一种功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台的制作方法

本发明属于机电技术领域，具体涉及一种功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台。用于实现对装配有不同人字齿轮副和不同齿轮箱盖的单级齿轮箱进行振动噪声测试。

背景技术：

齿轮传动是机械传动传动中最常用的一种机械形式，具有效率高、结构紧凑、寿命长等优点，广泛应用于航空、航天、工程机械等领域。在齿轮箱上，其主要激励源-传递误差主要包括齿轮副啮合刚度波动、齿轮误差及齿侧间隙等，这些因素随着载荷和工作转速发生变化，是一个复杂的参数自激振动系统，这些激励的存在使得齿轮箱在运行过程中产生了一定的振动和噪声，对齿轮箱寿命和性能以及工作环境造成了较大的影响。齿轮箱振动噪声试验台主要目的是用来测试不同转速下齿轮箱的振动噪声和辐射噪声，验证齿轮箱振动噪声预估模型的正确性，并为齿轮箱的减振降噪技术研究奠定基础。

齿轮箱振动噪声试验台可分为以下两种：开式试验台和闭式试验台。开式试验台需要的动力和加载装置功率能耗大，通用性好，结构简单，适用短时性能测试；闭式试验台需要的动力装置小，控制简单，适合模拟高速重载工况。

传统的齿轮箱振动噪声试验台，如专利申请号为CN 104897396A的“一种机械式变速器加载噪声试验台架及试验”，建立了具有隔声和吸声效果的内外墙结构，建立了低的背景噪声避免了干扰，从而能够进行相应的振动和噪声测试。其对振动和噪声的测量大多局限在汽车变速器上，而不是单级的齿轮减速器；同时它是一个功率开放试验台，只能实现在较低功率下的测试，无法实现对装配有不同齿轮副的固定齿轮箱的振动噪声进行测量，也无法在测量结果满足在国家声学标准中精密级以上的条件下对封闭功率超过300kW的大功率齿轮箱的振动噪声进行测量。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台，使用半消声室构造出背景噪声较低的声学环境；同时建立功率封闭的大功率振动噪声试验台，使用安静的水冷电动机补充功率封闭齿轮箱振动噪声试验台运行时的功率损耗。在这两者的基础上，可对装有相同中心距、不同传动比的人字齿轮的齿轮箱进行振动和噪声的测量，且在声学方面的测量可以达到国家声学标准中的精密级要求。

技术方案

一种功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台，其特征在于包括半消声室和机械系统；所述的半消声室包括外隔声砖墙和尖劈吸声材料，外隔声砖墙建立在水平大地上，外隔声砖墙内侧设有尖劈吸声材料，外隔声砖墙、尖劈吸声材料和水平大地共同构建了一个具有自由声场环境的半消声室；所述的机械系统包括测试齿轮箱、陪试齿轮箱和水冷电动机；测试齿轮箱位于半消声室的声学中心，测试齿轮箱通过测试齿轮箱基座安装在小平台上，小平台安装在第二水泥基础和第二隔振枕木上，陪试齿轮箱通过陪试齿轮箱基座安装在大平台上，大平台安装在第一水泥基础和第一隔振枕木上；第一水泥基础、第二水泥基础、第一隔振枕木、第二隔振枕木安装在隔振沟外墙围成的深坑中，小平台、大平台和隔振沟外墙之间缝隙使用隔振细砂进行填充，小平台、大平台和周围大地之间的空档使用隔振沟盖板进行覆盖；测试齿轮箱和陪试齿轮箱通过高速轴和低速轴相连；高速轴由高速刚性轴和高速扭力轴组成，高速刚性轴通过第三轴承座进行支撑，左侧通过加载联轴器与测试齿轮箱连接，右侧通过第二刚性联轴器与高速扭力轴连接；高速扭力轴通过第一轴承座和第二轴承座进行支撑，右侧通过第一刚性联轴器与陪试齿轮箱连接；低速轴由第一低速刚性轴、第二低速刚性轴和转速扭矩传感器组成，转速扭矩传感器通过转速扭矩仪支座进行支撑，左侧通过第二膜片联轴器与第一低速刚性轴连接，右侧通过第三膜片联轴器与第二低速刚性轴连接，第一低速刚性轴左侧通过第一膜片联轴器与测试齿轮箱连接，第二低速刚性轴右侧通过第四膜片联轴器与陪试齿轮箱连接；水冷电动机通过电机安装座进行定位安装，输出轴通过第五膜片联轴器与陪试齿轮箱连接，用于补充闭式实验台运行的功率损耗；在测试齿轮箱机脚使用加速度传感器测试振动加速度，在距离测试齿轮箱周围1m的位置上布置声级计来测试辐射噪声。

