一种齿轮箱扭转振动模态试验测试装置及方法

本发明属于结构动力学振动测试技术领域，具体涉及一种齿轮箱扭转振动模态试验测试装置及方法。

背景技术：

扭转振动是齿轮振动的主要形式，因此，在齿轮实际运转时要考虑到因为扭振而引起的问题。齿轮系统扭转振动的固有特性取决于系统所有各轴、齿轮的刚性和转动惯量。而且，对于一个复杂的齿轮系统，在它的转速内可能会出现很多固有的振型。当引起齿轮系统发生扭转的外加力矩的频率与齿轮系统扭转的固有频率相等或相近时，会发生严重破坏系统运转或完全失效的共振。研究表明，在剧烈共振的情况下，力矩发生反转，造成齿轮系统内轮齿脱啮，产生故障和噪声。目前，针对齿轮箱振动模态试验测试的装置及方法基本是基于齿轮系统的自由振动，选用的方法为三点锤击法，而这种方法不适合测试扭转振动的模态。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种齿轮箱扭转振动模态试验测试装置及方法，能够获得齿轮箱在扭转振动时的固有特性及振动响应。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种齿轮箱扭转振动模态试验测试装置，包括输入端切向力和运动测量装置、输出端切向力和运动测量装置、齿轮箱外壳测量装置、激振装置、信号采集分析装置和用于测试的齿轮箱；

所述输入端切向力和运动测量装置包括：输入轴套筒、输入端弹簧钩、一个力传感器、两个吊环螺钉、输入端弹簧、l型支架、输入端安装板、输入端加速度传感器；

所述输出端切向力和运动测量装置包括：输出端加速度传感器、方杆、输出端弹簧钩、输出端弹簧、t型支架、输出端安装板、输出轴套筒；

所述激振装置为icp型力锤；

所述齿轮箱外壳测量装置为加速度传感器；

所述输入端弹簧、力传感器通过两个吊环螺钉、两个输入端弹簧钩串联在一起，两个输入端弹簧钩分别安装在输入轴套筒和l型支架上；

所述输出端弹簧通过两个输出端弹簧钩安装在齿轮箱的输出端，两个输出端弹簧钩分别安装在方杆和t型支架上；

整体连接关系如下：齿轮箱安装在减速器板上，减速板固定在底板的中部；输入轴套筒和输出轴套筒分别安装在齿轮箱的输入轴和输出轴上；方杆通过螺钉安装在输出轴套筒的圆柱孔内；输入端安装板和输出端安装板分别安装在底板上，l型支架和t型支架分别安装在输入端安装板、输出端安装板上，通过螺钉固定；输入端弹簧、力传感器通过两个吊环螺钉、两个输入端弹簧钩串联在一起，两个输入端弹簧钩分别安装在输入轴套筒和l型支架上；输出端弹簧通过两个输出端弹簧钩安装在齿轮箱的输出端，两个输出端弹簧钩分别安装在方杆和t型支架上；；

三个加速度传感器分别放置在输入轴套筒、方杆及齿轮箱外壳上，与齿轮箱各轴的切线方向平行，用于测量振动响应信号；

icp型力锤用来给予齿轮箱锤击激励信号，锤击方向与传感器方向平行。

进一步的，所述力传感器采用双向拉压压电型传感器，加速度传感器采用压电型加速度传感器。

进一步的，输入端弹簧和输出端弹簧预紧后的位置与水平面平行。

进一步的，所述输入端弹簧位于齿轮箱输入轴和输出轴之间。

一种齿轮箱扭转振动模态试验测试方法，基于上述装置，该方法步骤如下：

第一步，将所述装置中的力传感器、加速度传感器、icp型力锤与多通道测振仪连接，多通道测振仪与计算机连接；

第二步，采用信号触发的采样方式进行示波采样，通过icp型力锤平行锤击齿轮箱外壳，给予测量装置激励信号，用多通道测振仪采集传感器的响应信号，并用计算机做记录；

第三步，根据第二步得到的三个加速度传感器、力传感器及icp型力锤信号的数据进行频谱分析，提取齿轮箱扭转振动的固有频率、相位及相干系数。

有益效果：本发明提供了一种齿轮箱扭转振动模态试验测试装置及方法，采用信号触发使得传感器的各个通道在达到触发电平后满足采样条件，能够准确测量出齿轮箱输入轴、输出轴及外壳的加速度响应信号，获得齿轮箱在扭振时的固有特性。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为本发明的输入轴套筒的示意图；

