一种传动系统动态特性实验台测量装置及检测方法与流程

本发明涉及传动系统实验测量技术领域，尤其涉及一种传动系统动态特性实验台测量装置及检测方法。

背景技术：

随着现代机械工业的发展和科研技术的不断提高，对机械传动产品的性能提出了越来越高的要求，其实验与测量水平也需不断提高。但是一些精密传动装置(如RV减速器，谐波减速器等)在传动精度的测试方面往往不能反应实际工况的现状；现有技术中，由于对被测装置的加载过程与驱动部分毫无必然联系，从而导致测量获取的数据参考价值不高，而对于机械传动系统的传动效率、传动误差、振动、温升而言，则需要进行较高精度的检测；然而现有的传动装置动态特性实验台测量装置功能单一，结构固定，即一种动态特性实验台测量装置与被检测传动装置为一一对应关系，不能用于检测其它传动装置动态特性，且驱动部分和加载部分之间无联系，进而导致机械传动系统的传动效率差、传动误差大，测量数据不准确。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种传动系统动态特性实验台测量装置及检测方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种传动系统动态特性实验台测量装置，包括驱动部分、齿轮变速箱、中间部分、加载部分及数据处理系统，具体结构如下：

驱动部分中，电动机固定在一号支撑座上，一号支撑座固定在滑板上；且电动机与一号联轴器的一端连接，一号联轴器的另一端与一号扭矩传感器的一端连接，一号扭矩传感器的另一端与二号联轴器的一端连接，二号联轴器的另一端与一号实验台输入轴的一端连接，一号实验台输入轴的另一端穿过一号轴承座、一号转角传感器与三号联轴器的一端连接；同时一号扭矩传感器固定在二号支撑座上，二号支撑座固定在滑板上，一号轴承座与一号转角传感器固定在三号支撑座上，三号支撑座固定在滑板上；底座上设置有用于嵌套纵向定位滑块的纵向槽与用于嵌套横向定位滑块的横向槽，滑板设置在纵向槽与横向槽上，纵向定位滑块与横向定位滑块分别嵌入在纵向槽、横向槽内用于限制滑板在横向与纵向方向上的自由度；一号扭矩传感器、一号转角传感器、电动机分别与驱动控制器连接，驱动控制器与数据处理系统连接；电动机用于带动齿轮系统以传动的方式转动，一号扭矩传感器和一号转角传感器用以获取由电动机输入至齿轮系统的输入扭矩和输入转速数据，驱动控制器用于接收数据处理系统对电动机的反馈，并与磁粉制动器连接配套使用，以提供不同形式的加载；

齿轮变速箱中，三号联轴器的另一端与齿轮变速箱的输入端连接，齿轮变速箱固定在四号支撑座上；四号支撑座固定在底座上；

中间部分中，温度传感器安装在齿轮变速箱的箱体表面，用于记录电动机带动传动系统转动平稳时对应的齿轮变速箱的温度值；齿轮变速箱上还设置有振动传感器，用于获取齿轮变速箱在X、Y方向上的振动加速度a_x和a_y、振动速度v_x和v_y、振动位移x_x和x_y；

加载部分中，四号联轴器的一端与齿轮变速箱的输出端连接，四号联轴器的另一端与二号实验台输出轴的一端连接，二号实验台输出轴的另一端穿过二号转角传感器、二号轴承座与五号联轴器的一端连接，五号联轴器的另一端与二号扭矩传感器的一端连接，二号扭矩传感器的另一端与六号联轴器的一端连接，六号联轴器的另一端与磁粉制动器连接；二号转角传感器固定在五号支撑座上，二号扭矩传感器固定在六号支撑座上，磁粉制动器固定在七号支撑座上，且五号支撑座、六号支撑座及七号支撑座分别固定在底座上；二号转角传感器和二号扭矩传感器用以获取传动系统输出的扭矩和转速数据，磁粉制动器用以对传动系统提供不同形式的加载(比如恒加速度、正弦函数、余弦函数、阶跃函数)；

数据处理系统中，一号扭矩传感器、一号转角传感器、温度传感器、振动传感器、二号转角传感器、二号扭矩传感器及磁粉制动器分别与数据处理系统连接，用以对一号扭矩传感器、一号转角传感器、温度传感器、振动传感器、二号转角传感器、二号扭矩传感器的各项数据进行数据处理，同时控制磁粉制动器对齿轮变速箱提供不同形式的加载。

