扭振測量基本原理

將磁電式傳感器對正齒輪安裝,當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),傳感器上感應(yīng)出與齒形有關(guān)的脈沖信號。將該信號進(jìn)行處理得到標(biāo)準(zhǔn)的矩形脈沖波。再將矩形脈沖波輸入到單片機(jī)的高速輸入部件(HSI),采用測周法測量每個(gè)脈沖的時(shí)間寬度。具體方法是,利用單片機(jī)的高速計(jì)數(shù)功能,對單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)時(shí)間由該矩形脈沖控制,根據(jù)計(jì)數(shù)值可以計(jì)算得到每個(gè)脈沖的時(shí)寬值。由于動(dòng)態(tài)扭矩測量缺乏較為準(zhǔn)確的校定設(shè)備,研制了非接觸式變頻變幅動(dòng)態(tài)扭矩加載器,采用振動(dòng)的反問題方法進(jìn)行校定。當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),軸系無扭振,如果齒輪齒形完全相同時(shí),則與每個(gè)齒對應(yīng)的矩形脈沖寬度都相同,即為軸系轉(zhuǎn)動(dòng)周期除以齒數(shù);當(dāng)軸系存在扭振時(shí),每個(gè)齒對應(yīng)的矩形脈沖寬度發(fā)生變化,其與原寬度之差的大小反映扭振的大小。因此,只要測出每個(gè)齒對應(yīng)的矩形脈沖寬度的變化,就可以得到軸的扭振。

由于實(shí)際的齒輪存在齒形誤差,所以即使軸系無扭振,也會(huì)導(dǎo)致每個(gè)齒形對應(yīng)的矩形脈沖寬度不同。為了消除齒形誤差影響,首先測定無扭振時(shí)各齒形對應(yīng)的矩形脈沖寬度,并以此作為每個(gè)齒形的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這樣,在以后的測量中把各齒對應(yīng)的矩形脈沖寬度與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,得到脈沖寬度變化值,經(jīng)過換算得到扭振角位移。這是一種利用材料物理特性制成的新型扭矩測量裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)該方案的材料有:逆磁致伸縮材料,光彈性材料,壓電材料等。為了準(zhǔn)確記錄每個(gè)齒的位置,在軸系上安裝一個(gè)鍵相傳感器,以鍵相傳感器信號作為參考起點(diǎn)。

 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，簡稱為扭振，不同于我們所說的常規(guī)振動(dòng)。除了常規(guī)的振動(dòng)之外，扭振是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)行為的另一種表現(xiàn)形式，通常與其他振動(dòng)荷載同時(shí)出現(xiàn)，也就是說結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，除了常規(guī)的振動(dòng)之外，還有可能存在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。扭振會(huì)引起結(jié)構(gòu)疲勞，同時(shí)也會(huì)引起振動(dòng)、噪聲、舒適性等方面問題。對于自由的剛體而言，共有6個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)自由度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此，我們可以把運(yùn)動(dòng)自由度分為平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)兩類。在這套扭振測量系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)了8路A/D轉(zhuǎn)換通道,可以將機(jī)端電壓與電流測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,A/D轉(zhuǎn)換利用單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換部件。如果用牛頓第二定律來描述，那么，平動(dòng)對應(yīng)的是三個(gè)加速度，轉(zhuǎn)動(dòng)對應(yīng)的是三個(gè)角加速度。平動(dòng)對應(yīng)的載荷是力，轉(zhuǎn)動(dòng)對應(yīng)的載荷是力矩。

      測轉(zhuǎn)角測扭矩是一種特別適合細(xì)長旋轉(zhuǎn)軸的扭矩測量方案。該方案多是在旋轉(zhuǎn)軸的同軸方向上加裝柔性扭桿,通過測量扭桿旋轉(zhuǎn)的相對角度測量扭矩。扭矩測量的關(guān)鍵是解決信號的傳輸問題，目前常見的扭矩信號傳輸方式有有線傳輸和無線傳輸兩種。已有的測轉(zhuǎn)角測扭矩的方案有:電磁式測轉(zhuǎn)角測扭矩、光電式測轉(zhuǎn)角測扭矩、激光式測轉(zhuǎn)角測扭矩、電容式測轉(zhuǎn)角測扭矩等。

      測反作用力測扭矩是通過測量制動(dòng)扭矩(為阻止電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)而施加的反扭矩,該扭矩就叫做制動(dòng)扭矩)測扭矩的一種扭矩測量方案,這種方法有一定的局限性,只能測靜態(tài)力矩。采用這種方案的扭矩測量案例有:扭力扳手、靜態(tài)扭矩實(shí)驗(yàn)測量裝置等。