齿轮传动动态特性综合测试实验台的制作方法

本发明涉及一种齿轮传动动态特性综合测试实验台，该实验台用于多种复杂工况下齿轮传动系统的动态特性和啮合状态特性测试，包括变载荷和变转速等，是齿轮传动动态特性综合测试的专用设备，能够实现齿轮副的扭转振动、啮合冲击、传动轴与支撑轴承的振动、箱体的振动、齿轮副的转角偏差、传动误差、齿轮副啮合的噪声变化、油温以及实时转速转矩等的测试。本发明属于齿轮传动系统振动测试技术领域。

背景技术：

齿轮是机械传动中应用最为广泛的零件。随着工业水平的提高，齿轮传动向着高稳定性、高精度、高安全性以及高转速等方向发展。随着齿轮传动结构日益趋向于复杂化，由此引发的机械振动和噪声问题亟待解决。目前，齿轮系统的振动、噪声、故障诊断与检测方面已有大量的研究成果。现有的技术大部分为通用的机械结构振动测试系统，仅限于单独测量特定的机械结构振动特性，并没有研发出齿轮传动系统的动态特性综合测试实验台。本发明提出的实验台可用于多种复杂实际工况下齿轮传动系统的动态特性与啮合状态特性等的测试，为齿轮传动系统的动态特性等做出评价，提高了齿轮传动系统动态特性综合测试的工作效率、测量精度与准确性。

技术实现要素：

齿轮是一种应用最为广泛的机械传动零件，被广泛应用于航空、航海、车辆以及机器人等各个领域。随着“中国制造2025”的出台和实施，齿轮传动系统向高转速、高精度、高效率、长寿命以及智能化的方向发展。目前，由振动、冲击与噪声等引起的齿轮传动动态失稳是影响高质量精密齿轮传动的关键问题。

本发明提出了一种齿轮传动动态特性综合测试实验台，该实验台包括实验台箱体、齿轮箱、驱动系统、负载系统、振动检测系统和计算机控制系统。所述的实验台箱体包括实验台上箱体1、实验台下箱体2、实验台底座3、实验台底座支撑架4、侧部平台5、上箱体前门6、下箱体前门11、上箱体后门14、下箱体后门15、工作台9、工作台固定销13以及通风孔12。所述的实验台上箱体1、实验台下箱体2以及实验台底座3之间由螺栓固定；所述的实验台底座3与实验台底座支撑架4由螺栓连接；所述的侧部平台5由螺栓安装于实验台下箱体2的两个侧面；所述的上箱体前门6与上箱体后门14分别由铰链固定于实验台上箱体1；所述的下箱体前门11与下箱体后门15分别由铰链固定于实验台下箱体2，下箱体前门11与下箱体后门15中间分别装有一块玻璃，便于观察实验台下箱体2的内部工作情况；所述的工作台9由铰链固定于实验台上箱体1，工作台9有90度角的活动范围，工作时可展开放置，与实验台上箱体1前面成90度角，非工作时可平行于实验台上箱体1前面放置，工作台9与实验台上箱体1由工作台固定销13固定；所述的通风孔12固定于实验台上箱体1的侧面，通风孔12内部装有散热风扇，用于实验台上箱体1内部散热。

所述的齿轮箱由齿轮箱体18、主动轮24、从动轮25、齿轮轴30、滑环31、排油口32以及注油口33组成。所述的齿轮箱体18由螺栓固定于实验台下箱体2，在齿轮箱体18侧部设有排油口32与注油口33，便于进行润滑油的注入与排出；所述的主动轮24与从动轮25固定于齿轮轴30，并在齿轮箱体18侧面安装有主动轮24与从动轮25的中心距调节旋钮；所述的齿轮轴30通过支撑轴承置于齿轮箱体18上；所述的滑环31通过螺栓固定于齿轮箱体18的侧面，由于齿轮轴30为旋转部件，通过滑环31接出齿轮箱体18内部的传感器线。

所述的驱动系统由驱动电机16、输入轴28、联轴器20以及变频器组成。所述的驱动电机16由螺栓固定于实验台下箱体2；所述的输入轴28通过联轴器20连接电机轴与齿轮轴30；所述的负载系统由负载电机17、输出轴29、联轴器20以及变频器组成。所述的负载电机17由螺栓固定于实验台下箱体2；所述的输出轴29通过联轴器20连接电机轴与齿轮轴30；所述的变频器分别置于驱动系统与负载系统中。本实验台采用高精度与高性能伺服系统驱动及加载。

