一种同时产生高低频率激振力的机电一体化旋转激振装置

1.本发明属于旋转激振器制造领域，具体涉及一种同时产生高低频率激振力的机电一体化旋转激振装置。


背景技术：

2.试验测试是精确掌握转子、轴承、机匣系统动力学特性的重要手段之一，包括激励、测试及数据分析等环节，其中激励是转子-轴承-机匣系统动力学试验研究中最关键的环节。
3.目前发动机整机振动都是在热试车台上进行，代价高、干扰因素多，无法准确获取各阶振动特性，发动机整机振动主要来自转子转频激励和气流高频激励。现有的提供激振力的装置主要是单方向单频率的电磁激振器，尺寸大，无法应用于有限空间，无法模拟旋转机械转子运动过程中产生的低频旋转激振力，以及由气流等其他因素引起的高频激振力，无法反映转子-轴承-机匣系统真实的激励状态。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术中提供激振力的装置主要是单方向单频率的电磁激振器，尺寸大，无法应用于有限空间，无法模拟旋转机械转子运动过程中产生的低频旋转激振力，以及由气流等其他因素引起的高频激振力，无法反映转子-轴承-机匣系统真实的激励状态的问题，进而提供了一种同时产生高低频率激振力的机电一体化旋转激振装置；
5.一种同时产生高低频率激振力的机电一体化旋转激振装置，所述旋转激振装置包括主动齿轮轴、两个从动齿轮轴、电机组件、箱体、壳体、轴承座、前轴承盖、三个后轴承盖、四个力传感器和外圈基座；
6.所述从动齿轮轴中齿轮部的端面上沿周向等距加工有多个调力螺纹孔，调力螺纹孔用于安装螺钉；
7.所述电机组件包括静子线圈和转子磁芯；
8.所述箱体为圆柱形桶，箱体封闭端端面的边缘处沿周向等距加工有多个一号螺纹盲孔，箱体封闭端的端面上加工有三个轴孔，三个轴孔的轴心均位于箱体封闭端的一条直径上，且位于两侧的轴孔至位于中心轴孔的距离相等，箱体开口端端面的边缘处沿周向等距加工有多个二号螺纹盲孔，
9.所述壳体为圆柱形筒体，壳体一端的外圆面上套设有一个连接盘，且壳体与连接盘一体成型设置，连接盘的一端端面与壳体的一端端面共面设置，连接盘上加工有两个通孔，两个通孔沿壳体的轴线对称设置，且两个通孔的轴心位于连接盘端面的一条直径上，连接盘的端面边缘处沿周向等距加工有多个一号连接孔，且每个一号连接孔与一个一号螺纹盲孔同轴对应设置；
10.所述轴承座一端的边缘处沿周向等距加工有多个二号连接孔，且每个二号连接孔与一个二号螺纹盲孔同轴对应设置，轴承座的端面上加工有三个轴承孔，三个轴承孔的轴
心均位于轴承座端面的一条直径上，三个轴承孔中位于中心的轴承孔与壳体的一端对应设置，三个轴承孔中位于两侧的轴承孔分别与连接盘上的一个通孔对应设置，且每个轴承孔中前有一个轴承；
11.所述壳体和轴承座分别设置在箱体的两端，壳体中带有连接盘的一端通过多个锁紧螺栓与箱体的一端拆卸连接，轴承座通过多个锁紧螺栓与箱体的另一端拆卸连接，主动齿轮轴设置在箱体和壳体中，且主动齿轮轴与箱体和壳体同轴设置，主动齿轮轴的一端插装在轴承座上位于中心处的轴承中，主动齿轮轴的另一端通过一个一号轴承与壳体转动连接，一号轴承靠近壳体中远离箱体的一端设置，且壳体中远离箱体的一端上设有前轴承盖，前轴承盖通过多个锁紧螺栓与壳体拆卸连接，静子线圈固接在壳体的内壁上，转子磁芯套设在主动齿轮轴的光轴部，且转子磁芯与静子线圈同轴对应设置，两个从动齿轮轴对称设置在主动齿轮轴的两侧，且两个从动齿轮轴均设置在箱体中，每个从动齿轮轴的一端插装在轴承盘上位于中心轴承一侧的一个轴承中，每个从动齿轮轴的另一端穿过一个通孔并设置在连接盘的外侧，每个从动齿轮轴另一端的外圆面上套装有一个二号轴承，每个从动齿轮轴通过一个二号轴承与箱体转动连接，两个从动齿轮轴与主动齿轮轴均为齿啮合设置，三个后轴承盖均设置在轴承座远离箱体的一端上，每个后轴承盖与轴承座上的一个轴承对应设置，每个后轴承盖通过四个螺栓与轴承座拆卸连接，外圈基座套装在箱体的外圆面上，箱体的外圆面上沿周向等距加工有四个传感器安装槽，每个力传感器对应安装在一个传感器安装槽中；
