旋转轴系应力应变测试方法研究

旋转轴系应力应变测试方法研究

0旋转轴的扭转因子分析旋转振动的振动形式相对特殊。由于旋转轴在工作过程中受到外部负荷和矩阵的影响，因此旋转轴的不同轴段会发生一定的扭转变形。根本原因，旋转轴不是绝对的刚性。由于扭振会引起轴系内部的切向交变扭应力,如果扭幅过大,剪切应力会超过弹性极限,材料就会形成疲劳积累1相位差法的测量原理1.1扭振引起的损害轴系扭振是旋转轴系在转动过程中产生的运动现象。轴系在正常运转时会按照一定的角速度ω回转,当轴系出现扭振时在轴截面上会产生相应的扭转变形值,如弧长或扭角,此时轴系因扭振而引起的交变角速度△ω将发生变化1.2旋转轴系单次给药方式相位差是旋转轴的扭转振动分析中极其重要的指标,相位差的大小直接反映了转轴扭转变形程度的大小。因此,在测齿法原理的基础之上,提出了一种新的方法,即基于相位差法的轴系应力测量。其原理如图2所示:基于测齿法的思想将旋转轴系的两端固定两套大小一样的齿形均匀的信号齿轮,同时在靠近这两个信号齿轮的齿旁布置两个相同的非接触式光电传感器(如电涡流传感器),并保证这两个传感器在同一水平位置。当转轴上信号齿轮的任意一个齿转动到电涡流传感器时,就会有相对应的信号形成。由于轴系两侧信号齿轮与传感器的相对位置完全一样,因此,倘若轴系是完全刚性的(即没有发生任何弹性形变)那么这两个传感器将输出完全相同的脉冲信号(即幅值、频率相同,信号同步),但旋转轴系在转动过程中一定会发生弹性形变并产生扭矩M,从而使两个传感器测得的脉冲信号不同步(但频率相同),存在一个相位差△α,并且△α的值将随两个传感器测得的相对扭角△ϕ的变化而变化。通过采集卡对相位差△α的提取,并经过数值变换可获得轴系的扭变信息。将图2中两个传感器的输出信号分别进行光电隔离、放大、整形以及低通滤波等方式的处理,从而获得PPM电压脉冲信号S采用高频时钟脉冲计数器分别对传感器的输出信号S设定脉冲计数器的频率为f通过脉冲计数器得到旋转轴系信号齿轮1和信号齿轮2转动一圈所用的时间为:旋转轴上信号齿轮1与信号齿轮2所在轴段处的平均转速(r/min)为:旋转轴系上信号齿轮1和信号齿轮2的第i个齿通过电涡流传感器的瞬时角速度ω旋转轴系上信号齿轮1和信号齿轮2的第i个齿通过电涡流传感器的瞬时转数n旋转轴系上信号齿轮1和信号齿轮2的第i个齿通过电涡流传感器时信号齿轮1和2的扭角φ由式(6)可得,旋转轴系上信号齿轮1和信号齿轮2的第i个齿通过电涡流传感器时两信号齿轮间的相对扭角△φ对于同一材料的等截面圆轴,在交变应力的作用下,被测转轴信号齿轮的第i个齿转到第i+1个齿时信号齿轮2处所对应的旋转轴表面的扭转剪切应变γ是:式(8)中,R—为旋转轴系的半径;l—为信号齿轮1到信号齿轮2的距离。根据材料力学的虎克定律可知,在旋转轴的表面所产生的扭转切应力τ其中,G——旋转轴材料的剪切弹性模量,i=1,2,……,Z;I2硬件系统组成基于所做的算法推演过程,将搭建一个旋转轴系的应力应变测试系统。该系统主要借助汽车传动轴的扭振试验台来进行搭建,整个试验台可分为硬件系统和软件系统,其中硬件系统包括传感器模块和信号采集模块。传感器模块主要包括两个完全相同的信号齿轮以及两套CTS-A12M-2ANA电涡流传感器;信号采集模块主要包括SCC-68接线盒和NIPXI-1042Q工控机箱(内置NIPXI-6259M数据采集卡)等旋转轴系应力应变测试系统的软件组成部分主要是指信号分析处理模块,该软件系统对采集到的信号分析、处理、存储以及显示3机的转速影响为了方便旋转轴扭振信号的采集,通过在汽车传动轴的性能试验台上布置的传感器来获取实验数据。信号采集的对象是传动轴轴段的惯量盘,在传动轴的两侧各布置一个齿数为60的信号齿轮,该信号齿轮的参数如表1所示。测试试验选择在怠速工况下进行,在怠速工况下发动机的转速为800r/min,此时发动机只靠离合器摩擦片的摩擦力作用驱动传动轴系旋转,因此会引起传动轴转速的较大波动。在测试时,设置完测试参数后,只要启动测试软件,即可实时显示出采集的双通道脉冲周期信号。如图7和图8所示为某一时刻两信号齿轮的脉冲周期,可以看出信号齿轮的脉冲周期在0.0115s∼0.0122s范围内波动,其中存在少量的干扰信号。同时该软件平台也可以实时反映旋转轴经过信号处理后的扭转应力波形、扭转应变波形和扭矩波形,如图9、图10和图11所示各反映的是某一时间点上旋转轴的扭转应变波形、扭转应力波形和扭矩波形。从图上可以获悉旋转轴的应力波动范围在4.45MPa~4.8MPa之间,而轴的扭矩波动范围在99N·m~106N·m之间,图中反映的测量数据与其他测量仪器的测量结果比较吻合,且测量精度较高。4基于单轴使用家庭暴力条件的旋转轴系扭振检测方法实际应用案例在旋转轴瞬时转速测量方式测齿法的基础上,提出了一种精度高、可靠性好的旋转轴应力应变测试方法。该方法基于相位差的原理,通过对旋转轴上不同轴段处所采集到的信号进行对比分析、处理,获取旋转轴上的扭力信息。推导了这一过程的算法,并且依据推