一种电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块、测量装置及方法

1.本发明涉及齿轮润滑技术领域，具体涉及一种电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块、测量装置及方法。


背景技术：

2.齿轮作为机械传动过程中的重要部件，其工作状态及其使用寿命将决定机械装置是否能够正常运行。为保证齿轮可靠稳定的运行，应使齿轮处于良好的润滑状态。若润滑良好，则两齿面之间存在一层油膜，可防止因齿面直接接触而造成的磨损，并且该油膜的厚度是评判齿轮润滑状态的重要参数。由于齿轮传动过程中实时测量难度较大，因此目前传动齿轮之间的油膜厚度主要通过数值分析以及经验公式间接获得。由于数值分析和经验公式求得结果往往与实际具有一定误差，因此对传动过程中的齿轮油膜进行测量在工程应用上具有十分重要的意义。
3.目前测量油膜厚度常用的方法有电阻法、放电电压法、位移法、电容法、x 射线投射法、光干涉法等，其中最有效的是电容法和光干涉法。但是这些方法常用于结构简化后的(圆盘与圆柱、圆盘与圆球、圆柱与圆柱)油膜测量，难以应用到齿轮运转状态下油膜的测试。虽然光学方法测量油厚度精度较高，但是光路的设计是主要困难。且电容测量法、超声测量法和放电电压法在滑油物性改变的情况下电容、声波传递时间与电阻会发生改变，导致测量的准确度下降，而齿轮在转动过程中滑油温度以及滑油承受压力发生改变会导致滑油物性改变，故难以用于测量齿轮油膜厚度。电涡流传感器可以用于测量微小距离，其精度高，抗干扰能力强，且不会因滑油物性改变而影响准确度。电涡流测量方法是一种非接触式方法，当电涡流传感器通入交流信号时，在线圈周围产生交变磁场；当被测物体靠近电涡流传感器时，物体内部在交变磁场作用下会产生感应电涡流，电涡流产生的电磁场反过来影响电涡流传感器的阻抗，在传感器、目标物等材料一定的条件下，电涡流传感器的阻抗改变量是其与目标物距离变化量的单值函数，并获得相应的标定曲线。通过测量电涡流传感器两端的电压值就可以获得电涡流传感器电阻的变化，从而可以通过标定曲线获得传感器与目标物之间距离。电涡流测距的主要问题是传感器布置在转动中的齿轮上较难。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块、测量装置及方法，解决现有技术中传统测量油膜厚度方法难以应用于齿轮，而电涡流传感器虽精度高但在转动中的齿轮上布置困难的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块，包括填块本体和安装在填块本体上的传感器安装块，所述的传感器安装块的底端和填块本体的顶端连接；
6.所述的填块本体总体呈长方体形，填块本体与传感器安装块连接的顶端的宽度大于传感器安装块与填块本体连接的底端的宽度，传感器安装块与填块本体之间形成台阶
面；
7.所述的台阶面的形状与待测量齿轮的齿槽形状相同，所述的传感器安装块与台阶面相接触的面与待测量齿轮的齿面形状相同，所述的台阶面与传感器安装块顶面之间的高度为待测量齿轮的齿高；
8.所述的传感器安装块上与台阶面相接触的面对侧的面上开设有传感器安装孔，所述的传感器安装孔为盲孔，用于布设电涡流传感器，所述的传感器安装块上还开设有与传感器安装孔贯通的传感器穿线孔。
9.本发明还具有如下技术特征：
10.所述的传感器安装块上还开设有第一固定孔，所述的第一固定孔用于固定传感器安装块的相对位置。
11.一种电涡流传感器测量齿轮油膜厚度的装置，所述的电涡流传感器测量齿轮油膜厚度的装置包括相互啮合的主动轮和从动轮，主动轮和从动轮布置在具有喷油润滑以及回油能力的齿轮箱中；
12.所述的主动轮通过驱动电机驱动，所述的从动轮上布置有上述的测量齿轮油膜厚度的填块并且传感器安装孔中布置有电涡流传感器；
13.所述的从动轮上开设有穿线孔，所述的穿线孔和传感器穿线孔贯通。
