本發(fā)明涉及一種軸系扭轉(zhuǎn)振動標(biāo)準(zhǔn)信號模擬系統(tǒng)，尤其是一種軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、扭轉(zhuǎn)振動是軸系常見的振動形式之一，其可能成為引發(fā)船舶發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和動力裝置劇烈振動以及噪聲的主要激勵源。目前，關(guān)于扭轉(zhuǎn)振動的模擬試驗大多只針對現(xiàn)象進(jìn)行了模擬，而對于振動幅值以及振動頻率卻并不能較好的進(jìn)行精確控制。對基于脈沖時序法測量軸系扭轉(zhuǎn)振動試驗儀器的校準(zhǔn)采用的方法為借助萬向軸旋轉(zhuǎn)過程中扭轉(zhuǎn)二次激勵信號進(jìn)行校準(zhǔn)，但對萬向軸旋轉(zhuǎn)過程中扭轉(zhuǎn)二次激勵目前研究還極為不成熟?；谏鲜鲈颍壳搬槍τ谠谳S系扭振測試中廣泛采用的基于脈沖時序法測量軸系扭轉(zhuǎn)振動試驗儀器的校準(zhǔn)還存在較大的缺陷。

2、因此，需要一種軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，用于對軸系扭轉(zhuǎn)振動的現(xiàn)象進(jìn)行模擬并生成給定幅值和頻率的扭轉(zhuǎn)振動信號，對基于脈沖時序法測量軸系扭轉(zhuǎn)振動的軸系扭轉(zhuǎn)振動試驗儀器進(jìn)行檢測標(biāo)定的信號模擬系統(tǒng)，為軸系扭轉(zhuǎn)振動的研究以及試驗儀器的標(biāo)定提供平臺。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為更加深入地對軸系扭轉(zhuǎn)振動進(jìn)行研究，為基于脈沖時序法進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動測量的儀器進(jìn)行校準(zhǔn)提供更加精確的平臺，本發(fā)明提供一種能夠精確控制振動幅值和振動頻率的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)。將扭轉(zhuǎn)振動的幅值和頻率控制分別通過機(jī)械方法以及轉(zhuǎn)速控制的方法進(jìn)行控制，通過將振動參數(shù)分解成單一參量進(jìn)行控制來提高各參量的控制精度。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，包括外部動力機(jī)驅(qū)動的軸、人機(jī)交互系統(tǒng)、碳刷-滑環(huán)供電系統(tǒng)、信號電機(jī)、無線信號接收及控制器、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、測振齒輪、脈沖測量傳感器、軸承系統(tǒng)，外部電源通過碳刷-滑環(huán)供電系統(tǒng)對軸上信號電機(jī)以及無線信號接收及控制器進(jìn)行供電；外部動力機(jī)驅(qū)動的軸以設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)模擬軸運(yùn)轉(zhuǎn)平均轉(zhuǎn)速；在軸以某一轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，人機(jī)交互系統(tǒng)通過無線信號對軸上無線信號接收及控制器發(fā)送控制指令，調(diào)整信號電機(jī)轉(zhuǎn)速，信號電機(jī)通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動測振齒輪相對于軸產(chǎn)生周向振動，振動頻率與信號電機(jī)轉(zhuǎn)動頻率一致；脈沖測量傳感器將所模擬的扭轉(zhuǎn)振動信號以電信號對外界輸出。

3、進(jìn)一步，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)由偏心輪、連桿、銷軸以及搖桿組成，通過改變偏心輪的偏心距來改變搖桿的擺動幅值，實現(xiàn)對信號齒輪往復(fù)振動幅值的控制，從而通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)對振動幅值進(jìn)行控制實現(xiàn)對幅值參數(shù)的溯源性保證以及通過無線信號接收及控制器對信號電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制實現(xiàn)對振動頻率參數(shù)的溯源性保證。

4、進(jìn)一步，信號電機(jī)通過偏心輪連接連桿，連桿通過銷軸連接搖桿，搖桿再通過卡環(huán)固定銷軸固定連接在軸上的固定卡環(huán)上；連桿與搖桿的連接點、測振齒輪經(jīng)擺動銷軸與搖桿的連接點以及搖桿與固定卡環(huán)的連接點之間形成省力杠桿，能降低信號電機(jī)驅(qū)動力矩，提高信號電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制精度。

5、進(jìn)一步，擺動銷軸與搖桿之間采用間隙配合，能相對滑動，平衡測振測振齒輪往復(fù)運(yùn)動過程中擺動銷軸孔位置與搖桿產(chǎn)生的相對運(yùn)動。

6、進(jìn)一步，測振齒輪通過軸承安裝于軸表面，與軸產(chǎn)生沿周向方向的相對運(yùn)動。

7、進(jìn)一步，信號電機(jī)與無線信號接收及控制器對稱布置于固定卡環(huán)的兩側(cè)，能降低不平衡離心力對信號模擬精度的影響。

8、進(jìn)一步，扭轉(zhuǎn)振動信號通過既時以一轉(zhuǎn)速共同轉(zhuǎn)動，同時又具有相對運(yùn)動的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和測振齒輪、軸承系統(tǒng)兩部分共同模擬完成；

9、進(jìn)一步，扭轉(zhuǎn)振動信號分解為頻率和幅值兩個獨立的控制參量，并將幅值參量轉(zhuǎn)化成偏心輪的偏心量的固定機(jī)械參數(shù)，頻率參量轉(zhuǎn)化成便于控制的轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行控制。