在本发明中，底座上设置有多个纵向槽。

在本发明中，用于嵌套纵向定位滑块的纵向槽为T型结构。

在本发明中，用于嵌套横向定位滑块的横向槽为T型结构。

在本发明中，滑板一侧设置有滑板夹紧组件，且滑板夹紧组件固定在底座上，以限制滑板在竖直方向上的自由度。

在本发明中，滑板夹紧组件包括垫块与限位块，垫块固定在底座上，限位块安装在垫块上。

在本发明中，齿轮变速箱上设置有两个振动传感器。

在本发明中，运用传动系统动态特性实验台测量装置进行检测，具体步骤如下：

a)启动电动机，带动传动系统以传动的方式转动；

b)在步骤a)的传动过程中，通过一号扭矩传感器和一号转角传感器获取由电动机输入至齿轮系统的输入扭矩和输入转速数据，通过二号转角传感器和二号扭矩传感器获取传动系统输出的扭矩和转速数据，通过温度传感器获取传动系统初始状态和稳定状态时对应的温度值T，通过振动传感器获取传动系统在X、Y方向上的振动加速度a_x和a_y、振动速度v_x和v_y、振动位移x_x和x_y；同时通过磁粉制动器对传动系统提供不同形式的加载；

c)利用步骤b)中获取的输入扭矩、输入转速、输出扭矩、输出转速，计算传动系统的传动精度数据，传动精度数据包括传动效率、传动误差，传动效率是机械传动的一项重要技术性能，是评价机械传动系统性能优劣的重要指标之一，传动系统的传动效率为

其中，P₀和P_i为传动系统输出功率和输入功率，T₀和T_i为传动系统输出扭矩和输入扭矩，i为传动系统传动比，n₀和n_i为传动系统的输出转速与输入转速，通过磁粉制动器对传动系统提供不同形式的加载，绘制传动效率和时间的曲线图；传动误差是机械传动的一项重要技术性能，是评价机械传动系统性能优劣的重要指标之一，传动误差为为输入端理论转角，为输出端实际转角；

d)利用步骤b)中获取的传动系统在X方向上的振动加速度a_x、振动速度v_x、振动位移x_x，在Y方向上的振动加速度a_y、振动速度v_y、振动位移x_y，计算传动系统的振动加速度、振动速度、振动位移；

e)利用步骤b)中获取的初始状态温度值T₁以及稳定状态温度值T₂，计算传动系统的温升ΔT；

f)通过加载部分施加不同模式的加载，检测齿轮变速箱的动态特性，进而得到不同模式下的加载动态特性，对比分析以获得最佳加载模式下的动态特性，为研发新的机械传动系统提高检验的标准。

在本发明中，步骤b)中，磁粉制动器对传动系统提供的加载形式包括恒加速度、正弦函数、余弦函数、阶跃函数。

在本发明中，步骤d)中，振动加速度a_x为传动系统在X方向上的加速度，a_y为传动系统在Y方向上的加速度，振动速度v_x为传动系统在X方向上的速度，v_y为传动系统在Y方向上的速度，振动位移x_x为传动系统在X方向上的位移，x_y为传动系统在Y方向上的位移。

在本发明中，步骤e)中，温升ΔT＝T₂-T₁，T₂为传动系统稳定时对应的温度值，T₁传动系统初始稳定值。

有益效果：

1、本发明中驱动部分为移动式结构，从而使得被测实验台既可检测同轴齿轮变速箱又可检测非同轴齿轮变速箱的动态特性，用以测量不同型号的实验台，相对于目前固定、单一的实验台而言，大大提高传动系统实验台的利用率，且可同时测量多种动态特效，功能多，适应能力强，具有通用性；

2、本发明将驱动部分和加载部分通过数据处理系统联系，同时移动式驱动部分与数据处理系统的前后衔接功能获得的机械传动系统传动效率、传动误差更加接近真实值，有利于提高测量获取的数据参考精确度，可保证产品使用时具有较高的合格率，为研发新的机械传动系统提高检验的标准；

3、本发明对实验台实施不同模式的加载，进而得到不同模式下的加载动态特性，对比分析出最佳加载模式下的动态特性，有利于进一步提高机械传动系统的传动效率，减少传动误差；