14.所述的测量齿轮油膜厚度的填块布置在从动轮参与啮合齿面的一侧；
15.所述的从动轴上还安装有滑环引电器，所述的滑环引电器与从动轴同轴连接，所述的滑环引电器还与信号处理系统连接。
16.所述的主动轮通过主动轴与驱动电机连接，从动轮通过从动轴与加载电机连接；
17.所述的驱动电机与加载电机上分别连接有驱动变频器。
18.所述的主动轴和从动轴上安装有扭矩仪，所述的齿轮箱上连接有滑油系统。
19.一种测量齿轮油膜厚度的方法，该方法采用上述的装置实现，包括以下步骤：
20.步骤一：通过驱动电机驱动主动轮转动，主动轮带动从动轮同步运动，主动轮和从动轮构成被测齿轮副；
21.步骤二：通过滑油系统向齿轮箱中的被测齿轮副的啮合区域提供润滑油，使所述被测齿轮副的啮合区域形成油膜；
22.步骤三：使用安装在从动轮上的电涡流传感器进行测量，电涡流传感器通过测量齿轮副齿面间的距离差，即得到被测齿轮副的油膜厚度。
23.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
24.(ⅰ)本发明设计的电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块，解决了现有技术中存在的电涡流传感器布置困难的问题，使得电涡流传感器能更好的运用于各种转动机械尤其是齿轮的油膜厚度的测量，
25.(ⅱ)本发明的电涡流法测量齿轮油膜厚度的装置，可以对齿轮的油膜厚度进行精确测量，而且结构简单，使用方便，可以极大的节约人力物力。
附图说明
26.图1是本发明结构示意图ⅰ。
27.图2是本发明结构示意图ⅱ。
28.图3是本发明结构示意图ⅲ。
29.图4是本发明剖视示意图；
30.图5是本发明电涡流引线结构示意图。
31.图6是本发明俯视示意图。
32.图7是图6的a向示意图。
33.图8是图6的b向示意图。
34.图9是本发明电涡流传感器测量直齿轮油膜厚度实验装置示意图。
35.附图中各个标号含义：1-填块本体，2-传感器安装块，3-传感器安装孔，4
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传感器穿线孔，5-第一固定孔，6-主动轮，7-从动轮，8-齿轮箱，9-驱动电机， 10-穿线孔，11-滑环引电器，12-信号处理系统，13-主动轴，14-从动轴，15-加载电机，16-驱动变频器，17-扭矩仪，18-滑油系统，19-第二固定孔，20-电涡流传感器。
36.以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
37.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
38.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。
39.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。
41.实施例1：
42.遵从上述技术方案，如图1～图4所示，一种电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块，包括填块本体1和安装在填块本体1上的传感器安装块2，所述的传感器安装块2的底端和填块本体1的顶端连接；
43.所述的填块本体1总体呈长方体形，填块本体1与传感器安装块2连接的顶端的宽度大于传感器安装块1与填块本体2连接的底端的宽度，传感器安装块2与填块本体1之间形成台阶面；
44.所述的台阶面的形状与待测量齿轮的齿槽形状相同，所述的传感器安装块2 与台阶面相接触的面与待测量齿轮的齿面形状相同，所述的台阶面与传感器安装块2顶面之间的高度为待测量齿轮的齿高；
