[发明专利]一种线接触滚滑摩擦振动噪声试验台及试验分析方法

摘要

本发明提供了一种线接触滚滑摩擦振动噪声试验台及试验分析方法。可以真实的模拟线接触齿轮、车轨等机械部件中的摩擦形式，进行动态实时采集摩擦力矩、相对滑动速度、滚动速度以及噪声信号，方便的实现线接触摩擦振动噪声的研究，并能够变工况的进行试验；具有方便更换试验试件的安装结构，能够方便地进行拆装，使得试验台工作在不同工况下，实现对不同载荷、不同材料以及不同试件尺寸下滚滑摩擦噪声的研究；采用一个伺服电机驱动一个单输入双输出的分流齿轮箱，从而形成功率封闭的驱动形式，既减小试验台体积，也节省成本。 1

主权项

1.一种线接触滚滑摩擦振动噪声试验台，其特征在于：主要包括小方钢支架(65)、大方钢支架(70)、T型槽平台(32)、固定T型槽台(1)、移动T型槽台(16)、隔声罩(55)、固定加载台(56)、移动主轴(8)、第一同步带轮(21)、同步带(22)、第二同步带轮(23)、传动轴(25)、伺服电机(37)、分流齿轮箱(40)、扭矩传感器(44)、固定主轴(46)、传声器(72)；其中，小方钢支架(65)和大方钢支架(70)分别采用地脚螺栓固连在地面上主要起到支撑试验台的作用，小方钢支架(65)通过螺栓与固定T型槽台(1)和固定加载台(56)连接，大方钢支架(70)通过螺栓与T型槽平台(32)连接，固定T型槽台(1)、固定加载台(56)通过螺栓与T型槽平台(32)水平连接，以提高支撑系统的刚度；固定T型槽台(1)加工有T型槽用于从动试件(69)及其支撑部件的安装；固定加载台(56)加工有燕尾型槽与移动T型槽台(16)连接，在移动T型槽台(16)上表面加工有T型槽用于主动试件(68)及其支撑部件的安装；T型槽平台(32)上加工有T型槽用于伺服电机(37)、分流齿轮箱(40)、传动轴(25)和扭矩传感器(44)的定位安装；伺服电机(37)通过联轴器与分流齿轮箱(40)的输入轴相连，将运动输入；分流齿轮箱(40)的一个输出轴通过联轴器与扭矩传感器(44)相连，扭矩传感器(44)的另一端与固定主轴(46)相连，固定主轴(46)上安装有从动试件(69)，扭矩传感器(44)可以实时测量固定主轴(46)上由从动试件(69)所受摩擦力产生的摩擦扭矩；分流齿轮箱(40)的另一个输出轴通过联轴器和传动轴(25)相连；传动轴(25)的另一端安装有第一同步带轮(21)，第一同步带轮(21)与同步带(22)啮合将运动传递至第二同步带轮(23)，第二同步带轮(23)安装在移动主轴(8)上，移动主轴(8)上安装有主动试件(68)；

所述的隔声罩(55)将试验过程中噪声较大的部件进行隔离，包括伺服电机(37)、分流齿轮箱(40)、传动轴(25)、右轴承座(26)和扭矩传感器(44)；

所述的传声器(72)安装在地面支架上，可以根据不同试件对接触位置的变化而移动，并进行实时声压采集；

所述的移动T型槽台(16)侧壁通过螺钉连接压力传感器(62)，压力传感器(62)中心有螺纹孔，通过螺纹连接固定在固定加载台(56)上的加载丝杠(60)，移动T型槽台(16)在固定加载台(56)上受燕尾槽约束只存在水平直线方向的移动自由度；

所述的伺服电机(37)通过螺钉与电机支架(36)相连，电机支架(36)通过螺栓连接在T型槽平台(32)的T型槽中；

所述的传动轴(25)安装于左轴承座(24)和右轴承座(26)上，左轴承座(24)和右轴承座(26)分别通过螺栓安装于T型槽平台(32)上；

所述的扭矩传感器(44)通过螺栓安装在传感器支架(43)上；

所述的主动试件(68)通过胀套安装在移动主轴(8)上，从动试件(69)通过胀套安装在固定主轴(46)上；

所述的移动主轴(8)分别通过角接触球轴承安装在移动台动轴承座(10)与移动台定轴承座(51)上，移动台动轴承座(10)和移动台定轴承座(51)分别通过螺栓与移动T型槽台(16)连接；

所述的固定主轴(46)分别通过角接触球轴承安装在固定台动轴承座(4)和固定台定轴承座(49)上，固定台动轴承座(4)和固定台定轴承座(49)分别通过螺栓与固定T型槽台(1)连接；

所述的移动主轴(8)和固定主轴(46)上分别放置有测量转速的霍尔转速传感器，用于实时采集两轴的准确转速。

2.基于如权利要求1所述试验台的一种线接触滚滑摩擦振动噪声试验分析方法，其特征在于作法如下：

步骤1：启动电机，利用布置于试件周围声场的传声器(72)采集背景噪声，然后，通过加载丝杠(60)推动移动T型槽台(16)，从而带动安装在移动T型槽台(16)上的主动试件(68)与从动试件(69)产生挤压，利用压力传感器(62)测量两个试件接触时的正压力；伺服电机(37)驱动分流齿轮箱(40)，分流齿轮箱(40)输出两路旋转方向相反的运动，一路运动通过扭矩传感器(44)将传递至从动试件(69)，另一路运动通过传动轴(25)和带轮传递至主动试件(68)，即使得主动试件(68)与从动试件(69)形成线接触的摩擦副；利用霍尔转速传感器实时采集主动试件(68)和从动试件(69)的转速，利用扭矩传感器(44)采集主动试件(68)和从动试件(69)之间的摩擦扭矩，同时，利用传声器(72)采集两个试件摩擦副的摩擦振动噪声；

步骤2：利用扭矩传感器(44)采集的摩擦扭矩数据除以从动试件(69)半径可以得到摩擦力大小，摩擦力除以压力传感器(62)测量得到的压力数据可以得到摩擦副的摩擦系数，将传声器(72)采集的摩擦振动噪声信号除去背景噪声得到摩擦副的摩擦振动噪声；根据主动试件(68)和从动试件(69)的半径尺寸和利用两个霍尔转速传感器采集的转速，可以分别得到两个试件圆周上的线速度v₁和v₂，再利用公式v_a＝v₁‑v₂计算得到两个试件表面的相对滑动速度v_a，利用公式v_b＝(v₁+v₂)/2得到滚动速度v_b，利用公式Ac＝2(v₁‑v₂)/(v₁+v₂)计算得到滑滚比Ac，至此，分别得到摩擦系数、相对滑动速度、滚动速度、滑滚比与摩擦振动噪声的对应值；

步骤3：通过改变电机转速或电机输出速度曲线、更换不同材料的试件对、不同尺寸的试件对和不同表面粗糙度的试件组合进行试验，即可获得摩擦振动噪声与各种因素之间的关系，所述的各种因素包括摩擦系数、相对滑动速度、滚动速度、滑滚比。