标准二谐次的扭振信号，从而提高检验扭振测试系统的准确程度。

本实用新型采取的技术方案是：扭振测试系统检测校准装置，包括：机械系统、电控系统和计算机系统三大部分；所述的计算机系统包括计算机或工控机；其特点是，

所述的机械系统包括驱动部分和旋转部分；其中：所述的驱动部分包括机座、设在机座上的交流伺服电机与该交流伺服电机连接主从带轮、从带轮的中心设置的输出轴、输出轴的外端连接测速齿轮、与测速齿轮连接的转速传感器和第一温度振动传感器、与从带轮输出轴另一端连接的驱动轴、设在驱动轴的第二温度振动传感器；所述的旋转部分包括与驱动轴输出端连接的可变角度联轴器、与可变角度联轴器输出端连接的被驱动轴、顺序连接在被驱动轴输出端的信号轮和电磁力阻尼器、设在被驱动轴的至少一个第三温度传感器、设在信号轮的扭振传感器、以及一设在旋转部分的角度传感器；电机所产生的动力通过驱动轴、可变角度联轴器、被驱动轴传递到被测试对象；

所述的电控系统为变频电控系统，其包括变频驱动器和变频控制器，与交流伺服电机连接；

所述的变频电控系统的变频控制器与所述的计算机或工控机双向连接；所述的机械系统的各传感器的输出端通过光电藕合器与计算机或工控机双向连接。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，所述的可变角度联轴器由两个平键和连接在该两个平键支架的角度转换器构成。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，还包括一角度指示器，所述的角度指示器包括一旋转底板和一角度指示板；所述的旋转底板设在所述可变角度联轴器下方，旋转底板能绕可变角度联轴器下方的转轴转动；所述角度指示板垂直悬挂在旋转底板的外端，与旋转底板联动。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，所述的旋转底板通过轴承固定被驱动轴。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，还包括一配重块，所述的配重块固定在旋转底板的另一端。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，所述的旋转部件外安装有保护罩。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，还包括一飞轮；该飞轮装在可变角度联轴器前段驱动轴上，且该飞轮可以绕该驱动轴一端调整滑动。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，所述的转速传感器具有X、Y、Z三方向的调整功能。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，所述的变频电控系统的输入端设有抗干扰部件，包括顺序安装的隔离变压器、噪声滤波器和电抗器。

上述扭振测试系统检测校准装置，其中，所述的驱动部件的机座上安装有防倾侧装置，在机座底部装有缓冲减振垫。

由于本实用新型采用了以上的技术措施，由高精度伺服电机、变频电控系统、高精度可变角度联轴器和涡轮蜗杆转向机构、角度指示器和计算机系统构成，可产生双谐次的标准扭振信号，信号幅值和频率可精确控制和调节，具有结构简单、精度高、低频好、使用方便等特点。

附图说明

本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。

图1是本实用新型扭振测试系统检测校准装置的结构原理示意图。

图2是本实用新型扭振测试系统检测校准装置实施例的各部件连接的结构示意图。

图3是本实用新型扭振测试系统检测校准装置机械系统一种实施例的结构示意图(部分剖视)。

图4是图3的俯视图(部分剖视)。

图5是本实用新型扭振测试系统检测校准装置机械系统可变角度联轴器激振机构的原理图。

图6是可变角度联轴器的角度转换关系示意图。

图7是驱动轴与被驱动轴角度关系曲线示意图。

具体实施方式

请参阅图1，这是本实用新型扭振测试系统检测校准装置的结构原理示意图。本实用新型扭振测试系统检测校准装置，包括：机械系统11、变频电控系统12和计算机系统13三大部分。

所述的机械系统11包括驱动部分111和旋转部分112，其中：所述的驱动部分111包括机座1111，设在机座上设有交流伺服电机1112、交流伺服电机的输出轴连接主从皮带轮1113、1114，该从皮带轮1114的外端连接测速齿轮A，测速齿轮连接转速传感1115和第一温度振动传感器1116，从皮带轮1114的另一端设置驱动轴1117，驱动轴设有第二温度振动传感器1118，所述的转速传感器具有X、Y、Z三方向的调整功能。在从皮带轮1114与驱动轴1117至今还可以包括一飞轮1119。

所述的旋转部分112包括与驱动轴输出端连接的可变角度联轴器1121、与可变角度联轴器输出端连接的被驱动轴1122、顺序连接在被驱动轴输出端的信号轮1123和电磁力阻尼器1124、设在被驱动轴的两个第三温度传感器1125、设在信号轮的扭振传感器1126、以及一设在旋转部分的角度传感器1127，该角度传感器1127将该旋转部分112所旋转的角度A传递到计算机系统。电机所产生的动力通过驱动轴、可变角度联轴器、被驱动轴传递到被测试对象。

