一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量方法及裝置。所述測(cè)量裝置包括調(diào)速動(dòng)力源、浮動(dòng)支架、浮動(dòng)支架軸承、離合裝置、柔性聯(lián)軸器和靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x。其中靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x的扭矩輸入軸、柔性聯(lián)軸器、浮動(dòng)支架軸承、調(diào)速動(dòng)力源和被測(cè)轉(zhuǎn)子工件的軸線重合，離合裝置設(shè)置在調(diào)速動(dòng)力源定子與浮動(dòng)支架間；該離合裝置鎖緊時(shí)可以限制調(diào)速動(dòng)力源外殼相對(duì)浮動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)，松開(kāi)時(shí)恢復(fù)外殼的浮動(dòng)狀態(tài)。本發(fā)明有效將高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)化成靜止部件的靜態(tài)扭矩，可用靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x器直接進(jìn)行測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)量傳動(dòng)軸應(yīng)變換算扭矩的步驟，無(wú)須使用扭轉(zhuǎn)剛度較低的測(cè)量專(zhuān)用傳動(dòng)軸，該測(cè)量方法在高轉(zhuǎn)速，大扭矩的工作環(huán)境下更加安全可靠。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種提高高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩測(cè)量精度的測(cè)量方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械中，均包含高速轉(zhuǎn)子部件，這些高速轉(zhuǎn)子部件在工作狀態(tài)下會(huì)與其附近的流體(如空氣)產(chǎn)生粘性摩擦阻力，同時(shí)轉(zhuǎn)子盤(pán)表面的螺栓、鉚釘?shù)韧黄鹞镌诟咚龠\(yùn)動(dòng)中也會(huì)與流體作用產(chǎn)生壓差阻力和摩擦阻力。這些阻力造成高速轉(zhuǎn)子盤(pán)的扭矩?fù)p失，在研究過(guò)程中需要對(duì)該類(lèi)扭矩進(jìn)行精確測(cè)量，而由于轉(zhuǎn)速較高，軸系傳動(dòng)功率較大，因此精確測(cè)量較為困難。
[0003]目前對(duì)高速轉(zhuǎn)子扭矩測(cè)量主要方法是通過(guò)測(cè)量動(dòng)力源與被測(cè)轉(zhuǎn)子工件間傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變大小來(lái)計(jì)算出工件所受扭矩大小。該方法有如下四個(gè)缺陷，一是其基本原理基于測(cè)量傳動(dòng)軸的應(yīng)變量，因此傳動(dòng)軸不宜有過(guò)大的扭轉(zhuǎn)剛度，因而在轉(zhuǎn)子加減速時(shí)，傳動(dòng)軸會(huì)由于較大的啟動(dòng)扭矩或剎車(chē)扭矩而損壞；二是系統(tǒng)中存在高速環(huán)境下運(yùn)行的軸承，其摩擦扭矩不可忽略，因此測(cè)量得到的扭矩為流阻扭矩與軸承摩擦扭矩之和。由于軸承的摩擦扭矩受環(huán)境溫度和轉(zhuǎn)速等參數(shù)影響較為復(fù)雜，因此在實(shí)驗(yàn)中難以通過(guò)差值法消去，測(cè)量誤差較大；三是應(yīng)用該方法測(cè)量，傳動(dòng)軸難以更換，故該方法量程和測(cè)量精度有限，通用性較差，且傳動(dòng)軸應(yīng)變的電信號(hào)需要通過(guò)動(dòng)靜轉(zhuǎn)換裝置(通常為電刷與滑環(huán))引出，抗干擾性較差；四是由于轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的高頻振動(dòng)一定程度上會(huì)影響扭轉(zhuǎn)應(yīng)變的測(cè)量結(jié)果，降低測(cè)量精度，同時(shí)會(huì)縮短傳動(dòng)軸上應(yīng)變傳感器使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量方法并設(shè)計(jì)出一種新型裝置，其主要原理是將傳動(dòng)系統(tǒng)等轉(zhuǎn)動(dòng)件中的扭矩等量轉(zhuǎn)化為靜止部件中的扭矩，并使用靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x器直接測(cè)量。所述的裝置包括調(diào)速動(dòng)力源(通常為變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)等)、浮動(dòng)支架、浮動(dòng)支架軸承、離合裝置、柔性聯(lián)軸器和靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x。