专利名称：变速箱性能的检测装置的制作方法
技术领域：
变速箱性能的检测装置技术领域[0001]本实用新型涉及的是一种变速箱综合性能检测装置，尤其涉及的是一种变速箱性能的检测装置。
背景技术：
[0002]变速箱作为一种改变扭矩和转速的传力装置，广泛应用于各种机械设备中，现有的变速箱检测装置一般通过模拟变速箱的受力环境，并在模拟的受力环境下检测变速箱的输入、输出端功率、转速等参数，进而分析变速箱的机械效率、额定功率等性能指标，而对变速箱内齿轮啮合性能的检测则只能根据个人经验进行判断。实用新型内容[0003]实用新型目的本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种变速箱性能的检测装置，通过电磁扭矩仪和电动机使得变速箱在不同负载、不同转速下运行，并利用声波信号对变速箱机械性能和齿轮啮合性能进行检测分析。[0004]技术方案本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括电磁扭矩仪、 电磁扭矩仪控制器、电动机、电动机控制器、八个声波接收器、数字电流表、信号处理模块和计算机；其中电磁扭矩仪和变速箱相连，电磁扭矩仪控制器分别与电磁扭矩仪和计算机相连，第一声波接收器设置于电磁扭矩仪之上，电动机和变速箱相连，电动机控制器分别与电动机和计算机相连，数字电流表分别与电动机和计算机相连，第二声波接收器设置于电动机之上，第三声波接收器和第四声波接收器分别设置于变速箱的顶部和底部，第五、第六、第七和第八声波接收器分别设置于变速箱的四周，八个声波接收器分别与信号处理模块相连，信号处理模块和计算机相连。[0005]所述第五、第六、第七和第八声波接收器位于变速箱传动轴所在的平面上，第五声波接收器设置于变速箱的左前方，第六声波接收器设置于变速箱的右前方，第七声波接收器设置于变速箱的左后方，第八声波接收器设置于变速箱的右后方，第五声波接收器和第八声波接收器的连线、第六声波接收器和第七声波接收器的连线、第三和第四声波接收器的连线相互垂直且垂足相同。[0006]所述信号处理模块包括环境噪声滤波器和信号放大器；其中环境噪声滤波器分别与八个声波接收器相连，信号放大器分别与环境噪声滤波器和计算机相连。[0007]所述电动机为恒压频比变频调速电动机，可以实现电动机对变速箱提供不同的转速。[0008]有益效果本实用新型相比现有技术具有以下优点本实用新型可对组装好的变速箱进行机械性能和齿轮啮合性能的检测分析，确定变速箱在不同转速、不同负载下的机械效率和额定功率，同时可根据齿轮啮合性能确定变速箱在不同转速与不同负载下齿轮啮合情况，以及啮合异常的齿轮位置与啮合异常的程度，有助于对啮合异常齿轮做进一步处理，从而保证变速箱的整体性能和总体质量。
[0009]图1是本实用新型检测装置的俯视图；[0010]图2是本实用新型检测装置的主视图；[0011]图3是本实用新型检测装置的仰视图。
具体实施方式
[0012]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。[0013]如图1、图2和图3所示，本实施例的检测装置的支架包括台架底座1、扭矩仪支架 2、电动机支架3、顶部支架4、底部接收器底座5、左前支架6、右前支架7、左后支架8、右后支架9、左前底座10、右前底座11、左后底座12、右后底座13、T型块14、支架固定螺栓15和底座固定螺栓16，台架底座1的中间设有矩形槽，台架底座1的两侧设有T型槽，T型块14 设置于T型槽内。[0014]底部接收器底座5通过矩形槽与台架底座1相连；扭矩仪支架2、电动机支架3、顶部支架4、左前支架6、右前支架7、左后支架8和右后支架9分别通过T型块14和支架固定螺栓15与台架底座1的T型槽连接；左前底座10、右前底座11、左后底座12和右后底座 13分别通过各自的中间圆柱形通孔与对应的支架相连，并利用底座固定螺栓16固定在各自对应的支架上。