所述的变频电控系统12包括变频驱动器和变频控制器，与交流伺服电机1112连接。变频驱动器和变频控制器可由分离元件组成，也可为一体构成。变频控制器驱动软件，采用德国SIEMENS公司的监控软件、高性能PROFIBUS总线驱动卡，可实现伺服电机的各种运动和运转控制。

由于本实用新型校准装置是一套调速范围宽、动态响应快的高精度校准装置，在动力源方面，采用伺服电机控制转速的具有以下优点：

1)宽的调速范围，很好的调节平滑性以及足够硬度的机械特性。

2)对于恒转矩调速，可保证在调速过程中电动机具有基本相同的过载能力；同时可满足磁通量基本不变的要求。

3)伺服电机调速是目前电动机调速中理想的调速方法。它具有效率高、调速范围宽、精度高、平滑性好。

所述的计算机系统13包括计算机或工控机，所述的变频电控系统的变频控制器与所述的计算机或工控机双向连接。计算机系统的软件运行平台采用Windows 2000/Windows XP专业版；系统控制软件采用美国NI公司的LABVIEW软件。该软件是一种测量自动化软件，具有高度的先进性和可靠性。在设备硬件层上，能与系统各种I/O设备无缝结合，并提供极其友好的人机交互界面。除此以外，他还拥有各种强大的数据分析功能。对于温度和振动型号的采集，使用美国NI公司的模拟量数据采集卡，结合LABVIEW的数据分析功能，实时显示传感器的工作状态，一旦过限，立即发出声光报警。

该计算机系统具有以下的功能：

1)可设定转速报警限值，当转速超限，发出声光报警信号，并切断电源供电；

2)轴系用加速度传感器监测振动量级，当振动超限，发出声光报警信号，并切断电源供电；

3)轴承上用温度和振动传感器来检测温度和振动，若温度和振动超限，发出声光报警信号，并切断电源供电；

4)具有急停按钮；

5)图形化操作界面；

6)可设置试验参数、报警参数；

7)可记录主轴转速、相位等试验曲线(包括对应的方波)；

8)具有示波器功能，能将转速传感器输出信号、所需ECU信号在计算机屏幕上同屏显示。

请参阅图2。这是本实用新型扭振测试系统检测校准装置各部件连接的一种实施例的结构示意图。

从图中可以看出，在本校准装置中采用机械系统21、机械系统21中的伺服电机211、变频电控系统22和计算机系统23构成闭环控制，来满足该测试装置的调转速要求，并具有调速精度高、稳定性好、动态响应快、调速范围宽、在低速时能提供大转矩输出等优点；其与机械系统21的伺服电机211本身带的光盘编码器配合使用，可以达到很高的控制精度。

变频电控系统22中的变频驱动器、变频控制器均装在封闭的金属壳内，起到屏蔽作用；外壳接入大地线，这样可把电场和磁场的干扰引入大地。

变频电控系统的输入端设有抗干扰部件，包括顺序安装的无熔丝断路器223、噪声滤波器224和电磁接触器225。

在变频电控系统内部的变频控制器也采取了隔离措施，因是现成的技术，故不赘述。

变频控制器由一个工控机构成，该工控机采用直流电源供电，这样便于进一步消除电源中的干扰信号。为了在突然失电时，能有时间让计算机退出，加了UPS不间断电源。计算机及控制面板分别由隔离电源供电。工控机所有的数据输入输出卡均采用光电藕合器隔离，增强抗干扰性能。

计算机系统实时监控整个装置的工作状态，通过闭环，实现高精度的转速控制。计算机系统可以采用计算机、笔记本电脑或工控机，为方便用户的使用，本实施例采用笔记本电脑构成。

请参阅图3、图4，这是本实用新型扭振测试系统检测校准装置机械系统一种实施例的结构示意图(部分剖视)。

本实用新型扭振测试系统检测校准装置机械系统，包括机箱3，设在机箱上的一伺服电机(包括变速器)31、与伺服电机输出轴连接的弹性联轴器32、设在弹性联轴器32另一端的驱动轴33、与驱动轴33的另一端连接的可变角度联轴器34、连接在可变角度联轴器34另一端的被驱动轴35。所述的可变角度联轴器由两个平键341、342和连接在该两个平键之间的角度转换器343、构成。考虑到可变角度联轴器用于测试有相当大惯量的扭振减振器，故给驱动轴和被驱动轴以足够的直径，避免由于被侧件惯量的反扭矩造成的主轴扭曲(特别是在高频时)。

