一種動態扭轉振動傳遞函數的測量系統的製作方法

2023-06-04 13:00:11

本發明屬於動力機械系統和設備軸系的減振降噪技術領域，尤其是涉及到一種動態扭轉振動傳遞函數的測量系統。

背景技術：

旋轉軸系作為傳遞扭矩的主要途徑廣泛存在於工業生產中，如船舶推進軸系、汽車傳動軸系、蒸汽輪機、燃氣輪機等。在傳遞扭矩的過程中，動力源輸出功率與負載功率的波動均會造成軸系的扭轉振動。軸系的扭轉振動是軸系振動中最難以準確預測的。其主要原因除了當量簡化的精度以外，主要是彈性聯軸器、軸承等元件在實際工作時的動態特性與靜態特性有很大不同。通過測量得到工作狀態下扭轉振動的傳遞函數對於精確預測軸系扭轉振動具有重要意義。

測量結構振動的傳遞函數。最常用的激勵形式是脈衝激勵。對於普通結構來說脈衝激勵可以由衝擊力錘，或者電磁激振器來提供。但軸系扭轉方向的脈衝激勵不容易施加，呂秉琳等人通過在軸系上附加一個t型結構的方法來測的軸系靜態下扭轉振動的輸入阻抗，由此來得到扭轉振動的傳遞函數,(anindirecttorsionalvibrationreceptancemeasurementmethodforshaftstructures.journalofsoundandvibration,2016,372:11-30.)。然而整個軸系的動態特性和靜態特性有很大不同，目前沒有資料給出動態扭轉振動的傳遞函數測量系統。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供了一種在工作狀態下可以準確測量軸系扭轉振動傳遞函數的系統，可以方便地對軸系器件在不同工況下的動態特性進行研究。

本發明的目的是這樣實現的，包括：脈衝扭矩控制器、扭矩發生器、轉速傳感器、信號採集儀；

扭矩發生器包括：環形支架、轉子、環形電磁鐵、限位柵、前環形端蓋、後環形端蓋、力傳感器；環形電磁鐵的兩極布置於環形支架的對稱位置；環形支架上固定有前環形端蓋、後環形端蓋；環形支架、前環形端蓋、後環形端蓋有相互配合的環形空心；轉子連接於軸系轉軸上，嵌套在環形空心內；限位柵固定於後環形端蓋上，呈圓周分布於環形電磁鐵兩極之間的環形支架上；限位柵與環形電磁鐵的接觸面嵌有力傳感器，力傳感器與環形電磁鐵直接接觸；限位柵與環形電磁鐵的接觸面在靠近環形空心一側有一段凸起；

脈衝扭矩控制器與扭矩發生器連接；轉速傳感器布置於軸系轉軸上；力傳感器與轉速傳感器通過導線連接到信號採集儀。

本發明還可以包括：

1.所述的扭矩發生器轉子為金屬導體製成的鼠籠式結構；

2.所述的轉速傳感器優選為光電轉速傳感器；

3.所述的環形支架對應於環形電磁鐵的位置開有凹槽，凹槽和環形電磁鐵之間安裝有限位鋼珠。

本發明具有如下有益效果：

1.本發明由電流控制環形電磁鐵通過磁場施加激勵力，響應時間短，可以在工作轉速下任意相位施加脈衝扭矩,克服了傳統扭轉振動傳遞函數測試方案中由靜態傳遞函數代替動態傳遞函數所帶來的誤差，可以在軸系轉子工作狀態下進行扭轉振動傳遞函數測量。

2.本發明可以將動態脈衝扭矩施加於帶有鍵槽的軸段上，工程應用性強。

附圖說明

圖1為一種動態扭轉振動的傳遞函數測量系統結構示意圖。

圖2為扭矩發生器和轉速傳感器布置示意圖。

圖3為限位鋼珠安裝局部示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行更加細緻的闡述：

結合圖1～3，一種動態扭轉振動傳遞函數的測量系統，包括：脈衝扭矩控制器1、扭矩發生器2、轉速傳感器3、信號採集儀4；脈衝扭矩控制器1與扭矩發生器2連接；脈衝扭矩控制器1控制著流經環形電磁鐵6的電流，通過改變電流的大小來改變環形電磁鐵6中磁場的強弱。

扭矩發生器2，包括：環形支架5、轉子7、環形電磁鐵6、限位柵8、前環形端蓋、後環形端蓋、力傳感器9；環形電磁鐵6的兩極布置於環形支架5的對稱位置；環形支架5上通過螺釘固定有前環形端蓋、後環形端蓋。限位柵8由螺栓固定於後端蓋上。

環形支架5、前環形端蓋、後環形端蓋有相互配合的環形空心；轉子7連接於軸系轉軸上，嵌套在環形空心內，不與環形支架5接觸。轉子7是由鑄鋁製成的鼠籠型結構，通過鍵槽與轉軸連接隨轉軸一起轉動。當環形電磁鐵6中有磁場產生時，轉子7中導體因切割磁感線產生電動勢，因導體短路形成電流。電流在磁場中受到安培力的作用。環形電磁鐵6受到的反力由力傳感器9測得經導線輸入信號採集儀4中。

限位柵8固定於後環形端蓋上，呈圓周分布於環形電磁鐵兩極之間的環形支架上；限位柵與環形電磁鐵的接觸面嵌有力傳感器，力傳感器與環形電磁鐵直接接觸；環形電磁鐵6圓周方向的約束作用是由限位柵8和力傳感器9共同完成的，其中力傳感器9與環形電磁鐵6直接接觸，可用來採集環形電磁鐵6收到的反力。

限位柵8與環形電磁鐵6的接觸面在靠近環形空心一側有一段凸起，凸起段主要用於為環形電磁鐵6提供徑向約束，防止環形電磁鐵的兩極進入環形空心中。

轉速傳感器布置於軸系轉軸上,軸系轉軸由驅動電機12提供動力；力傳感器與轉速傳感器通過導線連接到信號採集儀。

環形支架5對應於環形電磁鐵6的位置開有凹槽11，凹槽11和環形電磁鐵6之間安裝有限位鋼珠10。限位鋼珠10對環形電磁鐵6徑向位移起到限制作用。限位鋼珠10除了限制環形電磁鐵6的徑向位移之外，還起到了減小環形電磁鐵軸向摩擦力的作用。

扭矩發生器2可以通過控制環形電磁鐵6的電流來產生磁場，通過電磁感應原理將電磁力作用於發生器轉子，根據牛頓第二定律，環形電磁鐵受到的反力與施加的電磁力為一對相互作用力，可以通過測量環形電磁鐵受到的反力來測量此電磁力。

轉速傳感器3用於測量軸段上響應點的瞬時轉速。轉速傳感器優選為光電傳感器，並在響應點提前貼好反光紙。測得的瞬時轉速經由導線輸入信號採集儀4中。