其中被測(cè)轉(zhuǎn)子工件直接連接調(diào)速動(dòng)力源的傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸的支承軸承均處于調(diào)速動(dòng)力源內(nèi)部。調(diào)速動(dòng)力源定子安裝于浮動(dòng)支架的浮動(dòng)支架軸承中，浮動(dòng)支架軸承與調(diào)速動(dòng)力源傳動(dòng)軸同軸設(shè)置，使得調(diào)速動(dòng)力源定子在浮動(dòng)支架上可以沿調(diào)速動(dòng)力源傳動(dòng)軸軸線自由靈活轉(zhuǎn)動(dòng)(該狀態(tài)為文中所述浮動(dòng)狀態(tài))。調(diào)速動(dòng)力源定子與浮動(dòng)支架間安裝有離合裝置，該離合裝置鎖緊時(shí)可以限制調(diào)速動(dòng)力源外殼相對(duì)浮動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)，松開(kāi)時(shí)恢復(fù)外殼的浮動(dòng)狀態(tài)，即調(diào)速動(dòng)力源外殼相對(duì)于浮動(dòng)支架有轉(zhuǎn)動(dòng)。靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x安裝在固定支架上，與調(diào)速動(dòng)力源定子通過(guò)柔性聯(lián)軸器連接，該柔性聯(lián)軸器具有濾除轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高頻振動(dòng)的作用。
[0005]結(jié)合該裝置說(shuō)明本測(cè)量方法的力學(xué)原理，當(dāng)采用所述測(cè)量裝置測(cè)量時(shí)，被測(cè)轉(zhuǎn)子工件達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件包括調(diào)速動(dòng)力源轉(zhuǎn)子、被測(cè)轉(zhuǎn)子工件、傳動(dòng)軸和傳動(dòng)軸軸承內(nèi)圈，四種部件相對(duì)靜止，可認(rèn)為屬于同一整體；靜止部件包括調(diào)速動(dòng)力源定子、傳動(dòng)軸軸承外圈、靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x和浮動(dòng)支架軸承內(nèi)圈，四種部件同樣相對(duì)靜止，可認(rèn)為屬于同一整體。因?yàn)檗D(zhuǎn)速穩(wěn)定，由力矩平衡條件有:
[0006]T轉(zhuǎn)子=T流阻+T軸承細(xì)(I)
[0007]T定子=T扭矩儀+T軸承外圈+T浮動(dòng)軸*(2)
[0008]由于調(diào)速動(dòng)力源轉(zhuǎn)子和定子所受扭矩、傳動(dòng)軸軸承內(nèi)外圈所受扭矩分別是兩對(duì)作用力與反作用力，其大小相等方向相反。因此有:
[0009]T轉(zhuǎn)子=T定子(3)
[0010]T軸承帽=T軸承外圈(4)
[0011]T浮動(dòng)軸承=T常數(shù)(5)
[0012]聯(lián)立(I)~(5)式可得:
[0013]T扭矩儀=T流阻-T常數(shù)(6)
[0014]其中，為調(diào)速動(dòng)力源轉(zhuǎn)子受定子電磁線圈驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生的扭矩，為調(diào)速動(dòng)力源定子受驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子電磁力的反作用力產(chǎn)生的扭矩，為傳動(dòng)軸軸承內(nèi)圈受傳動(dòng)軸軸承摩擦阻力產(chǎn)生的扭矩，為傳動(dòng)軸軸承外圈受傳動(dòng)軸軸承摩擦阻力產(chǎn)生的扭矩，Tffa
為浮動(dòng)支架軸承內(nèi)圈和調(diào)速動(dòng)力源定子外殼受浮動(dòng)支架軸承摩擦阻力產(chǎn)生的扭矩，
為一常數(shù)扭矩，靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x輸入軸施加給調(diào)速動(dòng)力源定子的扭矩，Tim為作用在被測(cè)轉(zhuǎn)子工件上因流體阻力產(chǎn)生的扭矩。
[0015]由于浮動(dòng)支架軸承在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后相對(duì)浮動(dòng)支架靜止，其摩擦扭矩不受轉(zhuǎn)速影響，可認(rèn)為為一定值，可在實(shí)驗(yàn)標(biāo)定中通過(guò)差值法消去。因此有:
[0016]T扭矩儀=T流阻(6)
[0017]因此，通過(guò)固定的靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x可直接測(cè)得被測(cè)轉(zhuǎn)子工件所受的流阻扭矩，并且其扭矩測(cè)量值不受傳動(dòng)軸軸承摩擦扭矩的影響。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019]1、本發(fā)明有效將高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)化成靜止部件的靜態(tài)扭矩，可用靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x器直接進(jìn)行測(cè)量，簡(jiǎn)化了測(cè)量傳動(dòng)軸應(yīng)變換算扭矩的步驟，無(wú)須使用扭轉(zhuǎn)剛度較低的測(cè)量專(zhuān)用傳動(dòng)軸，該測(cè)量方法在高轉(zhuǎn)速，大扭矩的工作環(huán)境下更加安全可靠；
