【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于试验工装，尤其涉及一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置及方法。
技术介绍
1、carlo rosso和fabio bruzzone设计并实现了一个量身定制的测试台，用于测量两个配对齿轮中的静态传动误差，提出了一种非动力学方法，确保齿轮啮合刚度。
2、chuan wen chi， ian howard，和jian de wang设计和搭建了一个测试台用于实验研究，其中将尼龙齿轮与固定铝齿轮在各种扭矩下啮合放置。在整个啮合周期中，尼龙齿轮在精确角度位置的旋转测量值被用作确定扭转啮合刚度和静态传动误差的基础，接着使用数值分析工具（fea）计算与实验相同条件下的理论静态传递误差和单个扭力网格刚度。通过比较实验结果和fea建模结果，研究了单个扭转网格刚度理论的有效性。
3、taylor和francis设计了一种基于振动的实验方法，用于评估参数激励，即圆柱齿轮中的啮合刚度变化。整个测试台结构也使用带有网格界面矩阵的集总质量模型进行建模，其中网格刚度变化是使用有限元方法计算的，并通过与实验结果的比较来验证计算结果。
4、安徽工程大学设计了一种齿轮轮齿啮合刚度测量试验装置及其试验方法，实现一种基于平行轴直齿圆柱齿轮轮齿啮合刚度的试验装置，能够通过简单的计算就可以得到齿轮轮齿的动态啮合刚度，并能保证较高的测量可靠性。
5、通常齿轮啮合刚度测试需要高精度的测量和稳定的测试环境。为了确保测试的准确性，设备通常采用高质量的材料和复杂的机械结构，如坚固的底座、精密的传感器和复
6、传统的测量方法，尤其是基于解析法的计算方法，需要经过多个步骤进行大量的计算，包括轮齿的弯曲变形、剪切变形、接触变形等，这增加了计算的复杂度和时间成本。试验设备或仿真模型方面，只考虑了两个齿轮啮合关系，未能综合考虑转子系统中的轴的振动对齿轮啮合刚度的影响。
7、因此，就需要一种结构简单、体积较小、测量方法步骤少、计算速度快的基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有的齿轮啮合刚度测试装置结构复杂、体积庞大、测量方法的计算步骤繁琐、计算复杂且时间成本高的缺陷，提供了一种结构简单、体积较小、测量方法步骤少、计算速度快的基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置及方法。
2、本专利技术所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置，包括第一斜齿轮、第二斜齿轮、转子、第一夹具、第二夹具、振动传感器和激振器；
3、所述第一斜齿轮固定在转子上，将所述转子安装在第一夹具上，
4、所述第二斜齿轮转动设置于第二夹具上，通过调整第二夹具的位置，将第二斜齿轮与转子上的第一斜齿轮啮合，实现两个齿轮啮合；
5、所述振动传感器设置于所述转子的自由端，所述激振器设置于所述转子的自由端。
6、进一步地：所述第一夹具和第二夹具之间设置有液压台钳，所述液压台钳用于将转子固定，实现悬臂梁的形式。
7、进一步地：所述液压台钳上侧还设置有半圆块，且所述半圆块是上侧开设凹槽，所述凹槽与转子相匹配，用于承托转子。
8、本专利技术所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，包括如下步骤：
9、s1、通过信号发生器给激振器一个随机信号，给转子的自由端施加径向随机激振力；
10、s2、获得斜齿轮啮合时的转子振动试验传递函数；
11、s3、构建转子-斜齿轮啮合系统的理论模型，计算所述转子-斜齿轮啮合系统的振动响应和理论传递函数；
12、s4、通过比较试验传递函数和理论传递函数，基于数值方法推导齿轮啮合动刚度。
13、进一步地：在s2中，所述获得斜齿轮啮合时的转子振动试验传递函数是利用转子上的振动传感器和动态数据采集系统进行采集。
14、进一步地：所述振动传感器为两个，分别为第一传感器和第二传感器，所述两个斜齿轮啮合时的转子振动试验传递函数的计算公式为：
15、（1）
16、其中，是第一传感器的振幅，是第二传感器的振幅。
17、进一步地：在s3中，在构建转子-斜齿轮啮合系统的理论模型时，将转子简化为欧拉梁、将啮合齿轮的动刚度简化为弹簧。
18、进一步地：所述转子的运动方程为：
19、（2）
20、式中，e代表管路的杨氏模量；i代表惯性矩；代表单位长度质量；为横向位移，是关于转子截面位置ξ与时间t的函数；∂为偏导数。
21、进一步地：所述转子的固定端和自由端的边界条件为：
22、（5）
23、其中，、分别为齿轮左右两侧转子的长度，为激振力，为转子固定端处的位移，为转子自由端处的位移；
24、所述转子与齿轮啮合处的连续条件为：
25、（6）
26、式中，表示以齿轮为节点的左端处转子的位移，表示齿轮为节点的右端处转子的位移，为齿轮的啮合刚度，其中θ为齿轮啮合角度。