[0015]本实施例的检测装置包括电磁扭矩仪18、电磁扭矩仪控制器19、电动机20、电动机控制器21、八个声波接收器、数字电流表30、信号处理模块和计算机31 ；其中电磁扭矩仪18和变速箱17通过联轴器32相连，电磁扭矩仪控制器19分别与电磁扭矩仪18和计算机31相连，电磁扭矩仪控制器19将计算机31上的扭矩值指令传递给电磁扭矩仪18，第一声波接收器22固定在扭矩仪支架2上，电磁扭矩仪18设置于扭矩仪支架2上。[0016]电动机20和变速箱17通过联轴器32相连，电动机控制器21分别与电动机20和计算机31相连，电动机控制器21用于调节电动机20频率和转速，并将频率和转速信号传递给计算机31，数字电流表30分别与电动机20和计算机31相连将电动机20上电流信号传递给计算机31，第二声波接收器23固定在电动机支架3上，电动机20设置在电动机支架 3上。[0017]第三声波接收器M和第四声波接收器25分别设置于变速箱17的顶部和底部，第三声波接收器M固定在顶部支架4上，第四声波接收器25固定在底部接收器底座5上，变速箱17设置于顶部支架4和底部接收器底座5之间。[0018]第五声波接收器沈、第六声波接收器27、第七声波接收器观和第八声波接收器四分别设置于变速箱17的四周，第五声波接收器沈、第六声波接收器27、第七声波接收器观和第八声波接收器四分别固定在左前底座10、右前底座11、左后底座12和右后底座13上； 左前底座10、右前底座11、左后底座12和右后底座13分别设置在变速箱17的四周，八个声波接收器分别通过信号线与信号处理模块相连，信号处理模块和计算机31相连。[0019]第五声波接收器沈、第六声波接收器27、第七声波接收器观和第八声波接收器四位于变速箱17传动轴所在的平面上，第五声波接收器沈设置于变速箱17的左前方，第六声波接收器27设置于变速箱17的右前方，第七声波接收器观设置于变速箱17的左后方， 第八声波接收器四设置于变速箱17的右后方，第五声波接收器沈和第八声波接收器四的连线、第六声波接收器27和第七声波接收器观的连线、第三和第四声波接收器25的连线相互垂直且垂足相同，这三条连线构成一个笛卡尔直角坐标系。[0020]信号处理模块包括环境噪声滤波器33和信号放大器34 ；其中环境噪声滤波器 33分别与八个声波接收器相连，信号放大器34分别与环境噪声滤波器33和计算机31相连。[0021]本实施例的电动机20为恒压频比变频调速电动机，可以实现电动机20对变速箱 17提供不同的转速。[0022]本实施例的检测装置使用安装过程如下[0023]将底部接收器底座5放置在台架底座1中间的矩形槽内，调节其位置使其位于变速箱17中心位置的下方，并将第四声波接收器25安装在底部接收器底座5上；[0024]将电磁扭矩仪18、变速箱17、电动机20安装到台架底座1上；[0025]将扭矩仪支架2、电动机支架3、顶部支架4、左前支架6、右前支架7、左后支架8、 右后支架9利用支架固定螺栓15固定在台架底座1两侧的T型槽内的T型块14上；[0026]将左前底座10、右前底座11、左后底座12、右后底座13分别安装在左前支架6、右前支架7、左后支架8、右后支架9上；[0027]调节扭矩仪支架2位置，使其位于电磁扭矩仪18的轴线方向的正中位置；调节电动机支架3位置，使其位于电动机20的轴线方向的正中位置；调节顶部支架4位置，使其位于变速箱17的轴线方向正中位置；[0028]将第一声波接收器22安装在扭矩仪支架2上；将第二声波接收器23安装在电动机支架3上；将第三声波接收器M安装在顶部支架4上；[0029]将第五声波接收器沈、第六声波接收器27、第七声波接收器观和第八声波接收器 29分别安装在左前底座10、右前底座11、左后底座12、右后底座13上；[0030]调节左前底座10、右前底座11、左后底座12、右后底座13高度，使其位于变速箱 17的输入轴和输出轴所在的平面上；调节左前支架6、右前支架7、左后支架8、右后支架9 位置，并调节左前底座10、右前底座11、左后底座12、右后底座13转向，使第五声波接收器 26和第八声波接收器四的连线、第六声波接收器27和第七声波接收器观的连线、第三声波接收器M和第四声波接收器25的连线构成一个笛卡尔直角坐标系；[0031]通过支架固定螺栓15固定左前支架6、右前支架7、左后支架8、右后支架9位置； 通过底座固定螺栓16固定左前底座10、右前底座11、左后底座12、右后底座13位置；[0032]将电磁扭矩仪控制器19与电磁扭矩仪18、计算机31连接；[0033]将电动机控制器21与电动机20、计算机31连接；[0034]将数字电流表30安装在电动机20上，并与计算机31连接；[0035]将各个声波接收器与信号处理模块连接，并将信号处理模块与计算机31连接；[0036]由计算机31发出电动机20转速指令并通过电动机控制器21调节电动机20转速， 实现电动机20恒压频比调速；同时由计算机31发出负载扭矩指令，通过电磁扭矩仪控制器 19调节电磁扭矩仪18的扭矩值。