本發(fā)明專利技術(shù)涉及轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試領(lǐng)域，具體為一種等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩非接觸測(cè)試方法，解決了現(xiàn)有等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法計(jì)算模型復(fù)雜、測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高的問題。等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法包括如下步驟：被測(cè)轉(zhuǎn)軸在動(dòng)態(tài)扭矩的作用下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到第一反射式光電傳感器和第二反射式光電傳感器從同一條檢測(cè)刻度線上反射得到的兩個(gè)光電脈沖信號(hào)的時(shí)差為τ，連續(xù)檢測(cè)后將不同時(shí)刻得到的時(shí)差值構(gòu)成時(shí)間序列τ(t)；將代入公式和從而計(jì)算出動(dòng)態(tài)扭矩M(t)。本發(fā)明專利技術(shù)所述的測(cè)試方法精度較高，廣泛適用于傳動(dòng)設(shè)備上等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，具體為一種等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法。
技術(shù)介紹
目前傳動(dòng)設(shè)備測(cè)量等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法主要有以下幾種(I)、電阻應(yīng)變式扭矩測(cè)試方法，它是將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，并將應(yīng)變片連接到測(cè)量轉(zhuǎn)換電路從而構(gòu)成應(yīng)變式扭矩測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試方法的缺點(diǎn)是接觸式測(cè)試，需要無線傳輸數(shù)據(jù)，此方法存在溫度穩(wěn)定性差、靈敏度離散程度大、在較大應(yīng)變作用下非線性誤差較大、可靠性差以及測(cè)量精度低等問題，且應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易從被測(cè)轉(zhuǎn)軸上甩出，給實(shí)際使用帶來一定困難。(2)、磁彈形測(cè)試系統(tǒng)，它是將與專用磁電式檢測(cè)器連接的環(huán)型空間陣列套于被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，利用扭應(yīng)力產(chǎn)生磁效應(yīng)的原理進(jìn)行測(cè)量，主要用來測(cè)量一些粗短軸的扭矩，測(cè)量類型受限，測(cè)量結(jié)果因受電磁場(chǎng)干擾而誤差較大，且測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴。 、激光式扭矩傳感器，它是利用激光多普勒效應(yīng)在單截面測(cè)量被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，采用雙截面測(cè)量轉(zhuǎn)速差并積分得到轉(zhuǎn)軸在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)扭矩非接觸測(cè)量；但裝置制作成本和使用成本都很高，進(jìn)行測(cè)量時(shí)設(shè)備調(diào)試?yán)щy，定向性較差且受環(huán)境溫度影響較大，數(shù)學(xué)計(jì)算模型相當(dāng)復(fù)雜、計(jì)算繁瑣，難以推廣使用。上述幾種扭矩測(cè)試方法都存在各自的不足，且測(cè)量類型受到限制，尤其是對(duì)于高速連軋機(jī)等大型設(shè)備的傳動(dòng)軸，運(yùn)用上述方法難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)扭矩的精確測(cè)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決現(xiàn)有等直徑轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法計(jì)算模型復(fù)雜、測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)試范圍受限且成本高的問題，提供了一種等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法。本專利技術(shù)是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，包括如下步驟(I)、在直徑為d的被測(cè)轉(zhuǎn)軸的一側(cè)安裝與被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間留有間隙且光源發(fā)出的光線位于被測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面(振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面指轉(zhuǎn)軸上不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)形變處的截面，為本領(lǐng)域人員公知的技術(shù))上的第一反射式光電傳感器(所述反射式光電傳感器包括自帶的一個(gè)光源和一個(gè)光接收裝置；工作時(shí)光源發(fā)出的光經(jīng)過待測(cè)物體的反射被光敏元件接收，被檢測(cè)的轉(zhuǎn)軸表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光，再經(jīng)過相關(guān)電路的處理得到所需要的信息；反射式光電傳感器與被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間的距離根據(jù)反射式光電傳感器的有效測(cè)量距離確定)、以及與被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間的間隙與第一反射式光電傳感器和被測(cè)轉(zhuǎn