本实用新型扭振测试系统检测校准装置机械系统还包括一角度指示器36，所述的角度指示器36包括一旋转底板361和一角度指示板362；所述的旋转底板设在所述可变角度联轴器下方，旋转底板能绕可变角度联轴器下方的转轴转动；所述角度指示板垂直悬挂在旋转底板的外端，与旋转底板联动；为了更直观地显示主驱动轴和被驱动轴的角度，直接在旋转底座上安装带有刻度校准的分度规和数字标记。

本实用新型扭振测试系统检测校准装置，还包括一配重块37，该配重块固定在旋转底板的另一端。被驱动轴通过轴承固定在旋转底板上。

为保证测试时的安全，本实用新型扭振测试系统检测校准装置所述的旋转部件外安装有保护罩(未图示)。在所述的驱动部件的机座上安装有防倾侧装置，在机座底部装有缓冲减振垫。

为了减小电机轴速度的周期性变动，本实用新型扭振测试系统检测校准装置在驱动轴上增加一个飞轮(未图示)；飞轮装在可变角度联轴器(也称万向结)前段驱动轴上，且飞轮可以绕驱动轴一端调整滑动；这一设计可使得被驱动部分(包括可变角度联轴器)做到稳定的旋转。

为方便测试，本实用新型还包括一手轮38，所述手轮38通过转向机构39与旋转底板连接。该转向机构39由一蜗轮蜗杆构成，该转向机构的输出端通过一法兰固定在旋转底板的底部。

另外，本实用新型的机械系统为进一步提供性能，还可采用以下的措施：

1)为减少轴向窜动，在主轴上采用高速高精度的向心球轴承和高速高精度的向心角接触球轴承组合使用。

2)由于轴系高速转动，为降低转动惯量，在主轴旋转部件上，在保证强度和刚度的前提下，采用铝合金部件与钢制部件混装，并进行高速旋转件的动平衡测试，保证机械旋转部分可靠运作。主轴传动系统各零件易于维修和更换。

3)用温度与振动传感器对高速旋转的轴系进行监测，一旦出现临界转速，产生共振；或轴承温度过高等严重危害测试系统设备安全的状态时，将产生声光报警，并由上位机停止整个试验系统的运行；且各传感器的安装位置和安装方式考虑到校准的要求，便于安装和拆卸。

4)在转速传感器的安装上，可使转速传感器具有X、Y、Z三方向的调整功能，满足不同测试要求。

5)设备上采用了安全防护措施：由于旋转机械，安装有保护罩；设备基座具有足够的重量，并安装防倾侧装置；试验台底部装有缓冲减振垫，保护系统可靠工作，并使噪声低于75dB。

6)在实验设备的侧面和背面留有空间，以便维护。

本实用新型扭振测试系统检测校准装置还包括与计算机控制系统电连接的电机启动按键411、转速表412、电位器413、电源开关414、故障报警器415和通电指示灯416等，设置在所述扭振测试系统检测校准装置的面板41上。

该机械系统工作的原理是：电机驱动主轴，电机所产生的动力通过驱动轴、可变角度联轴器、被驱动轴传递到被测试对象。带动扭转振动传感器的被驱动轴通过轴承支撑机构安装在底板上；且底板能绕一个垂直装在可变角度联轴器下面的转轴转动，这样被驱动轴就可以由计算机系统来进行计算机电控，与主驱动轴形成不同的角度，从而可得到所需的扭转振动。

请参阅图5，这是可变角度联轴器的结构原理示意图。本实用新型可变角度联轴器是利用在同一平面内用可变角度联轴器将匀速旋转的电机轴同被驱动轴按一定偏转的角度联接起来就可以产生近似的简谐变化的扭转角的原理而工作。从图5所示，驱动轴51与被驱动轴52位于同一平面内，两轴的夹角为φ。可变角度联轴器53内有两个交叉成十字形的杆件531、532，驱动部分与被驱动部分分别连接在杆件上。十字形杆件可以在可变角度联轴器内任意转动。

请参阅图6。为了用驱动轴转角表示出被驱动轴的转角的变化规律可以从图6的角度转换关系图中看出。

图6中虚线圆代表被驱动轴段的十字杆件的运动平面，水平平面代表与驱动轴段的十字杆件垂直的平面。所以，该图中两个面的夹角φ与图5中定义的两轴夹角φ成互余关系。根据图6中角度关系推导φ、α、β的关系如下：

dsinβ·sinφ＝dcosβ·ctgα

简化后得：

tgβ·sinφ＝tgα

由于角度的互余关系，得到：

cosφ·tgβ＝tgα

取cosφ＝0.5做出输入量α与输出波动量α-β的关系曲线，请参阅图7，这是驱动轴与被驱动轴角度关系曲线示意图。可见，叠加在被取得轴平均转角上的转角波动B是一条近似sin曲线，对其展开可得到各阶简谐量。

