一种约束条件下齿轮轴模态试验测试装置及方法与流程

1.本发明涉及齿轮测试领域，特别是涉及一种约束条件下齿轮轴模态试验测试装置及方法。


背景技术：

2.试验模态分析是目前最为有效和准确的模态分析方法，广泛应用于航天航空、车辆、船舶等工程振动领域。对于按“源-路径-接受者”模型表示的系统，修改结构动力学特性即传递路径，来避免结构振动噪声是常用的方法。实际模态测试中需要设计工装夹具以模拟实际边界条件，进而进行模态试验，而准确的工装夹具设计是进行约束条件下模态实验测试的基础。现有技术中，针对齿轮系统模态试验测试的装置及方法大部分是基于自由边界的模态分析，对于约束边界，如单根齿轮轴约束状态或齿轮系统实际装配状态，这种方法无法得到目标模态信息，反而会给后续的结构修改带来巨大干扰。实际工程测试时，试件应尽可能接近实际工作状态，以减小测试误差。但实际约束边界条件往往无法进行测量，比如某航空减速器的齿轮轴，由于位于减速器内部，很难进行传感器安装和力锤敲击。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种约束条件下齿轮轴模态试验测试装置，能够模拟实际约束条件下的齿轮轴的装配状态，提高模态实验准确性。
4.根据本发明的第一方面实施例的一种约束条件下齿轮轴模态试验测试装置，包括：底座，上表面设有第一支撑座，所述第一支撑座上端可拆卸安装有第一弧形盖并形成有轴孔；齿轮轴，包括齿轮本体和中心轴，所述中心轴同轴固设于齿轮本体，所述中心轴穿装于轴孔并被第一支撑座和第一弧形盖夹紧。
5.根据本发明实施例的一种约束条件下齿轮轴模态试验测试装置，至少具有如下技术效果：利用第一支撑座和第一弧形盖夹紧中心轴，模拟中心轴与轴承的过盈配合，对中心轴起到周向固定的作用，使得整体状态稳定，有利于模态测试；本发明能够模拟齿轮轴的真实安装状态，且方便传感器的安装和力锤敲击。
6.根据本发明的一些实施例，所述齿轮本体和中心轴均安装有加速度传感器。
7.根据本发明的一些实施例，还包括防转件，所述中心轴周壁开设有限位槽防转件与第一弧形盖或所述第一支撑座固定相连，所述防转件设有嵌入限位槽的限位块，所述限位块与限位槽配合可限制中心轴旋转。
8.根据本发明的一些实施例，所述防转件包括连接板，所述连接板与第一弧形盖侧面相贴并设有对应的孔位以通过紧固件相连，所述限位块固设于连接板。
9.根据本发明的一些实施例，所述第一支撑座上端设有开口朝上的第一圆弧槽，所述第一弧形盖设有开口朝下的第二圆弧槽，所述第一圆弧槽和第二圆弧槽拼合形成轴孔。
10.根据本发明的一些实施例，所述第一圆弧槽两侧设有朝外水平延伸的第一连接
块，所述第二圆弧槽两侧设有朝外水平延伸的第二连接块，所述第一连接块和第二连接块设有对应的孔位以通过紧固件连接固定。
11.根据本发明的一些实施例，所述第一连接块和第二连接块之间设有橡胶垫片。
12.根据本发明的一些实施例，所述底座上表面设有第二支撑座，所述第二支撑座上端安装有第二弧形盖，所述第二支撑座和第二弧形盖用于支撑和夹紧中心轴。
13.本发明还提出一种约束条件下齿轮轴模态试验测试方法，包括如下步骤：s1，根据实际约束条件调整第一支撑座和第一弧形盖对中心轴的夹紧力大小；s2，根据测试要求和敲击需求，确定测点的数目、方向及分布；s3，将力锤敲击测点，获得力锤的激励信号和加速度传感器的响应信号；s4，根据得到的激励信号和响应信号，提取约束状态下齿轮轴的固有频率、振型。
14.根据本发明实施例的一种约束条件下齿轮轴模态试验测试方法，至少具有如下技术效果：利用第一支撑座和第一弧形盖夹紧中心轴，模拟中心轴与轴承的过盈配合，且可调整夹紧力来模拟过盈配合的程度，能够模拟齿轮的真实安装状态，且方便传感器的安装和力锤敲击。
15.根据本发明的一些实施例，所述第一支撑座和第一弧形盖之间夹设有橡胶垫片并通过螺栓连接，步骤s1通过调整橡胶垫片的厚度和螺栓预紧力大小实现。
16.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
18.图1是本发明实施例的安装结构示意图；
19.图2是本发明实施例的安装状态分解示意图；
20.图3是中心轴、第一弧形盖、防转件的分解状态结构示意图。
21.附图标记：
22.底座100、第一支撑座110、第一圆弧槽111、第一连接块112、橡胶垫片113、第一弧形盖120、第二圆弧槽121、第二连接块122、第二支撑座130、第二弧形盖140；
23.齿轮轴200、齿轮本体210、加速度传感器211、中心轴220、限位槽221；
24.防转件300、连接板310、限位块320。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第
二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.参照图1至图3，本发明实施例的一种约束条件下齿轮轴模态试验测试装置，包括底座100、齿轮轴200。
