一种多间隙齿轮转子系统试验平台的制作方法

本发明涉及空间传动机构研究技术领域，具体是一种多间隙齿轮转子系统试验平台。

背景技术：

随着高速、高精度机械工程的发展，机械系统运动精度和运行稳定性被要求的越来越高，间隙对系统动态特性的影响问题逐渐受到人们的重视。而以往的研究对象比较简单，基本都是针对单间隙问题进行研究的。然而，在工程中实际应用的机构中往往存在多个或多种间隙，如内啮合齿轮传动机构、外啮合齿轮传动机构。这些间隙会对系统振动产生影响。因此需要一种多间隙齿轮转子系统试验平台来满足齿轮传动机构多间隙振动问题的研究要求。

如发明人之前的研究成果(张慧博,游斌弟,赵阳.考虑多间隙耦合的齿轮机构动力学验证实验研究[j].振动与冲击,2017,36(21):255-263.)中公开了一种直齿轮外啮合多间隙试验平台，该试验平台包括滑块、驱动电机、支架、从动轮轴，滑块放在支架上的滑槽内，滑块沿着主、从动齿轮中心距方向左右移动，实现对主、从动齿轮中心距的调整，该平台中电机直接与主动齿轮固定在一起，电机自身振动会对数据产生噪声，干扰真实数据，产生误差；同时由于采用滑块形式调节齿侧间隙，会导致精细控制不精确，在实验时，传动机构的间隙都是控制在三百微米以内的，精度要求较高，该实验台不能满足实际精度要求，且制造要求高，成本高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种多间隙齿轮转子系统试验平台。该平台能够进行直齿轮多间隙振动实验，具有控制精度高、成本低、制造要求低等优点。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种多间隙齿轮转子系统试验平台，包括从动齿轮、主动齿轮、工作台底座、从动齿轮架支撑块、从动齿轮架、三轴加速度传感器、驱动装置，从动齿轮与主动齿轮均为直齿轮，其特征在于：

所述工作台底座呈l型，在l型的水平面上设有用于安装从动齿轮架支撑块的安装柱，安装柱上端设置凹槽；在l型的竖直面上通过上、下轴承板固定主动齿轮轴，在主动齿轮轴上部安装主动齿轮；所述从动齿轮架支撑块下部为与安装柱凹槽相匹配的形状，固定在该凹槽内，上部为圆柱用于安装从动齿轮；所述从动齿轮架支撑块的数量为多个，多个从动齿轮架支撑块的圆柱部分的半径不同，这个半径按照间隙调整需要设置；使用时，从动齿轮架支撑块的下部嵌入安装柱凹槽内并固定；从动齿轮架呈放射状支架，放射状的中心安装于从动齿轮架支撑块的圆柱上，放射状的边缘下端面固定安装从动齿轮；

所述主动齿轮与从动齿轮安装高度相同，且安装时二者相互啮合；所述三轴加速度传感器安装于从动齿轮架支撑块上端面；

位于上、下轴承板之间的主动齿轮轴上安装从动带轮，所述驱动装置的输出端连接主动带轮，主动带轮和从动带轮通过皮带连接。

所述驱动装置包括减速器支撑架、减速器固定板、减速器和伺服电机；所述减速器固定板安装在减速器支撑架上；所述减速器安装在减速器固定板上；所述伺服电机与减速器相连接；减速器的输出端连接主动带轮。

所述主动齿轮与从动齿轮之间为外啮合或内啮合形式。

所述从动齿轮架具有六个等长度连接杆，六个连接杆以从动齿轮架中心为圆心呈放射状均匀分布。

所述工作台底座、从动齿轮架支撑块、从动齿轮架均采用铝型材制成。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本试验平台可以做多间隙内啮合齿轮传动机构的振动试验，也可以做多间隙外啮合齿轮传动机构的振动试验，满足了对多间隙齿轮传动机构振动问题的研究需要。本试验平台是由铝型材做支架，伺服电机、减速器和带传动机构调速，伺服电机可以实现更精确的速度输出与实时速度采集。该试验平台结构简单，实用性强，可以固定在任意平整的桌面、地面，便于安装。通过高精度三轴加速度传感器测量齿轮转子系统的振动，操作简单、精确。