所述的振动检测系统包括噪声传感器19、转速转矩传感器21、角位移传感器22、振动位移传感器23、热电偶26、三向加速度传感器27以及信号采集器。所述的噪声传感器19通过螺栓固定于齿轮箱体18的顶部，置于主动轮24与从动轮25的上方，用于检测齿轮的振动噪声。所述的转速转矩传感器21置于输入轴28与输出轴29上，用于测量输入轴28与输出轴29的转速和转矩，通过实际测量的输入转矩与输出转矩差值，计算主动轮24与从动轮25的变形，从而得出主动轮24与从动轮25的刚度及误差；所述的角位移传感器22分别固定于齿轮箱体18两侧部的滑环31后方，用于测量主动轮24、从动轮25与齿轮轴30的变形量，以及测量主动轮24与从动轮25的实际转角，通过比较两个角位移传感器22的测量值偏差，计算变形量，进而可得到齿轮副的传递误差和啮合刚度；所述的振动位移传感器23固定于齿轮箱体18的内部，用于检测主动轮24、从动轮25与齿轮轴30的振动位移；所述的热电偶26置于齿轮箱体18中，用于测量油温与室温；所述的三向加速度传感器27分别置于齿轮箱体18、主动轮24与从动轮25上，用于测量齿轮箱体18的振动加速度以及主动轮24与从动轮25的扭转振动特性和啮合状态特性。该实验台通过合理配置的高精度伺服系统与高精度编码器系统，可在高速条件下采集高精度的变形及其它数据。通过高精度plc、振动位移传感器23以及旋转编码器形成闭环控制，可为实验提供准确可靠的转速与转矩，并且与对应的转速转矩传感器21实时比较，可实时采集高精度的数据，便于实验分析。所述的计算机控制系统由工作显示屏7、控制面板8、工作台键盘10、plc控制系统以及数据分析系统组成。所述的工作显示屏7与控制面板8置于上箱体前门6；所述的工作台键盘10置于工作台9上；所述的控制面板8和工作台键盘10用于输入数据；所述的工作显示屏7用于显示实验台工作情况；通过所述的plc控制系统对伺服运动进行多种运动模拟与多种加载特性模拟，可以灵活模拟不同的工况条件，具备很强大的扩展功能；所述的数据分析系统用于数据处理与数据分析；该实验台在控制面板8设有转速调节旋钮、加载扭矩调节旋钮、伺服电机启动与停止按钮以及用于突发情况的急停按钮。

附图说明

图1是本发明中齿轮传动动态特性综合测试实验台前侧立体结构示意图；

图2是本发明中齿轮传动动态特性综合测试实验台后侧立体结构示意图；

图3是本发明中齿轮传动动态特性综合测试实验台的齿轮箱结构示意图；

图4是本发明中齿轮传动动态特性综合测试实验台的齿轮箱内部结构示意图；

图5是本发明中齿轮传动动态特性综合测试实验台的结构简图；

图6是本发明中齿轮传动动态特性综合测试实验台的三视图。

图中：1、实验台上箱体，2、实验台下箱体，3、实验台底座，4、实验台底座支撑架，5、侧部平台，6、上箱体前门，7、工作显示屏，8、控制面板，9、工作台，10、工作台键盘，11、下箱体前门，12、通风孔，13、工作台固定销，14、上箱体后门，15、下箱体后门，16、驱动电机，17、负载电机，18、齿轮箱体，19、噪声传感器，20、联轴器，21、转速转矩传感器，22、角位移传感器，23、振动位移传感器，24、主动轮，25、从动轮，26，热电偶，27、三向加速度传感器，28、输入轴，29、输出轴，30、齿轮轴，31、滑环，32、排油口，33、注油口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1-6所示，本发明为齿轮传动动态特性综合测试实验台，该实验台包括实验台箱体、齿轮箱、驱动系统、负载系统、振动检测系统和计算机控制系统。所述的实验台箱体包括实验台上箱体1、实验台下箱体2、实验台底座3、实验台底座支撑架4、侧部平台5、上箱体前门6、下箱体前门11、上箱体后门14、下箱体后门15、工作台9、工作台固定销13以及通风孔12。所述的实验台上箱体1、实验台下箱体2以及实验台底座3之间由螺栓固定；所述的实验台底座3与实验台底座支撑架4由螺栓连接；所述的侧部平台5由螺栓安装于实验台下箱体2的两个侧面；所述的上箱体前门6与上箱体后门14分别由铰链固定于实验台上箱体1；所述的下箱体前门11与下箱体后门15分别由铰链固定于实验台下箱体2、所述的工作台9由铰链固定于实验台上箱体1，工作台9有90度角的活动范围，工作时可展开放置，与实验台上箱体1前面成90度角，非工作时可平行于实验台上箱体1前面放置，工作台9与实验台上箱体1由工作台固定销13固定；所述的通风孔12固定于实验台上箱体1的侧面，并在通风孔12内部装有散热风扇。