29.底座100上表面设有第一支撑座110，第一支撑座110上端可拆卸安装有第一弧形盖120并形成有轴孔；齿轮轴200包括齿轮本体210和中心轴220，中心轴220同轴固设于齿轮本体210，中心轴220穿装于轴孔并被第一支撑座110和第一弧形盖120夹紧。本发明实施例利用第一支撑座110和第一弧形盖120夹紧中心轴220，模拟中心轴220与轴承的过盈配合，对中心轴起到周向固定的作用，使得整体状态稳定，有利于模态测试；本发明能够模拟齿轮轴的真实安装状态，且方便传感器的安装和力锤敲击。
30.在本发明的一些实施例中，齿轮本体210和中心轴220均安装有加速度传感器211，以获得这两个位置的加速度响应。
31.在本发明的一些实施例中，还包括防转件300，中心轴220周壁开设有限位槽221，防转件300与第一弧形盖120或第一支撑座110固定相连，防转件300设有嵌入限位槽221的限位块320，限位块320与限位槽221配合可限制中心轴220旋转，可模拟齿轮轴200周向固定状态下的模态参数。
32.在本发明的一些实施例中，防转件300包括连接板310，连接板310与第一弧形盖120侧面相贴并设有对应的孔位以通过紧固件相连，限位块320固设于连接板310。具体的，连接板310和限位槽221均沿中心轴的轴向延伸，以起到对中心轴旋转的限制。紧固件为螺栓和螺母，螺栓穿过连接板310和第一弧形盖120上的孔位并与螺母连接，以夹紧固定连接板310和第一弧形盖120。当然在其他一些实施例中，连接板310也可以固定安装在第一支撑座110上，作用相同。
33.在本发明的一些具体实施例中，第一支撑座110上端设有开口朝上的第一圆弧槽111，第一弧形盖120设有开口朝下的第二圆弧槽121，第一圆弧槽111和第二圆弧槽121拼合形成轴孔，以供中心轴穿入，且拆卸第一弧形盖120后，即可从上方取下齿轮，方便齿轮拆卸。
34.在本发明的进一步实施例中，第一圆弧槽111两侧设有朝外水平延伸的第一连接块112，第二圆弧槽121两侧设有朝外水平延伸的第二连接块122，第一连接块112和第二连接块122设有对应的孔位以通过紧固件连接固定，紧固件为螺栓，通过调节螺栓的预紧力，可调节第一支撑座110和第一弧形盖120夹紧力，以此来调节中心轴与轴承过盈配合的程度，提高模拟真实性。
35.在本发明的进一步实施例中，第一连接块112和第二连接块122之间设有橡胶垫片113，橡胶垫片113作为柔性件放置在两者之间，防止预紧力过大损伤中心轴表面。
36.在本发明的一些实施例中，底座100上表面设有第二支撑座130，第二支撑座130上
端安装有第二弧形盖140，第二支撑座130和第二弧形盖140用于支撑和夹紧中心轴220，通常中心轴具有多个位置的支撑和限位，利用第二支撑座130和第二弧形盖140的配合，来模拟中心轴该位置与轴承的过盈配合。第二支撑座130和第二弧形盖140也通过两侧的类似第一连接块和第二连接块的结构来实现连接，且两者之间同样夹设垫片。第一支撑座110和第二支撑座130的相对支撑位置与中心轴实际装配下的轴承相对位置一致，且宽度和轴承宽度相等，以起到模拟支撑作用；另外通过设计支撑座以及支撑座侧边的筋板结构，让支撑座的支撑刚度与中心轴实际装配状态的支撑结构的支撑刚度大小一致，这样才能模拟中心轴的实际支撑状态。
37.本发明还提供一种约束条件下齿轮轴模态试验测试方法，包括如下步骤：s1，根据实际约束条件调整第一支撑座110和第一弧形盖120对中心轴220的夹紧力大小。s2，根据测试要求和敲击需求，确定测点(敲击点)的数目、方向及分布；s3，将力锤敲击测点，获得力锤的激励信号和加速度传感器的响应信号，由于激励力锤、加速度传感器与移动式数采系统相连，数采系统与计算机相连，信号可传递给计算机处理；另外为了数据准确性，需检查力锤的激励信号和加速度传感器的响应信号的质量，剔除质量较差的数据并重新测量。s4，根据得到的激励信号和响应信号，提取约束状态下锥齿轮轴的固有频率、振型。通常模态测试时敲击点也就是测点，分布原则是：测点位置应易于敲击；测点布置要能反映结构大致形状，尽量均匀布置。对于齿轮轴，测点一般布置齿轮本体210端面和中心轴220周壁上。另外，为了方便敲击测点，力锤敲击的测点分布在齿轮本体210背对中心轴220的端面上，以使支撑座避开力锤敲击的测点，避免遮挡和干涉。齿轮本体210上的加速度传感器则安装在齿轮本体210朝向中心轴220的端面上。
38.在本发明的一些实施例中，第一支撑座110和第一弧形盖120之间夹设有橡胶垫片113并通过螺栓连接，步骤s1通过调整橡胶垫片的厚度和螺栓预紧力大小实现，以此将夹紧力大小调整至实际装配状态下中心轴和轴承的过盈配合的作用力，以此提供模拟真实性，提高实验的准确性。
39.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。