有益效果

本发明提出的一种功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台，试验台包括机械系统和声学环境部分。机械系统为功率封闭试验台，测试齿轮箱位于半消声室的声学中心，与陪试齿轮箱通过高速轴和低速轴部分相连，水冷电动机与陪试齿轮箱另一侧的高速轴部分相连为整个系统补充损耗功率，故可模拟封闭功率达300kW的大功率人字齿轮运转，具有结构简单和能耗低的优点；测试齿轮箱可以实现安装相同中心距不同传动比的人字齿轮副，也可以安装不同结构的齿轮箱盖，从而满足在多种方案下齿轮箱的振动噪声和辐射噪声的测试；机械系统分别安装在大平台和小平台上，并且下方装有大质量的水泥基础和隔振枕木，可以避免大平台的振动传递至测试齿轮箱而影响振动加速度的测量；声学环境为由外隔声砖墙、尖劈吸声材料和水平大地组成的半消声室，为辐射噪声的测试创造背景噪声满足国家标准中精密级的声学环境；通过结构简单可靠的加载联轴器进行机械加载，加载后将加载联轴器锁止，即可在试验台运行中提供的稳定负载，可实现不同转速和不同负载下的多种工况测试。有益效果如下：

1、其测试对象可更换，具有多功能性，且传动系统在运行中具有较大的封闭功率。测试齿轮箱可以在不改变底座的情况下，安装具有不同传动比相同中心距的人字齿轮副，也可以安装不同结构设计的箱盖，在多种设计安装方案下满足运行功率高达300kW的大功率人字齿轮箱振动噪声和辐射噪声的测试。

2、在大质量的水泥基础和隔振枕木上安装大平台，大质量的水泥基础和隔振枕木上安装小平台；缝隙使用隔振细砂进行填充；大平台上安装陪试齿轮箱，小平台上安装测试齿轮箱。以上特征可保证测试齿轮箱运行中不受到大平台上水冷电动机和陪试齿轮箱的振动影响，保证振动测试不被过大的背景振动干扰。

3、由水平大地、外隔声砖墙、尖劈吸声材料共同构建了一个具有自由声场环境的半消声室，装有单级人字齿轮的测试齿轮箱位于半消声室中心，由消声室为齿轮箱的辐射噪声测试提供低于50分贝的背景噪声。

附图说明

图1是本发明所述的功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台整体布局示意图

图2是本发明所述试验台中机械部分轴测图

图3是本发明所述试验台中齿轮箱的两种不同结构(左：无肋板；右：加肋板)

图4是本发明所述试验台中两种不同传动比的人字齿轮副(左：传动比1；右：传动比2)