(2)利用铝型材做减速器支撑架，铝型材强度够，质轻，便于拆装，运输，在达到所需的刚度要求的前提下减少重量，方便拆卸与安装，利于运输。

(3)采用带传动机构传递运动，使驱动装置与工作平台分离，避免了电机本身的振动对实验数据采集的影响。

(4)本发明配套多种规格精度的从动齿轮架支撑块，与前期试验平台相比通过更换从动齿轮架支撑块来调节试验参数，该方法更加便于操作，并且更加精确，且加工成本较低。

(5)将主、从动齿轮水平放置，齿轮的轴线与水平面垂直，使得齿轮径向不受重力影响，能模拟太空中的失重环境。

附图说明

图1为本发明多间隙齿轮转子系统试验平台一种实施例的整体结构轴测示意图；

图2为本发明多间隙齿轮转子系统试验平台一种实施例的工作平台结构示意图；

图3为本发明多间隙齿轮转子系统试验平台一种实施例的驱动装置轴测示意图；

图4为本发明多间隙齿轮转子系统试验平台一种实施例的传动机构轴测示意图；

图5为工作台底座的立体结构示意图；

图6为从动齿轮架支撑块的立体结构示意图；

图7为从动齿轮架的立体结构示意图；

图8为上轴承板的立体结构示意图；

图9为下轴承板的立体结构示意图；

图中：1、从动齿轮架；2、主动齿轮；3、从动齿轮；4、工作台底座；5、从动齿轮架支撑块；6、三轴加速度传感器；7、上轴承板；8、主动齿轮轴；9、下轴承板；10、减速器固定板；11、减速器；12、伺服电机；13、从动带轮；14、皮带；15、主动带轮；16、减速器支撑架；17、方台；18、圆柱。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请的保护范围。

本发明多间隙齿轮转子系统试验平台，包括从动齿轮、主动齿轮、工作台底座、从动齿轮架支撑块、从动齿轮架、三轴加速度传感器、驱动装置，从动齿轮与主动齿轮均为直齿轮，其特征在于：

所述工作台底座呈l型，在l型的水平面上设有用于安装从动齿轮架支撑块的安装柱，安装柱上端设置凹槽；在l型的竖直面上通过上、下轴承板固定主动齿轮轴，在主动齿轮轴上部安装主动齿轮；所述从动齿轮架支撑块下部为与安装柱凹槽相匹配的形状，固定在该凹槽内，上部为圆柱用于安装从动齿轮；所述从动齿轮架支撑块的数量为多个，多个从动齿轮架支撑块的圆柱部分的半径不同，这个半径按照间隙调整需要设置，多个从动齿轮架支撑块的上部圆柱中心到下部靠近主动齿轮一侧的边缘的距离不等，通过这个距离微调主动齿轮与从动齿轮之间的中心距；使用时，从动齿轮架支撑块的下部嵌入安装柱凹槽内并固定；从动齿轮架呈放射状支架，放射状的中心安装于从动齿轮架支撑块的圆柱上，放射状的边缘下端面固定安装从动齿轮；

所述主动齿轮与从动齿轮安装高度相同，且安装时二者相互啮合；所述三轴加速度传感器安装于从动齿轮架支撑块上端面；

位于上、下轴承板之间的主动齿轮轴上安装从动带轮，所述驱动装置的输出端连接主动带轮，主动带轮和从动带轮通过带连接。

所述驱动装置包括减速器支撑架、减速器固定板、减速器和伺服电机；所述减速器固定板安装在减速器支撑架上；所述减速器安装在减速器固定板上；所述伺服电机与减速器相连接；减速器的输出端连接主动带轮。

所述主动齿轮与从动齿轮之间为外啮合或内啮合形式。

所述从动齿轮架具有六个等长度连接杆，六个连接杆以从动齿轮架中心为圆心呈放射状均匀分布。

所述工作台底座、从动齿轮架支撑块、从动齿轮架均采用铝材制成。

本发明一种多间隙齿轮转子系统试验平台的工作原理和工作流程是：

本发明多间隙齿轮转子系统试验平台通过更换不同尺寸(必须通过更换从动齿轮架支撑块5来调节)的从动齿轮架支撑块5来调节主动齿轮2与从动齿轮3的中心距及从动齿轮架1与从动齿轮架支撑块5的轴孔间隙；从而得出实验要求的齿侧间隙与从动齿轮径向间隙；

工作时首先选用定形尺寸与定位尺寸和实验要求的齿侧间隙和径向间隙相对应的从动齿轮架支撑块5；将该从动齿轮架支撑块5安装在该试验平台中；确认试验平台一切安装完成后，开启伺服电机12并使其达到实验要求的转速。伺服电机12通过减速器11减速输出更加稳定的转速，减速器输出轴带动主动带轮15旋转，主动带轮15通过皮带14带动从动带轮13转动使得与从动带轮固定在同一根主动齿轮轴8上的主动齿轮2开始旋转，主动齿轮2带动从动齿轮3旋转，由于从动齿轮架1与从动齿轮架支撑块5之间存在径向间隙(间隙根据实际航天器齿轮传动机构的实际情况选取，并在大小上做适当的增减，以便得出多组数据，方便验证理论数学模型的准确性，也可以拿它来研究间隙、转速等的大小对机构传动的影响)，主动齿轮2与从动齿轮3之间存在齿侧间隙，因此从动齿轮架1会不断撞击从动齿轮架支撑块5。造成系统振动。三轴加速度传感器6固定安装在从动齿轮架支撑块5圆柱上端面，测量并采集从动齿轮架支撑块5的振动数据。