用可变角度联轴器来产生动态扭矩，电机通过同步带传动装置来驱动主轴，这样可以增加驱动轴的速度和振动频率的范围。为了减小电机轴速度的周期性变动，在驱动轴上加一个飞轮；飞轮装在可变角度联轴器前段驱动轴上，且飞轮可以绕一端调整滑动；这一设计可使得被驱动部分(包括可变角度联轴器)做到稳定的旋转。电机所产生的动力通过驱动轴、可变角度联轴器、被驱动轴传递到被测试扭振减振器。带动扭转振动传感器的被驱动轴通过轴承支撑机构安装在底板上；且底板能绕一个垂直装在可变角度联轴器下面的转轴转动，这样被驱动轴就可以由计算机系统来进行计算机电控，和主驱动轴形成不同的角度，从而可得到所需的扭转振动。

由上述分析可以知道，采用本实用新型的可变角度联轴器可以产生近似的简谐波动量。

本实用新型操作时，先将设备放置于水平工作台上，安装传感器，并将信号接入计算机。在计算机上安装“加密狗”，打开采集程序。连接电机电缆，接通电源。打开电机运行开关。慢慢旋转转速调整开关，将转速调整到试验转速。通过转速指示表可得知电机当前转速。电机最低稳定转速为15rpm，额定转速为1500rpm。使用采集程序对信号进行采集。按下保存键，计算机将自动采集并保存一分钟的数据。电机进行中可对电机转速进行调节，但当需要调整转动角度时，请先将转速调整开关拨回零位，待角度调整完毕后再调节电机转速。试验完毕后，先将转速调整开关拨回零位，然后依次关闭电机运行开关、电机电源开关，并切断设备供电。在电机运行过程中，如发生故障系统报警灯便会被点亮，系统进入保护模式。此时请依次关闭电机运行开关、电机电源开关，并将转速调整开关拨回零位，等待片刻后重新启动。

本实用新型主要技术指标是：额定最大转动角度：±30°；最低稳定转速：15rpm；最高额定转速：1500rpm；转速调整精度：±1rpm；产生信号：标准2谐次信号。其信号幅值和频率可精确控制和调节，具有结构简单、精度高、低频好、使用方便等特点。

Claims (9)

1.扭振测试系统检测校准装置，包括：机械系统、电控系统和计算机系统三大部分；所述的计算机系统包括计算机或工控机，其特征在于，

所述的机械系统包括驱动部分和旋转部分；其中：所述的驱动部分包括机座、设在机座上的交流伺服电机、与该交流伺服电机连接主从带轮、从带轮的中心设置的输出轴、输出轴的外端连接测速齿轮、与测速齿轮连接的转速传感器和第一温度振动传感器、与从带轮输出轴另一端连接的驱动轴、设在驱动轴的第二温度振动传感器；所述的旋转部分包括与驱动轴输出端连接的可变角度联轴器、与可变角度联轴器输出端连接的被驱动轴、顺序连接在被驱动轴输出端的信号轮和电磁力阻尼器、设在被驱动轴的至少一个第三温度传感器、设在信号轮的扭振传感器、以及一设在旋转部分的角度传感器；电机所产生的动力通过驱动轴、可变角度联轴器、被驱动轴传递到被测试对象；

所述的电控系统为变频电控系统，包括变频驱动器和变频控制器，与交流伺服电机连接；

所述的变频电控系统的变频控制器与所述的计算机或工控机双向连接；所述的机械系统的各传感器的输出端通过光电藕合器与计算机或工控机双向连接。

2.根据权利要求1所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，所述的可变角度联轴器由两个键和连接在该两个键之间的角度转换器构成。

3.根据权利要求1所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，还包括一角度指示器，所述的角度指示器包括一旋转底板和一角度指示板；所述的旋转底板设在所述可变角度联轴器下方，旋转底板能绕可变角度联轴器下方的转轴转动；所述角度指示板垂直悬挂在旋转底板的外端，与旋转底板联动。

4.根据权利要求3所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，所述的旋转底板通过轴承固定被驱动轴。

5.根据权利要求3所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，还包括一配重块，所述的配重块固定在旋转底板的另一端。

6.根据权利要求3所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，所述的旋转部件外安装有保护罩。

7.根据权利要求1所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，还包括一飞轮；该飞轮装在可变角度联轴器前段驱动轴上，且该飞轮可以绕该驱动轴一端调整滑动。

8.根据权利要求1所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，所述的变频电控系统的输入端设有抗干扰部件，包括顺序安装的隔离变压器、噪声滤波器和电抗器。

9.根据权利要求1所述的扭振测试系统检测校准装置，其特征在于，所述的驱动部件的机座上安装有防倾侧装置，在机座底部装有缓冲减振垫。

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