4、本发明利用温度传感器对齿轮变速箱进行温升的测量，可以检测温升对传动系统动态特性测量误差的影响；振动传感器对齿轮变速箱的工作状态和减振性能进行测量，从而提高其齿轮变速箱的工作效率，以实现测量装置的多功能化。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明的较佳实施例中的驱动部分正视图。

图3为本发明的较佳实施例中的驱动部分俯视图。

图4为本发明的较佳实施例中的加载部分正视图。

图5为本发明的较佳实施例的原理示意图。

图6为本发明的较佳实施例中的中间部分结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1～6的一种传动系统动态特性实验台测量装置，包括驱动部分、齿轮变速箱、中间部分、加载部分及数据处理系统；具体结构如下：

驱动部分包括电动机1、一号支撑座2、一号联轴器3、滑板4、一号扭矩传感器5、二号支撑座6、二号联轴器7、一号轴承座8、三号支撑座9、一号实验台输入轴10、一号转角传感器11、三号联轴器12、驱动控制器、底座26、纵向T型槽29、纵向定位滑块30、滑板夹紧组件31、横向定位滑块32、横向T型槽33，其中，电动机1通过垫圈与螺母固定在一号支撑座2上，一号支撑座2通过垫圈与螺母固定在滑板4上；且电动机1与一号联轴器3的一端连接，一号联轴器3的另一端与一号扭矩传感器5的一端连接，一号扭矩传感器5的另一端与二号联轴器7的一端连接，二号联轴器7的另一端与一号实验台输入轴10的一端连接，一号实验台输入轴10的另一端穿过一号轴承座8及一号转角传感器11与三号联轴器12的一端连接；同时一号扭矩传感器5通过垫圈和螺母固定在二号支撑座6上，二号支撑座6通过垫圈和螺母固定在滑板4上，一号轴承座8通过垫圈和螺母固定在三号支撑座9上；三号支撑座9通过垫圈和螺母固定在滑板4上；一号转角传感器11通过垫圈和螺母固定在三号支撑座9上；底座26上设置有用于嵌套纵向定位滑块30的纵向T型槽29与用于嵌套横向定位滑块32的横向T型槽33，滑板4设置在纵向T型槽29与横向T型槽33上，纵向定位滑块30与横向定位滑块32分别嵌入在纵向T型槽29、横向T型槽33内用于限制滑板4在横向与纵向方向上的自由度，滑板夹紧组件31置于滑板4的边缘上方通过垫圈和螺母固定在底座26上，以限制滑板4在竖直方向上的自由度；一号扭矩传感器5、一号转角传感器11、电动机1分别与驱动控制器连接，驱动控制器与数据处理系统连接；电动机1用于带动齿轮系统以传动的方式转动，一号扭矩传感器5和一号转角传感器11用以获取由电动机1输入至齿轮系统的输入扭矩和输入转速数据，驱动控制器用于接收数据处理系统对电动机1的反馈，并与磁粉制动器27配套使用，以提供不同形式的加载；驱动部分为移动式结构，从而使得被测实验台即可检测同轴齿轮变速箱又可检测非同轴齿轮变速箱的动态特性，相对于目前固定、单一的实验台而言，大大提高齿轮实验台的利用率，适应能力强，具有通用性；

齿轮变速箱中，三号联轴器12的另一端与齿轮变速箱的输入端连接，齿轮变速箱16通过垫圈和螺母固定在四号支撑座15上；四号支撑座15通过垫圈和螺母固定在底座26上；

中间部分中，温度传感器13具有极强的吸附性，直接安装在齿轮变速箱16的箱体表面，用于记录电动机1带动传动系统转动平稳时对应的齿轮变速箱16的温度值，利用温度传感器对齿轮变速箱16进行温升的测量，减少温升对传动系统动态特性测量误差的影响；两个振动传感器14通过固定螺钉固定在齿轮变速箱16上，分别用于获取齿轮变速箱16在X、Y方向上的振动加速度a_x和a_y、振动速度v_x和v_y、振动位移x_x和x_y；对齿轮变速箱16的工作状态和减振性能进行测量，从而提高其齿轮变速箱16的工作效率，以实现传动装置的多功能化；