27、进一步地：在获得当前啮合角度对应的啮合动刚度后，通过调整两个斜齿轮的啮合角度，重复s1至s4，获得不同啮合角度下的啮合动刚度。
28、本专利技术的有益效果是：
29、本专利技术提出了一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置及方法，通过基于转子振动特性的测量锥齿轮啮合时的变动刚度测量装置和方法。该装置主要由夹具、振动传感器、信号发生器、激振器、动态数据采集系统组成，通过测量两个锥齿轮啮合的转子系统中的轴的振动响应及其传递关系，准确推导锥齿轮啮合刚度，为转子系统动态特性分析提供有效的数据支撑。
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1.一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置，其特征在于，包括第一斜齿轮（5）、第二斜齿轮（6）、转子（4）、第一夹具（1）、第二夹具（7）、振动传感器（8）和激振器（9）；
2.根据权利要求1所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置，其特征在于，所述第一夹具（1）和第二夹具（7）之间设置有液压台钳（2），所述液压台钳（2）用于将转子（4）固定，实现悬臂梁的形式。
3.根据权利要求2所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置，其特征在于，所述液压台钳（2）上侧还设置有半圆块（3），且所述半圆块（3）是上侧开设凹槽，所述凹槽与转子（4）相匹配，用于承托转子（4）。
4.一种基于权利要求1所述的分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，在S2中，所述获得斜齿轮啮合时的转子振动试验传递函数是利用转子（4）上的振动传感器（8）和动态数据采集系统（12）进行采集。p>
6.根据权利要求5所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，所述振动传感器（8）为两个，分别为第一传感器和第二传感器，两个斜齿轮啮合时的转子振动试验传递函数的计算公式为：
7.根据权利要求4所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，在S3中，在构建转子-斜齿轮啮合系统的理论模型时，将转子简化为欧拉梁、将啮合齿轮的动刚度简化为弹簧。
8.根据权利要求7所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，所述理论模型中转子的运动方程为：
9.根据权利要求8所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，所述理论模型中，通过预设转子的边界条件优化转子的振动性能，即转子的固定端和自由端的边界条件为：
10.根据权利要求4所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，在获得当前啮合角度对应的啮合动刚度后，通过调整两个斜齿轮的啮合角度，重复S1至S4，获得不同啮合角度下的啮合动刚度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置，其特征在于，包括第一斜齿轮（5）、第二斜齿轮（6）、转子（4）、第一夹具（1）、第二夹具（7）、振动传感器（8）和激振器（9）；
2.根据权利要求1所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置，其特征在于，所述第一夹具（1）和第二夹具（7）之间设置有液压台钳（2），所述液压台钳（2）用于将转子（4）固定，实现悬臂梁的形式。
3.根据权利要求2所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量装置，其特征在于，所述液压台钳（2）上侧还设置有半圆块（3），且所述半圆块（3）是上侧开设凹槽，所述凹槽与转子（4）相匹配，用于承托转子（4）。
4.一种基于权利要求1所述的分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于分析转子振动特性的齿轮啮合时变动态刚度测量方法，其特征在于，在s2中，所述获得斜齿轮啮合时的转子振动试验传递函数是利用转子（4）上的振动传感器（8）和动态数据采集系统（12）进行采集...
【专利技术属性】
技术研发人员：金杰，于涛，高培鑫，郝海鹏，冯业成，景国丰，刘云东，杨锐，钟凯，陈扬，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：
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