)軸之間的間隙相等且光源發(fā)出的光線位于距被測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面L處的檢測(cè)截面(檢測(cè)截面為任意截面，通常選擇被測(cè)轉(zhuǎn)軸的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角位移最大處截面，以提高精確度，為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù))上的第二反射式光電傳感器；第一反射式光電傳感器和第二反射式光電傳感器均與動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)的信號(hào)輸入端相連；在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上制作與軸線平行的檢測(cè)刻度線；(2)、當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩；當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸受到來自于動(dòng)力源或負(fù)載的動(dòng)態(tài)激勵(lì)，會(huì)產(chǎn)生η階正弦變化的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭矩；在靜、動(dòng)態(tài)扭矩的作用下，被測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面和檢測(cè)截面之間會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)相對(duì)轉(zhuǎn)角Θ，從而使動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)檢測(cè)到第一反射式光電傳感器和第二反射式光電傳感器從同一條檢測(cè)刻度線上反射得到的光電脈沖信號(hào)之間產(chǎn)生時(shí)差τ，對(duì)不同時(shí)刻連續(xù)檢測(cè)得到動(dòng)態(tài)時(shí)差序列信號(hào)τ (t)，根據(jù)線性彈性力學(xué)理論(線性彈性力學(xué)理論為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù))τ (t)是由靜態(tài)分量^和正弦變化的第l_i階動(dòng)態(tài)分量τ (t)(i=l,2,3,…，η)組成，即本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）、在直徑為d的被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的一側(cè)安裝與被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）之間留有間隙且光源發(fā)出的光線位于被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面上的第一反射式光電傳感器（3）、以及與被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）之間的間隙與第一反射式光電傳感器（3）和被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）之間的間隙相等且光源發(fā)出的光線位于距被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面L處的檢測(cè)截面上的第二反射式光電傳感器（1）；第一反射式光電傳感器（3）和第二反射式光電傳感器（1）均與動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)（2）的信號(hào)輸入端相連；在被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）上制作與軸線平行的檢測(cè)刻度線（4）；（2）、當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩；當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）受到來自于動(dòng)力源或負(fù)載的動(dòng)態(tài)激勵(lì),會(huì)產(chǎn)生n階正弦變化的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)扭矩；在靜、動(dòng)態(tài)扭矩的作用下，被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面和檢測(cè)截面之間會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)相對(duì)轉(zhuǎn)角θ，從而使動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)（2）檢測(cè)到第一反射式光電傳感器（3）和第二反射式光電傳感器（1）從同一條檢測(cè)刻度線（4）上反射得到的光電脈沖信號(hào)之間產(chǎn)生的時(shí)差τ，對(duì)不同時(shí)刻連續(xù)檢測(cè)得到動(dòng)態(tài)時(shí)差序列信號(hào)τ(t)，根據(jù)線性彈性力學(xué)理論τ(t)是由靜態(tài)分量τ0和正弦變化的第1~i階動(dòng)態(tài)分量τi(t)（i=1，2，3，…，n）組成，即；（3）、根據(jù)如下步驟計(jì)算在靜、第1？i階（i=1，2，3，…，n）動(dòng)態(tài)扭矩的作用下τ(t)的靜態(tài)分量τ0、第1？i階動(dòng)態(tài)分量的幅值τi（i？=1，2，3……n）和固有頻率fi（i？=1，2，3……n）：理論計(jì)算出被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的第1階固有頻率f1和第i階（i=1，2，3，…，n）固有頻率fi的估算值；選取被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率fz的值為大于等于第1階固有頻率的估算值且小于等于50Hz，則被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的轉(zhuǎn)動(dòng)周期Tz=1/fz；根據(jù)被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）在第i階（i？