12.进一步地：所述每个力传感器与外圈基座过盈配合，使得外圈基座能够将力传感器压紧在箱体上，可实时输出激振力；
13.进一步地：所述旋转激振装置还包括接线盒，接线盒固接在壳体的外侧，接线盒上插装有航空插头，航空插头的导线上串联有一个变频器；
14.进一步地：所述静子线圈通过引线与插装在接线盒上的航空插头相连；
15.进一步地：所述前轴承盖上安装一个测量支架，测量支架上加工有螺纹孔，螺纹孔与主动齿轮轴上的前端键槽对应设置；
16.进一步地：所述外圈基座的一端端面上沿周向等距加工有多个连接通孔；
17.进一步地：所述每个后轴承盖的中心处加工有一个中心孔，主动齿轮轴的一端和每个从动齿轮轴的一端对应穿过一个后轴承盖上的中心孔并设置在后轴承盖的外部；
18.进一步地：所述前轴承盖的中心处加工有一个中心孔，主动齿轮轴的另一端穿过前轴承盖上的中心孔并设置在前轴承盖的外部；
19.进一步地：所述箱体上封闭端的每个轴孔与连接盘上的一个通孔同轴对应设置；
20.进一步地：所述箱体上封闭端的每个轴孔的孔径大于连接盘上每个通孔的孔径。
21.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
22.本发明提供的一种同时产生高低频率激振力的机电一体化旋转激振装置，调节接线盒外部的变频器调整激振力的频率，调整从动齿轮轴上的螺钉的质量和相位调节输出激振力的大小，使得激振力能够更为容易、方便地调节，嵌装在箱体上的力传感器能够实时输出激振力的变化情况，各齿轮轴的转动以及齿轮的啮合，能够产生包含转子转动频率以及齿轮啮合频率的激振力，可以真实模拟旋转部件所产生的激振效果，极大的提高了发动机整机振动测量精度，本装置结构简单，成本低廉，可以用于狭小的安装空间，应用范围广。
23.用本发明提供的旋转激振器代替发动机转子对发动机整机进行激励，不仅能够直接得到转频和高频旋转激励的幅值和相位，而且能够得到发动机各测点振动响应，给出发动机整机在高低频激励下的动力学特性、传递响应和传递函数，可大大提高发动机整机振动测量精度和工作效率。
附图说明
24.图1是本发明的主视图；
25.图2是本发明的左视图；
26.图3是本发明的剖视图；
27.图4是本发明的右视图；
28.图5是本发明中静子线圈装配示意图；
29.图6是本发明中转子磁芯装配示意图；
30.图7是本发明中从动齿轮轴的主视图；
31.图8是本发明中从动齿轮轴的左视图；
32.图9是本发明中测量支架的主视图；
33.图10是本发明中接线盒的示意图；
34.图中1主动齿轮轴、2从动齿轮轴、2-1调力螺纹孔、3-1静子线圈、3-2转子磁芯、4箱体、5壳体、6轴承座、7前轴承盖、8后轴承盖、9力传感器、10外圈基座、11接线盒、12测量支架和12-1螺纹孔。
具体实施方式
35.具体实施方式一：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式提供了一种同时产生高低频率激振力的机电一体化旋转激振装置，所述旋转激振装置包括主动齿轮轴1、两个从动齿轮轴2、电机组件、箱体4、壳体5、轴承座6、前轴承盖7、三个后轴承盖8、四个力传感器9和外圈基座10；
36.所述从动齿轮轴2中齿轮部的端面上沿周向等距加工有多个调力螺纹孔2-1，调力螺纹孔2-1用于安装螺钉；
37.所述电机组件包括静子线圈3-1和转子磁芯3-2；
38.所述箱体4为圆柱形桶，箱体4封闭端端面的边缘处沿周向等距加工有多个一号螺纹盲孔，箱体4封闭端的端面上加工有三个轴孔，三个轴孔的轴心均位于箱体4封闭端的一条直径上，且位于两侧的轴孔至位于中心轴孔的距离相等，箱体4开口端端面的边缘处沿周向等距加工有多个二号螺纹盲孔，
39.所述壳体5为圆柱形筒体，壳体5一端的外圆面上套设有一个连接盘，且壳体5与连接盘一体成型设置，连接盘的一端端面与壳体5的一端端面共面设置，连接盘上加工有两个通孔，两个通孔沿壳体5的轴线对称设置，且两个通孔的轴心位于连接盘端面的一条直径上，连接盘的端面边缘处沿周向等距加工有多个一号连接孔，且每个一号连接孔与一个一号螺纹盲孔同轴对应设置；