[0020]2、本發(fā)明避免了高速轉(zhuǎn)子軸承在工作中產(chǎn)生的摩擦扭矩對(duì)扭矩測(cè)量的影響；
[0021]3、本發(fā)明可隨測(cè)量要求方便更換不同精度和量程的靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x器，適用范圍較廣；
[0022]4、本發(fā)明通過(guò)柔性聯(lián)軸裝置將扭矩測(cè)量裝置與調(diào)速動(dòng)力源及其附屬傳動(dòng)裝置分離，有效避免了高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件產(chǎn)生的高頻振動(dòng)對(duì)測(cè)量?jī)x器的精度和壽命影響。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明提供的高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩高精度測(cè)量裝置的側(cè)視圖；
[0024]圖2為本發(fā)明提供的高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩高精度測(cè)量裝置的三維立體圖(浮動(dòng)支架部分剖視)。
[0025]圖中:
[0026]1.離合裝置； 2.靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x；3.柔性聯(lián)軸器；4.浮動(dòng)支架軸承；[0027]5.調(diào)速動(dòng)力源；6.被測(cè)轉(zhuǎn)子工件； 7.浮動(dòng)支架。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明提供了一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量方法和裝置，所述高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量裝置包括離合裝置1、靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x器2、柔性聯(lián)軸器3、浮動(dòng)支架軸承4、調(diào)速動(dòng)力源5和浮動(dòng)支架7。所述調(diào)速動(dòng)力源5選用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，在調(diào)速動(dòng)力源5的動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)軸(稱(chēng)為傳動(dòng)軸)上安裝固定被測(cè)轉(zhuǎn)子工件6，在調(diào)速動(dòng)力源5的外殼上安裝固定浮動(dòng)支架軸承4的內(nèi)圈，在浮動(dòng)支架7上安裝浮動(dòng)支架軸承4，二者之間安裝浮動(dòng)支架軸承4的外圈。浮動(dòng)支架7和調(diào)速動(dòng)力源5間設(shè)置離合裝置1，靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x2設(shè)置于浮動(dòng)支架7上，通過(guò)柔性聯(lián)軸器3聯(lián)接調(diào)速動(dòng)力源5的定子。其中靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x2的扭矩輸入軸、柔性聯(lián)軸器3、浮動(dòng)支架軸承4、調(diào)速動(dòng)力源5和被測(cè)轉(zhuǎn)子工件6的軸線重合。
[0030]應(yīng)用本發(fā)明所述測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先鎖緊離合裝置1，使得調(diào)速動(dòng)力源5外殼與浮動(dòng)支架7不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。然后啟動(dòng)調(diào)速動(dòng)力源5驅(qū)動(dòng)被測(cè)轉(zhuǎn)子工件6加速到測(cè)量所需轉(zhuǎn)速。待轉(zhuǎn)速達(dá)到測(cè)量所需要求并穩(wěn)定后，松開(kāi)離合裝置1，使得調(diào)速動(dòng)力源5外殼與浮動(dòng)支架7可以發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。即可從靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x2中得到測(cè)量扭矩?cái)?shù)值。完成測(cè)量后，首先鎖緊離合裝置1，使得調(diào)速動(dòng)力源5外殼與浮動(dòng)支架7不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。然后關(guān)閉調(diào)速動(dòng)力源5使得被測(cè)轉(zhuǎn)子工件6減速至停止后，松開(kāi)離合裝置I即測(cè)量過(guò)程結(jié)束。