5[0037]本实施例检测变速箱17性能的方法，包括以下步骤[0038](1)检测变速箱17的顶部、底部以及变速箱17在传动轴平面上的左前方、左后方、 右前方、右后方的声波信号，检测变速箱17的驱动电动机20和变速箱17输出的电磁扭矩仪18上的声波信号，检测电动机20的电压、转速、电流信号和电磁扭矩仪18的扭矩值；[0039](2)以变速箱17的驱动电动机20和输出的电磁扭矩仪18上的声波信号为环境噪声信号，对变速箱上另外的声波信号进行比对滤波，将滤波后的信号进行信号放大。[0040]环境噪声滤波器33的包括环境噪声合成电路、反相器和比对滤波电路，环境噪声合成电路为增益为0. 5的2输入加法运算放大器。[0041]以电动机20和电磁扭矩仪18上的声波信号作为加法运算放大器的输入信号，加法运算放大器的增益为0. 5，即以电动机20和电磁扭矩仪18上的声波信号的算术平均值作为环境噪声信号；[0042]利用环境噪声滤波器33中的反相器对环境噪声信号进行反相处理，环境噪声滤波器的六个滤波通道均为加法运算放大器，每一个加法运算放大器均以反相处理后的环境噪声信号和一个声波接收器的声波信号作为输入信号，输出信号即为输入信号滤除环境噪声后的特征信号，加法运算放大器的增益为1。[0043]为了更清楚的说明这一滤波过程，假设电动机20、电磁扭矩仪18上方的声波接收器检测到的信号为Un和Ud，环境噪声信号为Uz，变速箱上六个声波接收器的信号分别为 Ul、U2、…、U6，则环境噪声合成电路的输入信号为Un和Ud、环境噪声合成电路的输出信号为信号Uz，输入输出信号的关系为UZ= (ud+Un)/2。将uz作为环境噪声滤波器33的反相器的输入信号，反相器的输出信号为Uf，uf = _uz，反相器使后面的比对电路中的加法运算变为减法运算。在每一个变速箱声波接收器的信号中都含有电动机和电磁扭矩仪发出的声波信号，该声波信号小于电动机上方和电磁扭矩仪上方声波接收器检测到信号强度，即Ui = knun+kdud+f(ut)，i = 1，2，. . .，6，其中1^和kd为小于1的系数，Ut为变速箱发出的声波信号，f(ut)是声波接收器检测到的信号是变速箱实际发出的信号的函数，比对滤波就是要消除变速箱的声波接收器中的 和叫，但完全滤除是不可能的，因此选择Uz= (ud+un)/2。比对滤波电路由6个增益为1的2输入加法运算放大器构成，以对U1信号滤波为例则比对滤波电路中的一个加法运算放大器的输入信号为U1和uf，设滤波后的信号为Ult，则Ult = Ul+Uf = U1-Uz = (kn-0. 5)un+(kd-0.(Ut)，这样处理后变速箱各个声波接收器检测的信号中由电动机和电磁扭矩仪发出的噪声信号大幅度降低，达到了比对滤波的目的。[0044]比对滤波电路的作用是和反相器配合实现减法运算，如果直接使运算放大器的增益为大于1的数值，则会对环境噪声信号也进行放大，因此须在滤波后再进行放大处理，且后面的信号放大器34可采用非线性放大器。[0045]信号放大器34为2级放大，总的放大系数(或增益)在本实施例中取大于30。[0046](3)根据变速箱17六个方向上声波接收器的声波信号确定声源在三个坐标轴上的三个坐标值，笛卡尔直角坐标系中三个坐标值的确定则声源位置确定；[0047]对变速箱17顶部和底部的声波信号进行相同特征信号波形鉴相，并根据顶部和底部这两个声波信号的相同特征信号的相位差计算发出特征信号的声源的高度位置；[0048]对变速箱17左前方和右后方的声波信号进行相同特征信号波形鉴相，并根据左前方和右后方两个声波接收器的这两个声波信号的相同特征信号的相位差计算出发出特征信号声源在左前方和右后方连线上的位置；[0049]对变速箱17右前方和左后方的声波信号进行相同特征信号波形鉴相，并根据右前方和左后方两个声波接收器的这两个声波信号的相同特征信号的相位差计算出发出特征信号声源在右前方和左后方连线上的位置；[0050]声源定位分析同一坐标轴连线上两个声波接收器信号的相位差确定声源坐标值。