等直径转轴的光电反射式动态扭矩测试方法技术

本发明专利技术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)。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及转轴的动态扭矩测试方法，具体为一种等直径转轴的光电反射式动态扭矩测试方法。
技术介绍
目前传动设备测量等直径转轴的动态扭矩测试方法主要有以下几种(I)、电阻应变式扭矩测试方法，它是将应变片粘贴于被测转轴上，并将应变片连接到测量转换电路从而构成应变式扭矩测试系统，该测试方法的缺点是接触式测试，需要无线传输数据，此方法存在温度稳定性差、灵敏度离散程度大、在较大应变作用下非线性误差较大、可靠性差以及测量精度低等问题，且应变片测试系统在高速运转时容易从被测转轴上甩出，给实际使用带来一定困难。(2)、磁弹形测试系统，它是将与专用磁电式检测器连接的环型空间阵列套于被测转轴上，利用扭应力产生磁效应的原理进行测量，主要用来测量一些粗短轴的扭矩，测量类型受限，测量结果因受电磁场干扰而误差较大，且测试装置结构复杂、价格昂贵。 、激光式扭矩传感器，它是利用激光多普勒效应在单截面测量被测转轴转速的基础上，采用双截面测量转速差并积分得到转轴在扭矩作用下的扭转角，实现扭矩非接触测量；但装置制作成本和使用成本都很高，进行测量时设备调试困难，定向性较差且受环境温度影响较大，数学计算模型相当复杂、计算繁琐，难以推广使用。上述几种扭矩测试方法都存在各自的不足，且测量类型受到限制，尤其是对于高速连轧机等大型设备的传动轴，运用上述方法难以实现动态扭矩的精确测量。
技术实现思路
本专利技术为了解决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、测试范围受限且成本高的问题，提供了一种等直径转轴的光电反射式动态扭矩测试方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的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(I)、在直径为d的被测转轴的一侧安装与被测转轴之间留有间隙且光源发出的光线位于被测转轴的振动节点截面(振动节点截面指转轴上不产生扭转形变处的截面，为本领域人员公知的技术)上的第一反射式光电传感器(所述反射式光电传感器包括自带的一个光源和一个光接收装置；工作时光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收，被检测的转轴表面必须有黑白相间的部位用于吸收和反射红外光，再经过相关电路的处理得到所需要的信息；反射式光电传感器与被测转轴之间的距离根据反射式光电传感器的有效测量距离确定)、以及与被测转轴之间的间隙与第一反射式光电传感器和被测转轴之间的间隙相等且光源发出的光线位于距被测转轴的振动节点截面L处的检测截面(检测截面为任意截面，通常选择被测转轴的相对扭转角位移最大处截面，以提高精确度，为本领域技术人员公知的技术)上的第二反射式光电传感器；第一反射式光电传感器和第二反射式光电传感器均与动态信号智能测试分析系统的信号输入端相连；在被测转轴上制作与轴线平行的检测刻度线；(2)、当被测转轴带负载运转时，在静态负载转矩的作用下会产生静态扭矩；当被测转轴受到来自于动力源或负载的动态激励，会产生η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光电脉冲信号之间产生时差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(线性弹性力学理论为本领域技术人员公知的技术)τ (t)是由静态分量^和正弦变化的第l_i阶动态分量τ (t)(i=l,2,3,…，η)组成，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
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τi(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τi（i？=1，2，3……n）和固有频率fi（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fi的估算值；选取被测转轴（5）的转动频率fz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Tz=1/fz；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fci（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fci=？mi*fz（i=1，2，3……n）计算得到被测转轴（5）上检测刻度线（4）的数量mi，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fi（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τi（i？=1，2，3……n）和固有频率fi（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τi（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τi（i=1，2，3，…，n）、以及第1？i阶固有频率fi（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）。FDA00002254038...

【技术特征摘要】
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(I);第一反射式光电传感器(3)和第二反射式光电传感器(I)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...

【专利技术属性】
技术研发人员：马维金，李凤兰，王俊元，杜文华，高琼，黄彬城，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：