40.所述轴承座6一端的边缘处沿周向等距加工有多个二号连接孔，且每个二号连接孔与一个二号螺纹盲孔同轴对应设置，轴承座6的端面上加工有三个轴承孔，三个轴承孔的
轴心均位于轴承座6端面的一条直径上，三个轴承孔中位于中心的轴承孔与壳体5的一端对应设置，三个轴承孔中位于两侧的轴承孔分别与连接盘上的一个通孔对应设置，且每个轴承孔中前有一个轴承；
41.所述壳体5和轴承座6分别设置在箱体4的两端，壳体5中带有连接盘的一端通过多个锁紧螺栓与箱体4的一端拆卸连接，轴承座6通过多个锁紧螺栓与箱体4的另一端拆卸连接，主动齿轮轴1设置在箱体4和壳体5中，且主动齿轮轴1与箱体4和壳体5同轴设置，主动齿轮轴1的一端插装在轴承座6上位于中心处的轴承中，主动齿轮轴1的另一端通过一个一号轴承与壳体5转动连接，一号轴承靠近壳体5中远离箱体4的一端设置，且壳体5中远离箱体4的一端上设有前轴承盖7，前轴承盖7通过多个锁紧螺栓与壳体5拆卸连接，静子线圈3-1固接在壳体5的内壁上，转子磁芯3-2套设在主动齿轮轴1的光轴部，且转子磁芯3-2与静子线圈3-1同轴对应设置，两个从动齿轮轴2对称设置在主动齿轮轴1的两侧，且两个从动齿轮轴2均设置在箱体4中，每个从动齿轮轴2的一端插装在轴承盘6上位于中心轴承一侧的一个轴承中，每个从动齿轮轴2的另一端穿过一个通孔并设置在连接盘的外侧，每个从动齿轮轴2另一端的外圆面上套装有一个二号轴承，每个从动齿轮轴2通过一个二号轴承与箱体4转动连接，两个从动齿轮轴2与主动齿轮轴1均为齿啮合设置，三个后轴承盖8均设置在轴承座6远离箱体4的一端上，每个后轴承盖8与轴承座6上的一个轴承对应设置，每个后轴承盖8通过四个螺栓与轴承座6拆卸连接，外圈基座10套装在箱体4的外圆面上，箱体4的外圆面上沿周向等距加工有四个传感器安装槽，每个力传感器9对应安装在一个传感器安装槽中。
42.本实施方式中，提供的一种同时产生高低频率激振力的机电一体化旋转激振装置，在使用时，所要施加的不平衡配重螺钉拧在从动齿轮轴2轮周均布的螺纹孔2-1内，通过主动齿轮轴1旋转，经由齿轮啮合带动两个从动齿轮轴2旋转，产生包含一个旋转频率以及一个齿轮啮合频率的激振力，根据需要调节两个从动齿轮轴2上拧入螺钉的质量与相位，以改变装置输出激振力的大小。
43.具体实施方式二：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的力传感器9与外圈基座10作进一步限定，本实施方式中，所述每个力传感器9与外圈基座10过盈配合，使得外圈基座10能够将力传感器9压紧在箱体4上，可实时输出激振力。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
44.本实施方式中，通过嵌装在箱体上的力传感器能够实时检测输出激振力的变化情况。
45.具体实施方式三：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的旋转激振装置作进一步限定，本实施方式中，所述旋转激振装置还包括接线盒11，接线盒11固接在壳体5的外侧，接线盒11上插装有航空插头，航空插头的导线上串联有一个变频器。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
46.如此设置，航空插头的一端通过导线与电源相连，另一端用于与静子线圈3-1相连，为静子线圈通电，产生磁场使转子磁芯旋转，在航空插头上串联有一个变频器，可以通过变频器调节静子线圈3-1上施加电场的大小，进而改变转子磁芯3-2相对于静子线圈3-1的转速，改变激振频率
47.具体实施方式四：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的静子线圈3-1作进一步限定，本实施方式中，所述静子线圈3-1通过引线与插装在
接线盒11上的航空插头相连。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
