旋轉(zhuǎn)軸系應(yīng)力應(yīng)變測試方法研究

旋轉(zhuǎn)軸系應(yīng)力應(yīng)變測試方法研究

0旋轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)因子分析旋轉(zhuǎn)振動的振動形式相對特殊。由于旋轉(zhuǎn)軸在工作過程中受到外部負(fù)荷和矩陣的影響，因此旋轉(zhuǎn)軸的不同軸段會發(fā)生一定的扭轉(zhuǎn)變形。根本原因，旋轉(zhuǎn)軸不是絕對的剛性。由于扭振會引起軸系內(nèi)部的切向交變扭應(yīng)力,如果扭幅過大,剪切應(yīng)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(zhuǎn)軸系在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的運(yùn)動現(xiàn)象。軸系在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會按照一定的角速度ω回轉(zhuǎn),當(dāng)軸系出現(xiàn)扭振時(shí)在軸截面上會產(chǎn)生相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)變形值,如弧長或扭角,此時(shí)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(zhuǎn)軸系單次給藥方式相位差是旋轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動分析中極其重要的指標(biāo),相位差的大小直接反映了轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)變形程度的大小。因此,在測齒法原理的基礎(chǔ)之上,提出了一種新的方法,即基于相位差法的軸系應(yīng)力測量。其原理如圖2所示:基于測齒法的思想將旋轉(zhuǎn)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(shí)在靠近這兩個(gè)信號齒輪的齒旁布置兩個(gè)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(gè)傳感器在同一水平位置。當(dāng)轉(zhuǎn)軸上信號齒輪的任意一個(gè)齒轉(zhuǎn)動到電渦流傳感器時(shí),就會有相對應(yīng)的信號形成。由于軸系兩側(cè)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(gè)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(zhuǎn)軸系在轉(zhuǎn)動過程中一定會發(fā)生彈性形變并產(chǎn)生扭矩M,從而使兩個(gè)傳感器測得的脈沖信號不同步(但頻率相同),存在一個(gè)相位差△α,并且△α的值將隨兩個(gè)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(jīng)過數(shù)值變換可獲得軸系的扭變信息。將圖2中兩個(gè)傳感器的輸出信號分別進(jìn)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(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器分別對傳感器的輸出信號S設(shè)定脈沖計(jì)數(shù)器的頻率為f通過脈沖計(jì)數(shù)器得到旋轉(zhuǎn)軸系信號齒輪1和信號齒輪2轉(zhuǎn)動一圈所用的時(shí)間為:旋轉(zhuǎn)軸上信號齒輪1與信號齒輪2所在軸段處的平均轉(zhuǎn)速(r/min)為:旋轉(zhuǎn)軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個(gè)齒通過電渦流傳感器的瞬時(shí)角速度ω旋轉(zhuǎn)軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個(gè)齒通過電渦流傳感器的瞬時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)n旋轉(zhuǎn)軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個(gè)齒通過電渦流傳感器時(shí)信號齒輪1和2的扭角φ由式(6)可得,旋轉(zhuǎn)軸系上信號齒輪1和信號齒輪2的第i個(gè)齒通過電渦流傳感器時(shí)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(yīng)力的作用下,被測轉(zhuǎn)軸信號齒輪的第i個(gè)齒轉(zhuǎn)到第i+1個(gè)齒時(shí)信號齒輪2處所對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸表面的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)變γ是:式(8)中,R—為旋轉(zhuǎn)軸系的半徑;l—為信號齒輪1到信號齒輪2的距離。根據(jù)材料力學(xué)的虎克定律可知,在旋轉(zhuǎn)軸的表面所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ其中,G——旋轉(zhuǎn)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(gè)旋轉(zhuǎn)軸系的應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要借助汽車傳動軸的扭振試驗(yàn)臺來進(jìn)行搭建,整個(gè)試驗(yàn)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(gè)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(jī)箱(內(nèi)置NIPXI-6259M數(shù)據(jù)采集卡)等旋轉(zhuǎn)軸系應(yīng)力應(yīng)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(jī)的轉(zhuǎn)速影響為了方便旋轉(zhuǎn)軸扭振信號的采集,通過在汽車傳動軸的性能試驗(yàn)臺上布置的傳感器來獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。信號采集的對象是傳動軸軸段的慣量盤,在傳動軸的兩側(cè)各布置一個(gè)齒數(shù)為60的信號齒輪,該信號齒輪的參數(shù)如表1所示。測試試驗(yàn)選擇在怠速工況下進(jìn)行,在怠速工況下發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為800r/min,此時(shí)發(fā)動機(jī)只靠離合器摩擦片的摩擦力作用驅(qū)動傳動軸系旋轉(zhuǎn),因此會引起傳動軸轉(zhuǎn)速的較大波動。在測試時(shí),設(shè)置完測試參數(shù)后,只要啟動測試軟件,即可實(shí)時(shí)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(shí)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(nèi)波動,其中存在少量的干擾信號。同時(shí)該軟件平臺也可以實(shí)時(shí)反映旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)過信號處理后的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波形、扭轉(zhuǎn)應(yīng)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(shí)間點(diǎn)上旋轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變波形、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波形和扭矩波形。從圖上可以獲悉旋轉(zhuǎn)軸的應(yīng)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(shù)據(jù)與其他測量儀器的測量結(jié)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(zhuǎn)軸系扭振檢測方法實(shí)際應(yīng)用案例在旋轉(zhuǎn)軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測量方式測齒法的基礎(chǔ)上,提出了一種精度高、可靠性好的旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)力應(yīng)變測試方法。該方法基于相位差的原理,通過對旋轉(zhuǎn)軸上不同軸段處所采集到的信號進(jìn)行對比分析、處理,獲取旋轉(zhuǎn)軸上的扭力信息。推導(dǎo)了這一過程的算法,并且依據(jù)推