本发明试验平台主要是为了模拟空间航天器内啮合齿轮传动机构的传动情况，测量不同齿侧间隙与不同径向间隙下的机构振动情况，以便做空间多间隙内啮合齿轮机构的振动研究。

下面以内啮合齿轮转子系统为例，进行介绍。

实施例1

本实施例提供了一种多间隙内啮合齿轮转子系统试验平台(参见图1-4，简称试验平台)，包括内啮合齿轮转子试验工作台、驱动装置和传动机构；所述内啮合齿轮转子试验工作台包括工作台底座4、从动齿轮架支撑块5、从动齿轮架1、从动齿轮3、上轴承板7、下轴承板9、主动齿轮轴8、主动齿轮2和三轴加速度传感器6；

所述工作台底座4呈l型(参见图5)，在l型的水平面上设有用于安装从动齿轮架支撑块的安装柱，安装柱上端设置凹槽；在l型的竖直面上通过上、下轴承板固定主动齿轮轴；所述从动齿轮架支撑块下部为与安装柱凹槽相匹配的形状，固定在该凹槽内，上部为圆柱18用于安装从动齿轮；所述从动齿轮架支撑块5嵌入于工作台底座4安装柱的凹槽内，凹槽为圆角四棱柱，在四棱柱的相邻两个侧面上开有固定孔，通过螺丝将从动齿轮架支撑块5与工作台底座的安装柱固定在一起，从动齿轮架支撑块5的下部为带圆角的方台17；

所述从动齿轮架1安装于从动齿轮架支撑块5上，其中从动齿轮架1的形状如图7所示，具有六个等长度连接杆，六个连接杆以从动齿轮架中心为圆心呈放射状均匀分布；所述从动齿轮3安装于从动齿轮架1下端面；上轴承板7与下轴承板9安装在工作台底座的竖直面上，其中上轴承板7如图8所示，下轴承板如图9所示，二者对应中间位置都设置有轴承孔；所述主动齿轮轴8通过轴承安装在上轴承板7和下轴承板9上；所述主动齿轮安装于主动齿轮轴8上，且与从动齿轮1内啮合，从动齿轮分度圆半径大于主动齿轮分度圆直径；所述三轴加速度传感器6安装于从动齿轮架支撑块5上端面；主动齿轮轴8的下端面应与下轴承板9的下端面在一个平面上；

所述驱动装置能输出稳定精确的不同转速，由于低转速时电机输出转速稳定性差，所以加了减速器，使电机高转速工作，通过减速器输出较低转速，提高了输出转速的稳定性，包括减速器支撑架16、减速器固定板10、减速器11和伺服电机12；所述减速器固定板10安装在减速器支撑架16上；所述减速器11安装在减速器固定板10上；所述伺服电机12与减速器11相连接；

所述伺服电机选用的是三菱mr-je-20a伺服电机；

所述传动机构包括主动带轮15、从动带轮13和皮带14；所述主动带轮安装在减速器11输出轴上；所述从动带轮13安装在主动齿轮轴8上，且从动带轮13位于上轴承板7与下轴承板9中间；所述皮带14安装在从动带轮13与主动带轮15上。

试验台设置多个具有不同半径的圆柱18的多个从动齿轮架支撑块，通过更改从动齿轮架支撑块5圆柱18的半径大小(即定形尺寸)，改变圆柱18与从动齿轮架1中心处内孔半径之差，从而调节从动齿轮3的径向间隙；通过改变圆柱18在水平方向的相对位置尺寸(即定位尺寸)可以改变从动齿轮3与主动齿轮2的中心距从而调节齿侧间隙。

本实施例中圆柱的半径(即定形尺寸)分别为7.35mm、7.4mm、7.45mm，每相邻两个相差50微米，圆柱的相对位置尺寸(即定位尺寸，从动齿轮架支撑块的上部圆柱中心到下部靠近主动齿轮一侧的边缘的距离)有三个候选每相邻两个相差100微米，共九个从动齿轮架支撑块。再选择不同转速，做出多组数据。在考虑实际加工的情况下尽力模拟真实的航天器机构传动。这个试验台的主要目的是尽力模拟真实的航天器机构传动，将实验结果与理论数学模型的仿真结果作对比，验证理论计算的准确性。

本实施例所述结构或零部件的安装位置或方向时所使用的“上”、“下”、“左”、“右”等是以所给附图的方位为依据，它们仅仅是为了表述方便，用来区分各部件或方向的相对位置，并不代表本实施例库位使用时的方位。

本发明未述及之处适用于现有技术。