45.所述的传感器安装块2上与台阶面相接触的面对侧的面上开设有传感器安装孔3，所述的传感器安装孔3为盲孔，用于布设电涡流传感器20，所述的传感器安装块3上还开设有与传感器安装孔3贯通的传感器穿线孔4。所述的电涡流传感器20为喷有绝缘漆的平面银
质线圈。
46.所述的传感器安装孔3从传感器安装块2背面中心以近似垂直于传感器安装块2与台阶面相接触的面斜着打入，且传感器安装孔3与传感器安装块2与台阶面相接触的面保持一定的距离用以承受齿轮运行过程中的啮合力。
47.由于齿轮材料采用45钢，对电涡流传感器磁场具有屏蔽作用，故选取钛合金材料制作填块。
48.为保证齿轮动平衡以及测量齿轮油膜厚度的精度，在齿面中心安装填块，且填块关于齿轮轴线对称放置。
49.为测量啮合过程中不同位置的油膜厚度，传感器安装孔的位置可以不同。
50.增加齿盘与齿轴的重量，即增加了齿轮的转动惯量，在不要求齿轮运转加速性的情况下，增加齿轮的转动惯量可以更好的降低齿轮运转的速度波动，消除齿轮运转啮合面挤压的力矩不稳定性。
51.在齿轮上打孔，将引线从齿轮内部穿过，并采用滑环引电器将电信号引出，解决了齿轮转动过程中难以将电信号引出的问题。
52.作为本实施例的一种优选：
53.所述的传感器安装块2上还开设有第一固定孔5，所述的第一固定孔5用于固定传感器安装块2的相对位置。
54.如图5～图9所示，一种电涡流传感器测量齿轮油膜厚度的装置，所述的电涡流传感器测量齿轮油膜厚度的装置包括相互啮合的主动轮6和从动轮7，主动轮6和从动轮7布置在具有喷油润滑以及回油能力的齿轮箱8中；
55.所述的主动轮6通过驱动电机9驱动，所述的从动轮7上布置有上述的测量齿轮油膜厚度的填块并且传感器安装孔3中布置有电涡流传感器20；
56.所述的从动轮7上开设有穿线孔10，所述的穿线孔10和传感器穿线孔4贯通。
57.作为本实施例的一种优选：
58.所述的测量齿轮油膜厚度的填块布置在从动轮7齿面的一侧，使用时，在齿面的一侧开设与电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块形状一致的槽，用于布设电涡流法测量齿轮油膜厚度的填块；
59.所述的从动轴14上还安装有滑环引电器11，所述的滑环引电器11与从动轴14同轴连接，所述的滑环引电器11还与信号处理系统12连接。
60.作为本实施例的一种优选：
61.所述的主动轮6通过主动轴13与驱动电机15连接，从动轮7通过从动轴 14与加载电机15连接；加载电机15对从动轮7加载反向力矩，实现齿轮齿面啮合是的力矩加载；
62.所述的驱动电机9与加载电机15上分别连接有驱动变频器16。驱动变频器 16用以控制驱动电机9与加载电机15的起停和调节其转速。
63.作为本实施例的一种优选：
64.所述的主动轴13和从动轴16上安装有扭矩仪17，用于测量主动轴13和从动轴16上的转矩、转速和功率。所述的齿轮箱8上连接有滑油系统18。所述的滑油系统18可以对供油温度进行调节；
65.一种电涡流法测量齿轮油膜厚度的方法，该方法采用上述的装置实现，包括以下
步骤：
66.步骤一：通过驱动电机9驱动主动轮6转动，主动轮6带动从动轮7同步运动，主动轮6和从动轮7构成被测齿轮副；
67.步骤二：通过滑油系统18向齿轮箱8中的被测齿轮副的啮合区域提供润滑油，使所述被测齿轮副的啮合区域形成油膜；
68.步骤三：使用安装在从动轮7上的电涡流传感器20进行测量，电涡流传感器20通过测量齿轮副齿面间的距离差，即得到被测齿轮副的油膜厚度。
69.齿轮啮合过程中齿面中心油膜厚度不断发生改变，处于齿面中心的电涡流传感器感受不断变换的齿轮油膜厚度从而产生不同的电信号，电信号通过引线首先经过传感器穿线孔3，接着电信号通过引线经过穿线孔10，引线到达齿轮中心位置后穿出，然后通过滑环引电器11将电信号引到信号处理系统12中，在信号处理系统12中将电信号转化为齿轮油膜厚度值。
70.以上所述，仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。