一种高速动力源系统的制作方法

1.本实用新型属于传动系统设备技术领域，具体涉及一种高速动力源系统。


背景技术：

2.航空发动机作为飞机动力装置，其性能直接关乎到飞机的运行安全以及经济性，被誉为“飞机的心脏”。大力发展我国航空发动机产业对于带动我国基础工业的发展和促进我国高新技术的进步具有重要意义。航空发动机的研发和制造成本高、易发生故障、且难维护，是许多飞机事故的发生根源。据统计，航空发动机故障中的70%以上源于转子振动。航空发动机转子结构复杂、工作转速高、承受负荷大，是发动机的核心部件，也是易发生故障的部位。因此解决航空发动机振动故障是整个发动机研制和改进过程中的重要环节之一。
3.而在航空发动机的振动故障研究中，试验研究作为其中最重要的辅助手段之一，它为振动故障的理论研究提供了大量的试验数据，这对于发动机的基础研究、整机设计和制造至关重要。一般情况下采用实际设备进行试验（包括极端工况试验）的费用和风险性都较高，此时模拟试验就成为大多数试验研究的主要手段，模拟试验的关键在于模拟转子的高速转动，因此需研制稳定高速的动力源去带动转子转动。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种高速动力源系统，克服现有技术中存在的上述技术问题。
5.为此，本实用新型提供的技术方案如下：
6.一种高速动力源系统，包括控制系统和传动系统，所述控制系统包括上位机和下位机，所述上位机用于发布指令并完成下位机传送的转速数据、振动数据的存储与处理，所述下位机用于实时监测传动系统的转速和振动数据并发送给上位机，以及接收上位机发来的指令并向传动系统发送信号；
7.所述传动系统用于根据控制系统的转速信号调节至指定转速，所述指定转速为0-25000 r/min。
8.所述传动系统包括变频器、变频调速电机和高速齿轮箱，所述变频器与变频调速电机电连接，所述变频调速电机和高速齿轮箱通过联轴器连接，所述高速齿轮箱的输出轴通过联轴器连接发动机，所述高速齿轮箱内安装有振动传感器，所述高速齿轮箱输出轴与联轴器之间安装有转速传感器；
9.所述变频器、振动传感器和转速传感器均与下位机电信号连接。
10.所述上位机为工控计算机，所述下位机为plc控制器。
11.所述高速齿轮箱包括箱体、齿轮和润滑系统，所述齿轮和润滑系统设于箱体内，所述齿轮为单级渐开线单斜齿齿轮，齿轮轴承为滚动轴承，所述润滑系统上装有加热器和冷却器。
12.所述高速齿轮箱的输出轴与发动机转子之间的联轴器为高速波纹管联轴器。
13.所述齿轮采用高级合金渗碳钢，牌号为20crmnmo，齿轮精度为gb10095的5级，齿面硬度58~62hrc。
14.所述箱体为q235a焊件。
15.本实用新型的有益效果是：
16.本实用新型提供的这种高速动力源系统，通过plc控制调速电机来达到调速功能，可以带动转子实现转速25000r/min的转动，并且通过传感器可以实时监测系统关键部件的转速与振动等状况，该系统具有高精度、大转速和自动化等特点，为模拟试验的转子提供了高质量的动力保障。
17.该系统中高速齿轮箱是一级单级渐开线单斜齿传动，输入轴和输出轴轴向水平布置，所有轴承采用滚动轴承支撑，强制润滑。齿轮采用高级合金渗碳钢，牌号20crmnmo，齿面渗碳、淬火、磨削，齿轮精度为gb10095的5级，齿面硬度58~62hrc，具有较高的抗接触疲劳和弯曲疲劳破坏能力，能过承受高速齿轮箱紧急停车或快速升降转速的过程中冲击。另外齿轮经过齿项修缘和齿向修形，避免啮合时产生冲击噪声，保证齿轮有良好的接触区域，形成充分的润滑油膜。
18.箱体为q235a焊件，具有较高的冲击韧性和一定的耐蚀性，可以降低噪声和振动。箱体设计易于观察、安装和维护，具有较好的刚性。
19.高速齿轮箱配备润滑系统，负责给高速齿轮箱润滑，润滑系统有加热器，保证当环境温度低于10℃时将油箱的油进行加热，以满足高速齿轮箱的正常供油温度。润滑系统有冷却器，当油箱温度大于45℃时，将润滑油进行冷却，以满足高速齿轮箱的正常供油温度。
20.下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
21.图1是本实用新型的原理图。
具体实施方式
22.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
23.现参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
24.除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
25.实施例1：
26.本实施例提供了一种高速动力源系统，包括控制系统和传动系统，所述控制系统包括上位机和下位机，所述上位机用于发布指令并完成下位机传送的转速数据、振动数据的存储与处理，所述下位机用于实时监测传动系统的转速和振动数据并发送给上位机，以
及接收上位机发来的指令并向传动系统发送信号；
27.所述传动系统用于根据控制系统的转速信号调节至指定转速，所述指定转速为0-25000 r/min。
28.本实用新型提供的这种高速动力源系统，通过控制调速电机来达到调速功能，可以带动转子实现转速高达25000r/min的转动，并且实时监测系统关键部件的转速与振动等状况，该系统具有高精度、大转速和自动化等特点，为模拟试验的转子提供了高质量的动力保障。
29.实施例2：
30.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高速动力源系统，所述传动系统包括变频器、变频调速电机和高速齿轮箱，所述变频器与变频调速电机电连接，所述变频调速电机和高速齿轮箱通过联轴器连接，所述高速齿轮箱的输出轴通过联轴器连接发动机，所述高速齿轮箱内安装有振动传感器，所述高速齿轮箱输出轴与联轴器之间安装有转速传感器；