[0051]在同一温度、压力状态下，空气中声速基本恒定，因此同一坐标轴上两个声波接收器信号的相位差即表示声波信号从声源到达两个声波接收器处的时间差，根据相位差即可确定声源在该坐标轴上的坐标值，即(相位差X声速+两个声波接收器之间的距离)/2 = 坐标值。[0052]根据六个方向上的声波信号可确定声源在三个坐标轴上的三个坐标值，笛卡尔直角坐标系中三个坐标值的确定则声源位置唯一确定；[0053]根据步骤( 得到的位置信息，生成特征信号和特征信号坐标列表；[0054](4)根据特征信号的强度分析变速箱17齿轮的啮合情况，并确定啮合异常的齿轮噪声强度与位置；[0055]具体方法如下[0056]将声波信号幅值与参考值相除得到表征齿轮啮合质量的无量纲参数齿轮啮合质量系数，当齿轮啮合质量系数小于或等于K1时，齿轮啮合为正常状态；当齿轮啮合质量系数大于K1且小于或等于K2时，齿轮啮合处于临界运行状态，变速箱17可以出厂，但应降低变速箱17铭牌上的额定功率标注值；当齿轮啮合质量系数大于K2时，变速箱17处于故障状态，应进行齿轮返修，其中K1和K2为齿轮啮合状态阈值参数，本实施例中取K1 = 1. 2，K2 = 1. 5 ；[0057]上述参考值的确定方法为以同一型号变速箱17中经人工检测质量合格的变速箱17作为样机，利用样机检测的声波信号的最大幅值作为参考值，也可以根据经验数据进行确定；[0058]上述齿轮啮合状态阈值参数的确定齿轮啮合状态阈值参数确定方法有两种，第一种是对同一型号多台变速箱进行检测，通过检测数据根据专家经验确定，第二种是通过实验方法确定，即人为的在样机上设置齿轮典型缺陷，，然后后对样机进行检测，根据检测数据确定齿轮啮合状态阈值参数Ki、K2，本实施例采用第二种方法确定，具体方法如下[0059]实际上同一型号的变速箱每一台的噪声强度都有所差别，但差别不会太大，因此只要以一台质量正常的变速箱作为样机，检测其噪声强度，并以其噪声强度的最大幅值作为参考值，其他变速箱的噪声强度与参考值比较，其他变速箱的噪声虽然超出设定值但小于一定范畴如小于K1倍时仍可认定为正常；如果其他变速箱的噪声超过参考值较多，如大于参考值K1倍但小于K2倍，这种情况下变速箱加工精度可能较低，但没有较大的加工缺陷， 通过降低变速箱的传递功率可以使噪声降低，因此可以作为较低功率要求的变速箱使用， 而不一定需要返修，在很多场合，用户选用变速箱时预留的功率余量很大，这些按原额定功率检测噪声较大，但降低后的额定功率仍大于用户实际使用的功率的变速箱可以作为额定功率低一个档次的变速箱使用；[0060]不同型号的变速箱因其中参与啮合的齿轮数量、齿轮类型、尺寸大小、以及传递的功率等参数不同，因此其正常工作时的噪声也不同，但阈值参数是实际噪声与参考值的比值，不同型号的变速箱的阈值参数可以取相同值，但如果对变速箱质量的要求不同则阈值参数可取不同值，例如正常场合只要保证变速箱能够可靠的工作即可，这时完全可以针对不同型号的变速箱取相同的阈值参数K1,但有些场合对噪声要求较高，如用于中央空调的变速箱要求低噪声，这时可选择较小的阈值参数K1，只要参考值确定了，阈值参数K1可由用户自行确定；[0061]新变速箱的齿轮典型缺陷主要是齿轮加工精度太低，如齿轮热处理后齿轮的轮齿发生变形，而后续的磨齿工序未能将变形部分加工到图纸要求；或装配时清理不好，变速箱中留有铁屑等使齿轮表面发生较大的碾伤、划痕等；或更严重的齿轮热处理不好，导致运行时个别轮齿发生断裂等缺陷，这时变速箱的噪声会很大。在故障机器上检测的就是有人为设置的这些缺陷时变速箱的噪声值，并与参考值比较得到阈值参数K2 ；[0062]K2值的确定是以人为设置的一系列缺陷中的噪声幅值的最小值与参考值相除得到κ2。