所述的齿轮箱由齿轮箱体18、主动轮24、从动轮25、齿轮轴30、滑环31、排油口32以及注油口33组成。所述的齿轮箱体18由螺栓固定于实验台下箱体2，在齿轮箱体18侧部设有排油口32与注油口33，便于进行润滑油的注入与排出；所述的主动轮24与从动轮25固定于齿轮轴30，并在齿轮箱体18侧面安装有主动轮24与从动轮25的中心距调节旋钮；所述的齿轮轴30通过支撑轴承置于齿轮箱体18上；所述的滑环31通过螺栓固定于齿轮箱体18的侧面，由于齿轮轴30为旋转部件，通过滑环31接出齿轮箱体18内部的传感器线。

所述的驱动系统由驱动电机16、输入轴28、联轴器20以及变频器组成。所述的驱动电机16由螺栓固定于实验台下箱体2；所述的输入轴28通过联轴器20连接电机轴与齿轮轴30；所述的变频器置于驱动系统中。

所述的负载系统由负载电机17、输出轴29、联轴器20以及变频器组成。所述的负载电机17由螺栓固定于实验台下箱体2；所述的输出轴29通过联轴器20连接电机轴与齿轮轴30；所述的变频器置于负载系统中。本实验台采用高精度与高性能伺服系统驱动及加载。

所述的振动检测系统包括噪声传感器19、转速转矩传感器21、角位移传感器22、振动位移传感器23、热电偶26、三向加速度传感器27以及信号采集器。所述的噪声传感器19通过螺栓固定于齿轮箱体18的顶部，置于主动轮24与从动轮25的上方，用于检测齿轮的振动噪声。所述的转速转矩传感器21置于输入轴28与输出轴29上，用于测量输入轴28与输出轴29的转速和转矩；所述的角位移传感器22分别固定于齿轮箱体18两侧部的滑环31后方，用于测量主动轮24、从动轮25与齿轮轴30的变形量，以及测量主动轮24与从动轮25的实际转角，通过比较两个角位移传感器22的测量值偏差，计算出变形，进而可计算齿轮副的传递误差和啮合刚度；所述的振动位移传感器23固定于齿轮箱体18的内部，用于检测主动轮24、从动轮25与齿轮轴30的振动位移；所述的热电偶26置于齿轮箱体18中，用于测量油温与室温；所述的三向加速度传感器27分别置于齿轮箱体18、主动轮24与从动轮25上，用于测量齿轮箱体18的振动加速度以及主动轮24与从动轮25的扭转振动特性和啮合状态特性。该实验台通过合理配置的高精度伺服系统与高精度编码器系统，可在高速条件下采集高精度的变形及其它数据。通过高精度plc、振动位移传感器23以及旋转编码器形成闭环控制，可为实验提供准确可靠的转速与转矩，并且与对应的转速转矩传感器21实时比较，可实时采集高精度的数据，便于实验分析。

所述的计算机控制系统由工作显示屏7、控制面板8、工作台键盘10、plc控制系统以及数据分析系统组成。所述的工作显示屏7与控制面板8置于上箱体前门6；所述的工作台键盘10置于工作台9上。所述的控制面板8和工作台键盘10用于输入数据；所述的工作显示屏7用于显示实验台工作情况；通过所述的plc控制系统对伺服运动进行多种运动模拟以及多种加载特性模拟，可以灵活模拟不同的工况条件，具备很强大的扩展功能；所述的数据分析系统用于数据处理与数据分析。该实验台在控制面板8设有转速调节旋钮、加载扭矩调节旋钮、伺服电机启动与停止按钮以及用于突发情况的急停按钮。

综上所述，本发明齿轮传动动态特性综合测试实验台可应用于多种复杂工况下齿轮传动系统的动态特性和啮合状态特性测试，包括变载荷和变转速等情况。该实验台是齿轮传动动态特性综合测试的专用设备，通过plc控制系统对伺服运动进行多种运动模拟及多种加载特性，可灵活模拟不同的工况条件，具备很强的扩展功能。通过合理配置的高精度伺服系统与高精度编码器系统，可在高速条件下采集高精度的变形及其它数据，并通过高精度plc、振动位移传感器以及旋转编码器形成闭环控制，可为实验提供准确可靠的转速与转矩，并且与对应的转速转矩传感器实时比较，可实时采集高精度的数据。该实验台能够实现齿轮副的扭转振动、啮合冲击、传动轴和支撑轴承的振动、箱体的振动、齿轮副的转角偏差、传动误差、齿轮副啮合的噪声变化、油温以及实时转速转矩等的测试，能够得到齿轮传动的时域特性、频域特性以及振动幅值的变化规律。该实验台功能全面，操作简单，方便实用，在一定程度上提高了齿轮传动系统动态特性综合测试的工作效率、测量精度与准确性。