48.具体实施方式五：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的前轴承盖7作进一步限定，本实施方式中，所述前轴承盖7上安装一个测量支架12，测量支架12上加工有螺纹孔12-1，螺纹孔12-1与主动齿轮轴1上的前端键槽对应设置。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
49.如此设置，测量支架12上用于安装电涡流传感器，通过电涡流传感器对主动齿轮轴1前端键槽转动一周所产生的位移进行监控，将所得位移进行傅里叶变换得到对应的峰值频率，通过所得频率计算主动齿轮轴1的转速。
50.具体实施方式六：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的后轴承盖8作进一步限定，本实施方式中，所述每个后轴承盖8的中心处加工有一个中心孔，主动齿轮轴1的一端和每个从动齿轮轴2的一端对应穿过一个后轴承盖8上的中心孔并设置在后轴承盖8的外部。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
51.具体实施方式七：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的前轴承盖7作进一步限定，本实施方式中，所述前轴承盖7的中心处加工有一个中心孔，主动齿轮轴1的另一端穿过前轴承盖7上的中心孔并设置在前轴承盖7的外部。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
52.具体实施方式八：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的外圈基座10作进一步限定，本实施方式中，所述外圈基座10的一端端面上沿周向等距加工有多个连接通孔。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
53.如此设置，便于外圈基座10与所在发动机的支承位置进行连接。
54.具体实施方式九：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的箱体4进行进一步限定，本实施方式中，所述箱体4上封闭端的每个轴孔与连接盘上的一个通孔同轴对应设置。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
55.具体实施方式十：参照图1至图10说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的箱体4和连接盘进行进一步限定，本实施方式中所述箱体4上封闭端的每个轴孔的孔径大于连接盘上每个通孔的孔径。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
56.本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
57.工作原理
58.本发明在使用时首先将各个部件按照具体实施方式一至具体实施方式十中的连接关系安装在一起，将接线盒11上的航空插头与静子线圈3-1的引线连接，通过航空插头另一端的电源对静子线圈3-1供电，使静子线圈3-1产生磁场，套装在主动齿轮轴1上的转子磁芯3-2会在磁场中转动，进而带动主动齿轮轴1转动，主动齿轮轴1通过齿啮合带动两根从动齿轮轴2旋转，因此该装置可以产生包含转子转动频率与齿轮啮合频率两种频率成分的激振力，根据需要调节两个从动齿轮轴2上拧入螺钉的质量与相位，以改变装置输出激振力的大小。在用本旋转激振装置对发动机整机进行激励，不仅能够直接得到转频和高频等旋转
激励的幅值和相位，而且能够得到发动机各测点振动响应，给出发动机整机在高低频激励下的动力学特性、传递响应和传递函数，可大大提高发动机整机振动测量精度和工作效率。