图3为输出轴套筒的示意图；

图4为方杆的示意图；

图5为输入端安装板的示意图；

图6为输出端安装板的示意图；

图7为输出端弹簧钩的示意图；

图8为三个加速度的自谱分析结果；

图9为试验号2的锤击输入力自谱分析；

图10为试验号2的锤击输入力与输入轴加速度振动响应的传递函数；

图11为试验号2的锤击输入力与输出轴加速度振动响应的传递函数；

其中，1-底板；2-减速器板；3-齿轮箱；4-输入轴套筒；5-输入端弹簧钩；6-力传感器；7-吊环螺钉；8-输入端弹簧；9-l型支架；10-输出端加速度传感器；11-方杆；12-输出端弹簧钩；13-输出端弹簧；14-螺母；15-t型支架；16-螺钉；17-输出端安装板；18-icp型力锤；19-外壳加速度传感器；20-输出轴套筒；21-输入端安装板；22-输入端加速度传感器；

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种齿轮箱扭转振动模态试验测试装置，参见附图1，包括：底板1、减速器板2、齿轮箱3、输入轴套筒4、输入端弹簧钩5、一个力传感器6、两个吊环螺钉7、输入端弹簧8、l型支架9、输出端加速度传感器10、方杆11、输出端弹簧钩12、输出端弹簧13、螺母14、t型支架15、螺钉16、输出端安装板17、icp型力锤18、齿轮箱外壳加速度传感器19、输出轴套筒20、输入端安装板21、输入端加速度传感器22，本实施例中待测量的齿轮箱为3；

所述力传感器6采用双向拉压压电型传感器，加速度传感器10、19、22采用压电型加速度传感器；

参见附图2，所述输入轴套筒4的耳朵上设有通孔，用来安装弹簧钩5；

参见附图3，所述输出轴套筒20的耳朵上设有圆柱孔，用来安装方杆11；

参见附图4，所述方杆11设有通孔和螺纹孔，分别用来与输出轴套筒20配合、安装弹簧钩12和加速度传感器10；

参见附图5，所述输入端安装板21安装在齿轮箱3输入轴与输出轴之间，结构为t型，中间开有矩形减重槽；

参见附图6，所述输出端安装板17为t型结构，中间设有矩形减重槽，上面开有矩形槽，用来安装t型支架15；

参见附图6，所述输出端弹簧钩12由螺栓部分和固定钩两部分组成；

整体连接关系如下：齿轮箱3安装在减速器板2上，减速板2固定在底板1的中部；输入轴套筒4和输出轴套筒20分别安装在齿轮箱输入轴和输出轴上；方杆11通过螺钉安装在输出轴套筒20的圆柱孔内；输入端安装板21和输出端安装板17分别安装在底板1上，l型支架9和t型支架15分别安装在输入端安装板21、输出端安装板17上，通过螺钉固定；输入端弹簧8、力传感器6通过两个吊环螺钉7、两个输入端弹簧钩5串联在一起，两个输入端弹簧钩5分别安装在输入轴套筒4和l型支架9上；输出端弹簧13通过两个输出端弹簧钩12安装在齿轮箱3的输出端，两个输出端弹簧钩12分别安装在方杆11和t型支架15上；两个弹簧的位置要与地面平行；

输入端加速度传感器22和齿轮箱3外壳加速度传感器19分别通过磁吸座安装在输入轴套筒4耳朵和齿轮箱3外壳上，另一个输出端加速度传感器10通过螺钉安装在方杆11上，三个加速度传感器用于测量在激励信号下的振动响应信号。

实施例2：

本实施例提供了一种基于实施例1装置的齿轮箱扭转振动模态试验测试方法，该方法步骤如下：

第一步，将实施例1中的装置装配完毕，其中，通过扳手拧紧螺母，使弹簧处于预紧状态；

第二步，将第一步装置中的传感器接入多通道测振仪，多通道测振仪与计算机连接；

第三步，采用信号触发的采样方式进行示波采样，通过icp型力锤平行锤击齿轮箱外壳，给予测量装置激励信号，用多通道测振仪采集传感器的响应信号，并用计算机记录；

第四步，根据第三步得到的三个加速度传感器、力传感器及icp型力锤传感器信号的数据进行频谱分析，提取齿轮箱扭转振动的固有频率、相位及相干系数，处理结果如下：

根据进行的15次重复性试验，得到三个加速度的频谱，参见附图8，从此频谱图中找到前6阶模态；

对试验结果进行传递函数frf分析，以其中的一次试验号2为例进行说明，参见附图9，为锤击输入力的自谱分析结果，锤击输入力在3khz处衰减到最低，试验号2中传递函数峰值出现在3037.5hz处，输入力信号与加速度振动信号的相干系数仅为0.66，这说明锤击输入力信号在衰减过程中激起了齿轮系统扭转振动的某一阶固有频率，此处的固有频率不受强迫振动的影响，属于系统的固有频率，经过分析可知，此处频率接近于3阶模态；

参见附图10，为锤击输入力与输入轴加速度振动响应的传递函数；

参见附图11，为锤击输入力与输出轴加速度振动响应的传递函数；

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。