[發明專利]等直徑轉軸的光電反射式動態扭矩測試方法

無效

• 申請號: 201210388605.3
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN102901596A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 馬維金;李鳳蘭;王俊元;杜文華;高瓊;黃彬城
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01L3/00
• 分類號: G01L3/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.等直徑轉軸的光電反射式動態扭矩測試方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）、在直徑為d的被測轉軸（5）的一側安裝與被測轉軸（5）之間留有間隙且光源發出的光線位于被測轉軸（5）的振動節點截面上的第一反射式光電傳感器（3）、以及與被測轉軸（5）之間的間隙與第一反射式光電傳感器（3）和被測轉軸（5）之間的間隙相等且光源發出的光線位于距被測轉軸（5）的振動節點截面L處的檢測截面上的第二反射式光電傳感器（1）；第一反射式光電傳感器（3）和第二反射式光電傳感器（1）均與動態信號智能測試分析系統（2）的信號輸入端相連；在被測轉軸（5）上制作與軸線平行的檢測刻度線（4）；

（2）、當被測轉軸（5）帶負載運轉時，在靜態負載轉矩的作用下會產生靜態扭矩；當被測轉軸（5）受到來自于動力源或負載的動態激勵,會產生n階正弦變化的扭轉振動從而產生動態扭矩；在靜、動態扭矩的作用下，被測轉軸（5）的振動節點截面和檢測截面之間會產生動態相對轉角θ，從而使動態信號智能測試分析系統（2）檢測到第一反射式光電傳感器（3）和第二反射式光電傳感器（1）從同一條檢測刻度線（4）上反射得到的光電脈沖信號之間產生的時差τ，對不同時刻連續檢測得到動態時差序列信號τ(t)，根據線性彈性力學理論τ(t)是由靜態分量τ₀和正弦變化的第1~i階動態分量τ_i(t)（i=1，2，3，…，n）組成，即；

（3）、根據如下步驟計算在靜、第1-i階（i=1，2，3，…，n）動態扭矩的作用下τ(t)的靜態分量τ₀、第1-i階動態分量的幅值τ_i（i?=1，2，3……n）和固有頻率f_i（i?=1，2，3……n）：

理論計算出被測轉軸（5）的第1階固有頻率f1和第i階（i=1，2，3，…，n）固有頻率f_i的估算值；選取被測轉軸（5）的轉動頻率f_z的值為大于等于第1階固有頻率的估算值且小于等于50Hz，則被測轉軸（5）的轉動周期T_z=1/f_z；根據被測轉軸（5）在第i階（i?=1，2，3……n）固有頻率值下振型的不同，調整被測轉軸（5）上振動節點截面的位置、以及檢測截面距振動節點截面的距離L；根據采樣定理選取時差序列動態信號τ(t)的采樣頻率f_ci（i?=1，2，3……n）為第i階固有頻率的估算值的4-5倍以上；根據公式f_ci=?m_i*f_z（i=1，2，3……n）計算得到被測轉軸（5）上檢測刻度線（4）的數量m_i，相鄰檢測刻度線（4）之間的間距相等；當被測轉軸（5）在靜、第1-i階（i=1，2，3，…，n）動態扭矩作用下轉動時，動態信號智能測試分析系統（2）會檢測到第一反射式光電傳感器（3）和第二反射式光電傳感器（1）從同一條檢測刻度線（4）上反射得到的兩個光電脈沖信號的時差τ，連續檢測后在時間段Ts內得到k個樣本點構成動態時間序列信號τ(t)，將τ(t)進行高頻濾波從而去掉第i階（i=1，2，3，…，n）以上扭轉振動頻率的成分；從動態時間序列信號τ(t)上算出靜態分量（j=1，2，…，k）；再用如下兩種方法中的任一種方法算出τ(t)的第1-i階動態分量的幅值τi（i?=1，2，3……n）和固有頻率f_i（i?=1，2，3……n）：1）用MATLAB軟件中的curve?fitting?tool?box工具對動態時間序列信號τ(t)去掉靜態分量后進行動態信號函數為的曲線擬合從而得到τ(t)的i階（i?=1，2，3……n）正弦變化曲線圖、以及第1-i階動態分量的幅值τ_i（i?=1，2，3……n）和固有頻率f_i（i?=1，2，3……n）的準確測量值；2）用MATLAB軟件中的signal?processing?tool?box工具將動態時間序列信號τ(t)去掉靜態分量后進行傅里葉變換從而得到τ(t)的頻譜曲線圖，頻譜曲線圖中峰值的橫坐標對應的頻率依次為被測轉軸（5）的第1-i階(i=1，2，3，…，n)固有頻率的準確測量值而相應縱坐標為第1-i階動態分量的幅值τ_i（i?=1，2，3……n）；

（4）、將上述計算中得到的靜態分量τ₀、第1-i階動態分量的幅值τ_i（i=1，2，3，…，n）、以及第1-i階固有頻率f_i（i=1，2，3，…，n）代入動態時差序列信號τ(t)中得到：（?i=1，2，3，…，n）；將τ(t)代入公式（i=1，2，3，…，n）?中計算得到動態相對轉角（i=1，2，3，…，n）；再將θ(t)代入公式中計算得到被測轉軸（5）的動態扭矩?（i=1，2，3，…，n）；其中：G是切變彈性模量，為常量7.938e10Pa；為靜態扭矩分量；為第i階動態扭矩分量（i=1，2，3，…，n）。

2.根據權利要求1所述的等直徑轉軸的光電反射式動態扭矩測試方法，其特征在于：所述第一反射式光電傳感器（3）和第二反射式光電傳感器（1）采用E3Z-R61型反射式光電傳感器。