[发明专利]等直径转轴的光电反射式动态扭矩测试方法

摘要

本发明涉及转轴的动态扭矩测试领域，具体为一种等直径转轴的光电反射式动态扭矩非接触测试方法，解决了现有等直径转轴的动态扭矩测试方法计算模型复杂、测量装置结构复杂且成本高的问题。等直径转轴的光电反射式动态扭矩测试方法包括如下步骤：被测转轴在动态扭矩的作用下运转时动态信号智能测试分析系统会检测到第一反射式光电传感器和第二反射式光电传感器从同一条检测刻度线上反射得到的两个光电脉冲信号的时差为τ，连续检测后将不同时刻得到的时差值构成时间序列τ(t)；将代入公式和从而计算出动态扭矩M(t)。本发明所述的测试方法精度较高，广泛适用于传动设备上等直径转轴的动态扭矩测试。

主权项

1.等直径转轴的光电反射式动态扭矩测试方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、在直径为d的被测转轴（5）的一侧安装与被测转轴（5）之间留有间隙且光源发出的光线位于被测转轴（5）的振动节点截面上的第一反射式光电传感器（3）、以及与被测转轴（5）之间的间隙与第一反射式光电传感器（3）和被测转轴（5）之间的间隙相等且光源发出的光线位于距被测转轴（5）的振动节点截面L处的检测截面上的第二反射式光电传感器（1）；第一反射式光电传感器（3）和第二反射式光电传感器（1）均与动态信号智能测试分析系统（2）的信号输入端相连；在被测转轴（5）上制作与轴线平行的检测刻度线（4）；（2）、当被测转轴（5）带负载运转时，在静态负载转矩的作用下会产生静态扭矩；当被测转轴（5）受到来自于动力源或负载的动态激励,会产生n阶正弦变化的扭转振动从而产生动态扭矩；在静、动态扭矩的作用下，被测转轴（5）的振动节点截面和检测截面之间会产生动态相对转角θ，从而使动态信号智能测试分析系统（2）检测到第一反射式光电传感器（3）和第二反射式光电传感器（1）从同一条检测刻度线（4）上反射得到的光电脉冲信号之间产生的时差τ，对不同时刻连续检测得到动态时差序列信号τ(t)，根据线性弹性力学理论τ(t)是由静态分量τ₀和正弦变化的第1~i阶动态分量τ_i(t)（i=1，2，3，…，n）组成，即；（3）、根据如下步骤计算在静、第1-i阶（i=1，2，3，…，n）动态扭矩的作用下τ(t)的静态分量τ₀、第1-i阶动态分量的幅值τ_i（i =1，2，3……n）和固有频率f_i（i =1，2，3……n）：理论计算出被测转轴（5）的第1阶固有频率f1和第i阶（i=1，2，3，…，n）固有频率f_i的估算值；选取被测转轴（5）的转动频率f_z的值为大于等于第1阶固有频率的估算值且小于等于50Hz，则被测转轴（5）的转动周期T_z=1/f_z；根据被测转轴（5）在第i阶（i =1，2，3……n）固有频率值下振型的不同，调整被测转轴（5）上振动节点截面的位置、以及检测截面距振动节点截面的距离L；根据采样定理选取时差序列动态信号τ(t)的采样频率f_ci（i =1，2，3……n）为第i阶固有频率的估算值的4-5倍以上；根据公式f_ci= m_i*f_z（i=1，2，3……n）计算得到被测转轴（5）上检测刻度线（4）的数量m_i，相邻检测刻度线（4）之间的间距相等；当被测转轴（5）在静、第1-i阶（i=1，2，3，…，n）动态扭矩作用下转动时，动态信号智能测试分析系统（2）会检测到第一反射式光电传感器（3）和第二反射式光电传感器（1）从同一条检测刻度线（4）上反射得到的两个光电脉冲信号的时差τ，连续检测后在时间段Ts内得到k个样本点构成动态时间序列信号τ(t)，将τ(t)进行高频滤波从而去掉第i阶（i=1，2，3，…，n）以上扭转振动频率的成分；从动态时间序列信号τ(t)上算出静态分量（j=1，2，…，k）；再用如下两种方法中的任一种方法算出τ(t)的第1-i阶动态分量的幅值τi（i =1，2，3……n）和固有频率f_i（i =1，2，3……n）：1）用MATLAB软件中的curve fitting tool box工具对动态时间序列信号τ(t)去掉静态分量后进行动态信号函数为的曲线拟合从而得到τ(t)的i阶（i =1，2，3……n）正弦变化曲线图、以及第1-i阶动态分量的幅值τ_i（i =1，2，3……n）和固有频率f_i（i =1，2，3……n）的准确测量值；2）用MATLAB软件中的signal processing tool box工具将动态时间序列信号τ(t)去掉静态分量后进行傅里叶变换从而得到τ(t)的频谱曲线图，频谱曲线图中峰值的横坐标对应的频率依次为被测转轴（5）的第1-i阶(i=1，2，3，…，n)固有频率的准确测量值而相应纵坐标为第1-i阶动态分量的幅值τ_i（i =1，2，3……n）；（4）、将上述计算中得到的静态分量τ₀、第1-i阶动态分量的幅值τ_i（i=1，2，3，…，n）、以及第1-i阶固有频率f_i（i=1，2，3，…，n）代入动态时差序列信号τ(t)中得到：（ i=1，2，3，…，n）；将τ(t)代入公式（i=1，2，3，…，n） 中计算得到动态相对转角（i=1，2，3，…，n）；再将θ(t)代入公式中计算得到被测转轴（5）的动态扭矩（i=1，2，3，…，n）；其中：G是切变弹性模量，为常量7.938e10Pa；为静态扭矩分量；为第i阶动态扭矩分量（i=1，2，3，…，n）。