加载部分包括四号联轴器17、二号实验台输出轴18、二号转角传感器19、五号支撑座20、二号轴承座21、五号联轴器22、二号扭矩传感器23、六号支撑座24、六号联轴器25、底座26、磁粉制动器27及七号支撑座28，其中，四号联轴器17的一端与齿轮变速箱16的输出端连接，四号联轴器17的另一端与二号实验台输出轴18的一端连接，二号实验台输出轴18的另一端穿过二号转角传感器19、二号轴承座21与五号联轴器22的一端连接，五号联轴器22的另一端与二号扭矩传感器23的一端连接，二号扭矩传感器23的另一端与六号联轴器25的一端连接，六号联轴器25的另一端与磁粉制动器27连接；二号转角传感器19通过垫圈和螺母固定在五号支撑座20上，二号扭矩传感器23通过垫圈和螺母固定在六号支撑座24上，磁粉制动器27通过垫圈和螺母固定在七号支撑座28上，五号支撑座20、六号支撑座24及七号支撑座28通过垫圈和螺母分别固定在底座26上；二号转角传感器19和二号扭矩传感器23用以获取传动系统输出的扭矩和转速数据，磁粉制动器27用以对传动系统提供不同形式的加载(比如恒加速度、正弦函数、余弦函数、阶跃函数)；

数据处理系统中，一号扭矩传感器5、一号转角传感器11、温度传感器13、振动传感器14、二号转角传感器19、二号扭矩传感器23及磁粉制动器27分别与数据处理系统连接，用以对一号扭矩传感器5、一号转角传感器11、温度传感器13、振动传感器14、二号转角传感器19、二号扭矩传感器23的各项数据进行数据处理，同时控制磁粉制动器27对齿轮变速箱16提供不同形式的加载。

在本实施例中，运用传动系统动态特性实验台测量装置进行检测，具体步骤如下：

a)启动电动机1，带动传动系统以传动的方式转动；

b)在步骤a)的传动过程中，通过一号扭矩传感器5和一号转角传感器11以获取由电动机1输入至齿轮系统的输入扭矩和输入转速数据，通过二号转角传感器19和二号扭矩传感器23以获取传动系统输出的扭矩和转速数据，通过温度传感器13获取传动系统初始状态和稳定状态时对应的温度值T，通过振动传感器14获取传动系统在X、Y方向上的振动加速度a_x和a_y、振动速度v_x和v_y、振动位移x_x和x_y；同时通过磁粉制动器27对传动系统提供不同形式的加载；

c)利用步骤b)中获取的输入扭矩、输入转速、输出扭矩、输出转速，计算传动系统的传动精度数据，传动精度数据包括传动效率、传动误差，传动效率是机械传动的一项重要技术性能，是评价机械传动系统性能优劣的重要指标之一，传动系统的传动效率为

其中，P₀和P_i为传动系统输出功率和输入功率，T₀和T_i为传动系统输出扭矩和输入扭矩，i为传动系统传动比，n₀和n_i为传动系统的输出转速与输入转速，通过磁粉制动器27对传动系统提供不同形式的加载，绘制传动效率和时间的曲线图；传动误差是机械传动的一项重要技术性能，是评价机械传动系统性能优劣的重要指标之一，传动误差为为输入端理论转角，为输出端实际转角；

d)利用步骤b)中获取的振动加速度a_x和a_y、振动速度v_x和v_y、振动位移x_x和x_y，计算传动系统的振动加速度、振动速度、振动位移；

e)利用步骤b)中获取的初始状态温度值T₁以及稳定状态温度值T₂，计算传动系统的温升ΔT；

f)通过施加不同模式的加载，检测齿轮变速箱16的动态特性，进而得到不同模式下的加载动态特性，对比分析以获得最佳加载模式下的动态特性，为研发新的机械传动系统提高检验的标准。

在本实施例中，步骤b)中，磁粉制动器27对传动系统提供的加载包括恒加速度、正弦函数、余弦函数、阶跃函数。

在本实施例中，步骤d)中，振动加速度a_x为传动系统在X方向上的加速度，a_y为传动系统在Y方向上的加速度，振动速度v_x为传动系统在X方向上的速度，v_y为传动系统在Y方向上的速度，振动位移x_x为传动系统在X方向上的位移，x_y为传动系统在Y方向上的位移。

在本实施例中，步骤e)中，温升ΔT＝T₂-T₁，T₂为传动系统稳定时对应的温度值，T₁传动系统初始稳定值。