旋轉軸系應力應變測試方法研究

旋轉軸系應力應變測試方法研究

0旋轉軸的扭轉因子分析旋轉振動的振動形式相對特殊。由于旋轉軸在工作過程中受到外部負荷和矩陣的影響，因此旋轉軸的不同軸段會發(fā)生一定的扭轉變形。根本原因，旋轉軸不是絕對的剛性。由于扭振會引起軸系內部的切向交變扭應力,如果扭幅過大,剪切應力會超過彈性極限,材料就會形成疲勞積累1相位差法的測量原理1.1扭振引起的損害軸系扭振是旋轉軸系在轉動過程中產生的運動現象。軸系在正常運轉時會按照一定的角速度ω回轉,當軸系出現扭振時在軸截面上會產生相應的扭轉變形值,如弧長或扭角,此時軸系因扭振而引起的交變角速度△ω將發(fā)生變化1.2旋轉軸系單次給藥方式相位差是旋轉軸的扭轉振動分析中極其重要的指標,相位差的大小直接反映了轉軸扭轉變形程度的大小。因此,在測齒法原理的基礎之上,提出了一種新的方法,即基于相位差法的軸系應力測量。其原理如圖2所示:基于測齒法的思想將旋轉軸系的兩端固定兩套大小一樣的齒形均勻的信號齒輪,同時在靠近這兩個信號齒輪的齒旁布置兩個相同的非接觸式光電傳感器(如電渦流傳感器),并保證這兩個傳感器在同一水平位置。當轉軸上信號齒輪的任意一個齒轉動到電渦流傳感器時,就會有相對應的信號形成。由于軸系兩側信號齒輪與傳感器的相對位置完全一樣,因此,倘若軸系是完全剛性的(即沒有發(fā)生任何彈性形變)那么這兩個傳感器將輸出完全相同的脈沖信號(即幅值、頻率相同,信號同步),但旋轉軸系在轉動過程中一定會發(fā)生彈性形變并產生扭矩M,從而使兩個傳感器測得的脈沖信號不同步(但頻率相同),存在一個相位差△α,并且△α的值將隨兩個傳感器測得的相對扭角△?的變化而變化。通過采集卡對相位差△α的提取,并經過數值變換可獲得軸系的扭變信息。將圖2中兩個傳感器的輸出信號分別進行光電隔離、放大、整形以及低通濾波等方式的處理,從而獲得PPM電壓脈沖信號S采用高頻時鐘脈沖計數器分別對傳感器的輸出信號S設定脈沖計數器的頻率為f通過脈沖計數器得到旋轉軸系信號齒輪1和信號齒輪2轉動一圈所用的時間為:旋轉軸上信號齒輪1與信號齒輪2所在軸段處的平均轉速(r/min)為:旋轉軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個齒通過電渦流傳感器的瞬時角速度ω旋轉軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個齒通過電渦流傳感器的瞬時轉數n旋轉軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個齒通過電渦流傳感器時信號齒輪1和2的扭角φ由式(6)可得,旋轉軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個齒通過電渦流傳感器時兩信號齒輪間的相對扭角△φ對于同一材料的等截面圓軸,在交變應力的作用下,被測轉軸信號齒輪的第i個齒轉到第i+1個齒時信號齒輪2處所對應的旋轉軸表面的扭轉剪切應變γ是:式(8)中,R—為旋轉軸系的半徑;l—為信號齒輪1到信號齒輪2的距離。根據材料力學的虎克定律可知,在旋轉軸的表面所產生的扭轉切應力τ其中,G——旋轉軸材料的剪切彈性模量,i=1,2,……,Z;I2硬件系統(tǒng)組成基于所做的算法推演過程,將搭建一個旋轉軸系的應力應變測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要借助汽車傳動軸的扭振試驗臺來進行搭建,整個試驗臺可分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),其中硬件系統(tǒng)包括傳感器模塊和信號采集模塊。傳感器模塊主要包括兩個完全相同的信號齒輪以及兩套CTS-A12M-2ANA電渦流傳感器;信號采集模塊主要包括SCC-68接線盒和NIPXI-1042Q工控機箱(內置NIPXI-6259M數據采集卡)等旋轉軸系應力應變測試系統(tǒng)的軟件組成部分主要是指信號分析處理模塊,該軟件系統(tǒng)對采集到的信號分析、處理、存儲以及顯示3機的轉速影響為了方便旋轉軸扭振信號的采集,通過在汽車傳動軸的性能試驗臺上布置的傳感器來獲取實驗數據。信號采集的對象是傳動軸軸段的慣量盤,在傳動軸的兩側各布置一個齒數為60的信號齒輪,該信號齒輪的參數如表1所示。測試試驗選擇在怠速工況下進行,在怠速工況下發(fā)動機的轉速為800r/min,此時發(fā)動機只靠離合器摩擦片的摩擦力作用驅動傳動軸系旋轉,因此會引起傳動軸轉速的較大波動。在測試時,設置完測試參數后,只要啟動測試軟件,即可實時顯示出采集的雙通道脈沖周期信號。如圖7和圖8所示為某一時刻兩信號齒輪的脈沖周期,可以看出信號齒輪的脈沖周期在0.0115s～0.0122s范圍內波動,其中存在少量的干擾信號。同時該軟件平臺也可以實時反映旋轉軸經過信號處理后的扭轉應力波形、扭轉應變波形和扭矩波形,如圖9、圖10和圖11所示各反映的是某一時間點上旋轉軸的扭轉應變波形、扭轉應力波形和扭矩波形。從圖上可以獲悉旋轉軸的應力波動范圍在4.45MPa~4.8MPa之間,而軸的扭矩波動范圍在99N·m~106N·m之間,圖中反映的測量數據與其他測量儀器的測量結果比較吻合,且測量精度較高。4基于單軸使用家庭暴力條件的旋轉軸系扭振檢測方法實際應用案例在旋轉軸瞬時轉速測量方式測齒法的基礎上,提出了一種精度高、可靠性好的旋轉軸應力應變測試方法。該方法基于相位差的原理,通過對旋轉軸上不同軸段處所采集到的信號進行對比分析、處理,獲取旋轉軸上的扭力信息。推導了這一過程的算法,并且依據推