10、本發(fā)明的有益效果是：

11、本發(fā)明通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將軸系扭振信號分解為頻率和幅值兩個獨立的控制參量，并將幅值參量轉(zhuǎn)化成機(jī)械參數(shù)進(jìn)行控制，頻率參量轉(zhuǎn)化成便于控制的轉(zhuǎn)速參數(shù)，將扭轉(zhuǎn)振動的幅值和頻率的二維參數(shù)控制降維至頻率控制的單一參數(shù)控制，降低了控制難度和提高了控制精度。有效的解決了軸系以一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的扭轉(zhuǎn)振動參數(shù)控制精度以及溯源性問題，為基于脈沖時序法測量軸系扭轉(zhuǎn)振動試驗儀器的校準(zhǔn)提供了精確可控的信號源。也為軸系扭轉(zhuǎn)振動的進(jìn)一步研究提供了可靠和有效的試驗平臺。

技術(shù)特征：

1.一種軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：包括外部動力機(jī)驅(qū)動的軸、人機(jī)交互系統(tǒng)、碳刷-滑環(huán)供電系統(tǒng)、信號電機(jī)、無線信號接收及控制器、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、測振齒輪、脈沖測量傳感器、軸承系統(tǒng)，外部電源通過碳刷-滑環(huán)供電系統(tǒng)對軸上信號電機(jī)以及無線信號接收及控制器進(jìn)行供電；外部動力機(jī)驅(qū)動的軸以設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)模擬軸運(yùn)轉(zhuǎn)平均轉(zhuǎn)速；在軸以某一轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，人機(jī)交互系統(tǒng)通過無線信號對軸上無線信號接收及控制器發(fā)送控制指令，調(diào)整信號電機(jī)轉(zhuǎn)速，信號電機(jī)通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動測振齒輪相對于軸產(chǎn)生周向振動，振動頻率與信號電機(jī)轉(zhuǎn)動頻率一致；脈沖測量傳感器將所模擬的扭轉(zhuǎn)振動信號以電信號對外界輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)由偏心輪、連桿、銷軸以及搖桿組成，通過改變偏心輪的偏心距來改變搖桿的擺動幅值，實現(xiàn)對信號齒輪往復(fù)振動幅值的控制，從而通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)對振動幅值進(jìn)行控制實現(xiàn)對幅值參數(shù)的溯源性保證以及通過無線信號接收及控制器對信號電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制實現(xiàn)對振動頻率參數(shù)的溯源性保證。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：信號電機(jī)通過偏心輪連接連桿，連桿通過銷軸連接搖桿，搖桿再通過卡環(huán)固定銷軸固定連接在軸上的固定卡環(huán)上；連桿與搖桿的連接點、測振齒輪經(jīng)擺動銷軸與搖桿的連接點以及搖桿與固定卡環(huán)的連接點之間形成省力杠桿，能降低信號電機(jī)驅(qū)動力矩，提高信號電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制精度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：擺動銷軸與搖桿之間采用間隙配合，能相對滑動，平衡測振測振齒輪往復(fù)運(yùn)動過程中擺動銷軸孔位置與搖桿產(chǎn)生的相對運(yùn)動。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：測振齒輪通過軸承安裝于軸表面，與軸產(chǎn)生沿周向方向的相對運(yùn)動。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：信號電機(jī)與無線信號接收及控制器對稱布置于固定卡環(huán)的兩側(cè)，能降低不平衡離心力對信號模擬精度的影響。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：扭轉(zhuǎn)振動信號通過既時以一轉(zhuǎn)速共同轉(zhuǎn)動，同時又具有相對運(yùn)動的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和測振齒輪、軸承系統(tǒng)兩部分共同模擬完成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，其特征在于：扭轉(zhuǎn)振動信號分解為頻率和幅值兩個獨立的控制參量，并將幅值參量轉(zhuǎn)化成偏心輪的偏心量的固定機(jī)械參數(shù)，頻率參量轉(zhuǎn)化成便于控制的轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行控制。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種軸系扭轉(zhuǎn)振動模擬實驗臺架系統(tǒng)，外部電源通過碳刷?滑環(huán)供電系統(tǒng)對軸上信號電機(jī)以及無線信號接收及控制器供電；在軸轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，人機(jī)交互系統(tǒng)通過無線信號對軸上無線信號接收及控制器發(fā)送控制指令，調(diào)整信號電機(jī)轉(zhuǎn)速，信號電機(jī)通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動測振齒輪相對于軸產(chǎn)生周向振動，振動頻率與信號電機(jī)轉(zhuǎn)動頻率一致；脈沖測量傳感器將所模擬的扭轉(zhuǎn)振動信號以電信號對外界輸出。本發(fā)明通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將軸系扭振信號分解為頻率和幅值兩個獨立的控制參量，將幅值參量轉(zhuǎn)化成機(jī)械參數(shù)控制，頻率參量轉(zhuǎn)化成便于控制的轉(zhuǎn)速參數(shù)，將扭轉(zhuǎn)振動幅值和頻率的二維參數(shù)控制降維至頻率控制的單一參數(shù)控制，降低了控制難度和提高了控制精度。

技術(shù)研發(fā)人員：雷俊松,王佩君,孫宇昕,劉新伯,毛崢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國船舶集團(tuán)有限公司第七〇四研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19