其中：1-外隔声砖墙；2-尖劈吸声材料；3-半消声室；4-机械系统；5-大平台；6-隔振沟盖板；7-隔振细砂；8-隔振沟外墙；9-第一水泥基础；10-第一隔振枕木；11-第二隔振枕木；12-第二水泥基础；13-小平台；14-水平大地；15-测试齿轮箱；16-第一膜片联轴器；17-第一低速刚性轴；18-第二膜片联轴器；19-转速扭矩仪；20-第三膜片联轴器；21-第二低速刚性轴；22-第四膜片联轴器；23-陪试齿轮箱；24-水冷电动机；25-电机安装座；26-第五膜片联轴器；27-陪试齿轮箱基座；28-第一刚性联轴器；29-第一轴承座；30-高速扭力轴；31-第二轴承座；32-转速扭矩仪支座；33-第二刚性联轴器；34-高速刚性轴；35-第三轴承座；36-加载联轴器；37-测试齿轮箱基座。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台，如图1和图2所示，直接建立在水平大地14上的外隔声砖墙1，砖墙内侧有尖劈吸声材料2，三者共同构建了一个具有自由声场环境的半消声室3；机械系统4中的测试齿轮箱15位于半消声室3的声学中心；机械系统4分别安装在小平台13和大平台5上，小平台13安装在第二水泥基础12和第二隔振枕木11上，大平台5安装在第一水泥基础9和第一隔振枕木10上，第一水泥基础9、第二水泥基础12和第一隔振枕木10、第二隔振枕木11安装在隔振沟外墙8围成的深坑中，保证了小平台13和大平台5的上表面和水平大地14同等高度，之间缝隙使用隔振细砂7进行填充，从而避免来自于大平台5的振动传递至小平台13上；小平台13和大平台5和周围大地14之间的空档使用隔振沟盖板6进行覆盖，从而构建了半消声室中平整的反射面。在机械系统4中，测试齿轮箱15通过测试齿轮箱基座37安装在小平台13上，陪试齿轮箱23通过陪试齿轮箱基座27安装在大平台5上，二者通过高速轴和低速轴相连；高速轴部分由高速刚性轴34和高速扭力轴30组成；高速刚性轴34通过第三轴承座35进行支撑，左侧通过加载联轴器36与测试齿轮箱15连接，右侧通过第二刚性联轴器33与高速扭力轴连接；高速扭力轴30通过第一轴承座29、第二轴承座31进行支撑，右侧通过第一刚性联轴器28与陪试齿轮箱23连接；低速轴部分由两段刚性轴(第一低速刚性轴17、第二低速刚性轴21)和转速扭矩仪19组成；转速扭矩传感器19通过转速扭矩仪支座32进行支撑，左侧通过第二膜片联轴器18与第一低速刚性轴17连接，右侧通过第三膜片联轴器20与第二低速刚性轴21连接；第一低速刚性轴17左侧通过第一膜片联轴器16与测试齿轮箱15连接，第二低速刚性轴21右侧通过第四膜片联轴器22与陪试齿轮箱23连接；水冷电动机24通过电机安装座25进行定位安装，输出轴通过第五膜片联轴器26与陪试齿轮箱23连接，用于补充功率封闭试验台运行的功率损耗。本试验台采用扭矩转速传感器19来测试和反馈控制齿轮副的实际工况，采用加载联轴器36对功率封闭齿轮箱振动噪声试验台进行机械加载，加载产生的变形由高速扭力轴30通过扭转变形进行消除，加载完成后对加载联轴器进行锁止，使得该扭转角度在试验台运行过程中保持不变，从而在试验台的运行中产生稳定的负载。在测试齿轮箱15机脚使用加速度传感器测试振动加速度，在距离测试齿轮箱15周围1m的位置上布置声级计来测试辐射噪声。

本试验台采用扭矩转速传感器19来测试和反馈控制齿轮副的实际工况，采用加载联轴器36对功率封闭齿轮箱振动噪声试验台使用力矩扳手进行机械加载，加载产生的变形由高速扭力轴30通过扭转变形进行消除，加载完成后对加载联轴器进行锁止，该扭转角度在试验台运行过程中保持不变，从而在试验台的运行中产生稳定的负载。测量时通过在测试齿轮箱15机脚使用加速度传感器测试振动加速度，在距离测试齿轮箱15周围1m的位置上布置声级计来测试辐射噪声。

在测试前，将所需要测试的配有斜齿轮或者人字齿轮的轴系安装到位，选择需要测试的齿轮箱箱盖进行安装，即完成测试齿轮箱15的安装；同时在测试齿轮箱15机脚螺栓孔处布置加速度传感器，在距离齿轮箱1m位置处布置声级计，使用力矩扳手在加载联轴器36上旋转一定角度后将加载联轴器进行机械锁止，以保证转矩的施加使整个试验台产生稳定的负载；最后将消声室3的门关闭以保证内部声学环境不被破坏。接着通过外部控制器开启水冷电动机24，使用扭矩转速传感器19对试验台的工况进行实时检测和反馈控制，通过控制器控制电机达到试验所需要的测试工况。最后待所需测试工况下转速扭矩传感器19读出的转速和负载扭矩保持稳定后，开启测量数据采集仪，读取位于机脚处的加速度传感器和距离箱体1m处的声级计的数据并保存，最终通过数据处理得到振动噪声和辐射噪声数据。

本发明所述的功率封闭的齿轮箱振动噪声测试试验台，在运行过程中可满足高达300kW的封闭功率，并根据测试齿轮副的要求，通过拆卸更换少数零件，可以安装不同传动比相同中心距的人字齿轮副，也可以安装不同结构的齿轮箱盖，最终产生具有不同齿轮和箱盖的设计方案，实现在多种方案下测试齿轮箱的振动噪声和辐射噪声；使用低速轴上的扭矩转速传感器可实时测试和反馈控制试验台的转速和负载；通过隔声砖墙和吸声尖劈构造一个背景噪声满足国家标准中精密级的半消声室；在半消声室环境中，使用声级计测试齿轮箱的辐射噪声；使用平台下方的大质量水泥基座和隔振枕木及隔振细砂吸收大平台的振动，降低了对小平台的影响，在测试齿轮箱的机脚处使用加速度传感器测试齿轮箱的振动及速度；使用高速柔性轴上加载联轴器进行机械加载，将其锁止后保证了在运行过程中负载的稳定可靠。