[0063]确定啮合异常齿轮位置的方法为当齿轮啮合质量系数大于K1时，提取上述步骤中确定的发出的齿轮啮合质量系数大于K1的声波特征信号的声源位置坐标值，该坐标值即为啮合异常的齿轮在由六个声波接收器构成的笛卡尔直角坐标系中的位置；[0064](5)根据电动机20的电压、转速和电流信号计算电动机20的转速和功率，根据扭矩值分析变速箱17的机械效率，然后根据齿轮啮合情况确定变速箱17的额定功率。[0065]确定额定功率的方法[0066]通过计算机发出指令，由电磁扭矩仪控制器逐步增加电磁扭矩仪的扭矩值，参考步骤的评定结果，当齿轮啮合质量系数小于或等于K1时，确定变速箱17在正常运行状态下的最大电磁扭矩仪的扭矩值即为变速箱17在该转速下的极限扭矩，极限扭矩与转速的乘积即为该转速下的极限功率，极限功率除以安全系数即为额定功率，本实施例中安全系数取为1. 3 ；[0067]确定机械效率的方法为[0068]因电动机20采用采用恒压频比变频调速，而电动机20的转速又和电源频率成正比，因此电动机20的输入电压等于电动机20实际转速与同步转速的比值然后乘以电动机 20的额定电压；由电动机20的输入电压和数字电流表检测的电动机20的电流值可以确定电动机20的实际输出功率，变速箱17的额定功率与电动机20的实际输出功率的比值即为变速箱17的机械效率。
权利要求1.一种变速箱性能的检测装置，其特征在于，包括电磁扭矩仪(18)、电磁扭矩仪控制器(19)、电动机00)、电动机控制器(21)、八个声波接收器、数字电流表(30)、信号处理模块和计算机(31)；其中电磁扭矩仪(18)和变速箱(17)相连，电磁扭矩仪控制器(19)分别与电磁扭矩仪(18)和计算机(31)相连，第一声波接收器0 设置于电磁扭矩仪(18)之上，电动机OO)和变速箱(17)相连，电动机控制器分别与电动机OO)和计算机(31) 相连，数字电流表(30)分别与电动机OO)和计算机(31)相连，第二声波接收器设置于电动机OO)之上，第三声波接收器04)和第四声波接收器0 分别设置于变速箱(17) 的顶部和底部，第五声波接收器(26)、第六声波接收器(27)、第七声波接收器08)和第八声波接收器09)分别设置于变速箱(17)的传动轴的四周，八个声波接收器分别与信号处理模块相连，信号处理模块和计算机(31)相连。
2.根据权利要求1所述的变速箱性能的检测装置，其特征在于所述第五声波接收器( )、第六声波接收器(27)、第七声波接收器08)和第八声波接收器09)位于变速箱 (17)传动轴所在的平面上，第五声波接收器06)设置于变速箱(17)的左前方，第六声波接收器(XT)设置于变速箱(17)的右前方，第七声波接收器08)设置于变速箱(17)的左后方，第八声波接收器09)设置于变速箱(17)的右后方；第五声波接收器06)和第八声波接收器09)的连线、第六声波接收器(XT)和第七声波接收器08)的连线、第三和第四声波接收器05)的连线相互垂直且垂足相同，三个连线构成了笛卡尔直角坐标系。
3.根据权利要求1所述的变速箱性能的检测装置，其特征在于所述信号处理模块包括环境噪声滤波器(3 和信号放大器(34)；其中环境噪声滤波器(3 分别与八个声波接收器相连，信号放大器(34)分别与环境噪声滤波器(3 和计算机(31)相连。
4.根据权利要求1所述的变速箱性能的检测装置，其特征在于所述电动机00)为恒压频比变频调速电动机。
专利摘要本实用新型公开了一种变速箱性能的检测装置，该装置通过电磁扭矩仪和电动机使得变速箱在不同负载、不同转速下运行，并利用声波信号对变速箱机械性能和齿轮啮合性能进行检测分析。本实用新型可对组装好的变速箱进行机械性能和齿轮啮合性能的检测分析，确定变速箱在不同转速、不同负载下的机械效率和额定功率，同时可根据齿轮啮合性能确定变速箱在不同转速与不同负载下齿轮啮合情况，以及啮合异常的齿轮位置与啮合异常的程度，有助于对啮合异常齿轮做进一步处理，从而保证变速箱的整体性能和总体质量。
文档编号G01M13/02GK202255873SQ20112033738
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者孙茂青, 杨孟云, 章宇顺, 聂启春 申请人:南京金鑫传动设备有限公司