=1，2，3……n）固有頻率值下振型的不同，調(diào)整被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）上振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面的位置、以及檢測(cè)截面距振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面的距離L；根據(jù)采樣定理選取時(shí)差序列動(dòng)態(tài)信號(hào)τ(t)的采樣頻率fci（i？=1，2，3……n）為第i階固有頻率的估算值的4？5倍以上；根據(jù)公式fci=？mi*fz（i=1，2，3……n）計(jì)算得到被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）上檢測(cè)刻度線（4）的數(shù)量mi，相鄰檢測(cè)刻度線（4）之間的間距相等；當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）在靜、第1？i階（i=1，2，3，…，n）動(dòng)態(tài)扭矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)（2）會(huì)檢測(cè)到第一反射式光電傳感器（3）和第二反射式光電傳感器（1）從同一條檢測(cè)刻度線（4）上反射得到的兩個(gè)光電脈沖信號(hào)的時(shí)差τ，連續(xù)檢測(cè)后在時(shí)間段Ts內(nèi)得到k個(gè)樣本點(diǎn)構(gòu)成動(dòng)態(tài)時(shí)間序列信號(hào)τ(t)，將τ(t)進(jìn)行高頻濾波從而去掉第i階（i=1，2，3，…，n）以上扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率的成分；從動(dòng)態(tài)時(shí)間序列信號(hào)τ(t)上算出靜 態(tài)分量（j=1，2，…，k）；再用如下兩種方法中的任一種方法算出τ(t)的第1？i階動(dòng)態(tài)分量的幅值τi（i？=1，2，3……n）和固有頻率fi（i？=1，2，3……n）：1）用MATLAB軟件中的curve？fitting？tool？box工具對(duì)動(dòng)態(tài)時(shí)間序列信號(hào)τ(t)去掉靜態(tài)分量后進(jìn)行動(dòng)態(tài)信號(hào)函數(shù)為的曲線擬合從而得到τ(t)的i階（i？=1，2，3……n）正弦變化曲線圖、以及第1？i階動(dòng)態(tài)分量的幅值τi（i？=1，2，3……n）和固有頻率fi（i？=1，2，3……n）的準(zhǔn)確測(cè)量值；2）用MATLAB軟件中的signal？processing？tool？box工具將動(dòng)態(tài)時(shí)間序列信號(hào)τ(t)去掉靜態(tài)分量后進(jìn)行傅里葉變換從而得到τ(t)的頻譜曲線圖，頻譜曲線圖中峰值的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的頻率依次為被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的第1？i階(i=1，2，3，…，n)固有頻率的準(zhǔn)確測(cè)量值而相應(yīng)縱坐標(biāo)為第1？i階動(dòng)態(tài)分量的幅值τi（i？=1，2，3……n）；（4）、將上述計(jì)算中得到的靜態(tài)分量τ0、第1？i階動(dòng)態(tài)分量的幅值τi（i=1，2，3，…，n）、以及第1？i階固有頻率fi（i=1，2，3，…，n）代入動(dòng)態(tài)時(shí)差序列信號(hào)τ(t)中得到：（？i=1，2，3，…，n）；將τ(t)代入公式（i=1，2，3，…，n）？中計(jì)算得到動(dòng)態(tài)相對(duì)轉(zhuǎn)角（i=1，2，3，…，n）；再將θ(t)代入公式中計(jì)算得到被測(cè)轉(zhuǎn)軸（5）的動(dòng)態(tài)扭矩？（i=1，2，3，…，n）；其中：G是切變彈性模量，為常量7.938e10Pa；為靜態(tài)扭矩分量；為第i階動(dòng)態(tài)扭矩分量（i=1，2，3，…，n）。FDA00002254038...
【技術(shù)特征摘要】
1.等直徑轉(zhuǎn)軸的光電反射式動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)試方法，其特征在于包括如下步驟 (1)、在直徑為d的被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)的一側(cè)安裝與被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)之間留有間隙且光源發(fā)出的光線位于被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面上的第一反射式光電傳感器(3)、以及與被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)之間的間隙與第一反射式光電傳感器(3)和被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)之間的間隙相等且光源發(fā)出的光線位于距被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)截面L處的檢測(cè)截面上的第二反射式光電傳感器(I);第一反射式光電傳感器(3)和第二反射式光電傳感器(I)均與動(dòng)態(tài)信號(hào)智能測(cè)試分析系統(tǒng)(2)的信號(hào)輸入端相連；在被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)上制作與軸線平行的檢測(cè)刻度線(4)； (2)、當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)帶負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)扭矩；當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸(5)受到來...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬維金，李鳳蘭，王俊元，杜文華，高瓊，黃彬城，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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