31.所述变频器、振动传感器和转速传感器均与下位机电信号连接。如图1所示。
32.变频器负责接收控制系统传来的指令来控制变频调速电机进行转速的调节。应采用单传动变频器，并且为了和控制系统进行通信，需要加装profibus现场总线适配模块。变频调速电机负责接收变频器的电压信号并产生一个初始转速提供给高速齿轮箱来达到所需要的较高转速。高速齿轮箱用于产生高转速。
33.变频调速电机、高速齿轮箱、转速传感器等都应安装在支撑平台上，调至同轴后才能实现传动，支撑平台承载能力大于10 t/m2，高度差小于20 mm。
34.实施例3：
35.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高速动力源系统，所述上位机为工控计算机，所述下位机为plc控制器。
36.工业控制计算机作为上位控制计算机显示人机操作界面，发布指令并完成数据存储与处理；plc控制器接收上位控制计算机发来的指令，通过profinet总线控制传动系统的变频器，向变频器传送信号。
37.本实施例通过plc控制器控制变频调速电机，再通过高速齿轮箱进行加速来达到提供高速动力源的目的。通过对变频调速电机的控制可以实现转速控制，通过安装转速传感器和振动传感器可以实时监测齿轮箱中关键部件的振动状况和齿轮箱的输出轴转速并反馈给上位控制计算机。高速齿轮箱输出轴的转速范围：0 r/min～25000 r/min，稳速精度：优于0.1%。
38.实施例4：
39.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高速动力源系统，所述高速齿轮箱包括箱体、齿轮和润滑系统，所述齿轮和润滑系统设于箱体内，所述齿轮为单级渐开线单斜齿齿轮，齿轮轴承为滚动轴承，所述润滑系统上装有加热器和冷却器。
40.高速齿轮箱是一级单级渐开线单斜齿传动，输入轴和输出轴轴向水平布置，所有轴承采用滚动轴承支撑，强制润滑。高速齿轮箱满足以下技术要求：
41.a） 高速齿轮箱输出转速：0 r/min～25000 r/min；
42.b）所有高速齿轮箱空载运转时，任一转速下箱体最大振动总量≯3.5 mm/s（rms）；带负载运转，所有转速下箱体最大振动总量≯4.5 mm/s（rms）；
43.c）高速齿轮箱轴承采用滚动轴承，每个轴承处设置一个轴承温度测量点；
44.d）高速齿轮箱应具备振动监测，包括高速轴轴承座径向振动4点，轴向振动1点；
45.e）所有高速齿轮箱密闭，不允许漏油或其它物质侵入，高速齿轮箱通风口处需设置油雾分离装置。
46.高速齿轮箱需配备润滑系统，负责给高速齿轮箱润滑。高速齿轮箱运行所在地的自然环境温度：-2℃～36℃。所以润滑系统必须备有加热器，以保证当环境温度低于10℃时将油箱的油进行加热，以满足齿轮箱的正常供油温度。另外润滑系统中必须备有冷却器，当油箱温度大于45℃时，将润滑油进行冷却，以满足齿轮箱的正常供油温度。
47.实施例5：
48.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高速动力源系统，所述高速齿轮箱的输出轴与发动机转子之间的联轴器为高速波纹管联轴器。
49.变频调速电机输出轴和高速齿轮箱输入轴之间使用低速联轴器连接，配置普通国产联轴器即可满足要求。高速齿轮箱输出轴与转子系统之间考虑到转速高达25000r/min，需用高速波纹管联轴器连接。
50.高速波纹管联轴器由两个毂和一个薄壁金属管组成，它们用焊接或粘结的方式连接在一起。一般情况下，波纹管联轴器可以承受1-2
°
的角向偏差，0.01-0.02"的平行偏差和轴向偏差。这种薄而均匀的管壁只会产生很低的附加轴承载荷，并且在各处的应力等效，没有像其他联轴器那样的循环高负载点和低负载点，且在承受扭矩时能保持足够的扭转刚性。扭转刚度是决定联轴器精度的主要因素，扭转刚度越高，传递的精度越高。在伺服联轴器中，波纹管联轴器是刚性最好的联轴器，是高精度和高重复精度应用的理想选择。根据扭矩≮60nm和轴的直径φ35～φ40，选择相应的联轴器。
51.实施例6：
52.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高速动力源系统，所述齿轮采用高级合金渗碳钢，牌号为20crmnmo，齿轮精度为gb10095的5级，齿面硬度58~62hrc。
53.齿轮采用高级合金渗碳钢，牌号20crmnmo，齿面渗碳、淬火、磨削，齿轮精度为gb10095的5级，齿面硬度58~62hrc。齿轮设计符合agm6011相关标准要求，使用系数ka=1.5，齿轮计算最小接触安全系数sh=1.862（许用值大于1.2），最小弯曲安全系数sf=2.972(许用值大于1.5)。齿轮参数经过优化设计，具有较高的抗接触疲劳和弯曲疲劳破坏能力，能过承受齿轮箱紧急停车或快速升降转速的过程中冲击。另外齿轮经过齿项修缘和齿向修形，避免啮合时产生冲击噪声，保证齿轮有良好的接触区域，形成充分的润滑油膜。
54.实施例7：
55.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种高速动力源系统，所述箱体为q235a焊件。
56.箱体为q235a焊件，具有较高的冲击韧性和一定的耐蚀性，可以降低噪声和振动。箱体设计易于观察、安装和维护，具有较好的刚性。
57.以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。