[0031]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量方法和裝置，利用力學(xué)原理將高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件中的動(dòng)態(tài)扭矩轉(zhuǎn)化為可用靜態(tài)扭矩儀測(cè)量的扭矩，可以不受高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承造成的扭矩?fù)p失和高頻振動(dòng)帶來(lái)的影響，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜程度和調(diào)試成本；調(diào)速動(dòng)力源5的功率和調(diào)速范圍可根據(jù)測(cè)量需要更換不同規(guī)格，靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x2的量程和測(cè)量精度可根據(jù)測(cè)量需要更換不同型號(hào)，節(jié)省人力資源，便捷高效；本發(fā)明針對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)簡(jiǎn)化模型的流阻扭矩實(shí)驗(yàn)測(cè)量，經(jīng)調(diào)試合格后可精確測(cè)量出實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的流阻扭矩，調(diào)試方便，測(cè)量準(zhǔn)確。
[0032]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了說(shuō)明，但這些說(shuō)明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書(shū)限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動(dòng)都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量裝置，其特征在于:所述的裝置包括調(diào)速動(dòng)力源、浮動(dòng)支架、浮動(dòng)支架軸承、離合裝置、柔性聯(lián)軸器和靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x，被測(cè)轉(zhuǎn)子工件直接連接調(diào)速動(dòng)力源的傳動(dòng)軸；調(diào)速動(dòng)力源定子安裝于浮動(dòng)支架的浮動(dòng)支架軸承中，調(diào)速動(dòng)力源的外殼上安裝固定浮動(dòng)支架軸承的內(nèi)圈，調(diào)速動(dòng)力源定子與浮動(dòng)支架間安裝有離合裝置，靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x安裝在固定支架上，與調(diào)速動(dòng)力源定子通過(guò)柔性聯(lián)軸器連接，其中靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x的扭矩輸入軸、柔性聯(lián)軸器、浮動(dòng)支架軸承、調(diào)速動(dòng)力源的傳動(dòng)軸和被測(cè)轉(zhuǎn)子工件的軸線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量裝置，其特征在于:所述調(diào)速動(dòng)力源為變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
3.一種高速轉(zhuǎn)子流阻扭矩的高精度測(cè)量方法，其特征在于:根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，首先鎖緊離合裝置，使得調(diào)速動(dòng)力源外殼與浮動(dòng)支架不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)； 然后啟動(dòng)調(diào)速動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)被測(cè)轉(zhuǎn)子工件加速到測(cè)量所需轉(zhuǎn)速； 待轉(zhuǎn)速達(dá)到測(cè)量所需要求并穩(wěn)定后，松開(kāi)離合裝置，使得調(diào)速動(dòng)力源外殼與浮動(dòng)支架發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)； 從靜態(tài)扭矩測(cè)量?jī)x中得到測(cè)量扭矩?cái)?shù)值； 記錄數(shù)值后，首先鎖緊離合裝置，使得調(diào)速動(dòng)力源外殼與浮動(dòng)支架不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)； 然后關(guān)閉調(diào)速動(dòng)力源使得被測(cè)轉(zhuǎn)子工件減速至停止后，松開(kāi)離合裝置，即測(cè)量過(guò)程結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G01L3/00GK103487182SQ201310414984
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】陶智, 羅翔, 王謙舜, 張達(dá), 徐國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)