本發(fā)明涉及一種力可控的機械傳動式轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺,屬于旋轉(zhuǎn)機械模擬試驗技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)機械是指依靠轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動進行工作的機器，由轉(zhuǎn)子、軸承等零部件組成。轉(zhuǎn)子作為旋轉(zhuǎn)機械的主要部件，與定子的碰摩是旋轉(zhuǎn)機械中最常發(fā)生也是極具破壞性的一種故障。通過轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺模擬轉(zhuǎn)子碰摩故障，研究不同碰摩程度下旋轉(zhuǎn)機械的運行狀態(tài)，對于預(yù)防旋轉(zhuǎn)機械碰摩事故的發(fā)生具有重要的實際意義。

轉(zhuǎn)子碰摩試驗裝置多采用碰摩釘或碰摩柱等部件進行碰摩模擬試驗，通過手動或液壓自動加載的方式調(diào)節(jié)碰摩釘或碰摩柱與轉(zhuǎn)子的法向碰撞力，碰摩時的切向摩擦力則采用應(yīng)變片進行測量；其不足之處在于，采用液壓缸加載的方式雖可實現(xiàn)法向碰撞力的自動調(diào)節(jié)，但液壓缸配套的液壓系統(tǒng)會增加試驗裝置的占地面積，同時增大了試驗裝置的系統(tǒng)調(diào)試難度；采用碰摩釘或碰摩柱與轉(zhuǎn)子進行碰摩，當(dāng)碰摩試驗要求的法向碰撞力過大時，容易引起切向摩擦力的過載，從而導(dǎo)致碰摩釘或碰摩柱存在斷裂的安全隱患，現(xiàn)有試驗裝置難以滿足高強度碰摩試驗的安全需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種力可控的機械傳動式轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺，使其能更準(zhǔn)確、安全地模擬旋轉(zhuǎn)機械碰摩故障，為預(yù)防旋轉(zhuǎn)機械碰摩事故的發(fā)生提供更可靠的試驗依據(jù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種力可控的機械傳動式轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺，包括轉(zhuǎn)子組件、施力機構(gòu)和機座；轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機，其特征在于:該碰摩試驗臺還包括數(shù)據(jù)采集及控制單元，所述的施力機構(gòu)包括施力機構(gòu)底座、滑臺、施力機構(gòu)電機、Y向動態(tài)扭矩傳感器、施力輪、施力軸、X向動態(tài)扭矩傳感器和磁粉制動器；施力軸通過軸承安裝在施力架上，施力軸、X向動態(tài)扭矩傳感器和磁粉制動器之間通過聯(lián)軸器相連，施力架、X向動態(tài)扭矩傳感器和磁粉制動器安裝在滑臺上；滑臺通過施力機構(gòu)導(dǎo)軌副與施力機構(gòu)底座相連，并通過施力機構(gòu)絲杠副與Y向動態(tài)扭矩傳感器的一端相連，Y向動態(tài)扭矩傳感器的另一端與施力機構(gòu)電機相連；所述施力輪的圓心與轉(zhuǎn)盤的圓心保持在同一水平面；施力機構(gòu)底座通過移動機構(gòu)導(dǎo)軌副與機座相連，施力機構(gòu)底座通過移動機構(gòu)絲杠副與移動機構(gòu)電機相連；所述的數(shù)據(jù)采集及控制單元分別通過信號線與驅(qū)動電機、移動機構(gòu)電機、施力機構(gòu)電機、Y向動態(tài)扭矩傳感器、磁粉制動器和X向動態(tài)扭矩傳感器電連接，采集Y向動態(tài)扭矩傳感器和X向動態(tài)扭矩傳感器的扭矩信號，并分別控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速、移動機構(gòu)電機的轉(zhuǎn)動角度、施力機構(gòu)電機的輸出扭矩和磁粉制動器的輸出扭矩。

優(yōu)選地，在機座上開有兩條平行的倒T型槽，轉(zhuǎn)子組件通過倒T型槽與機座相連。

優(yōu)選地，該轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺還包括移動機構(gòu)底座，該移動機構(gòu)底座固定在機座上，施力機構(gòu)底座通過移動機構(gòu)導(dǎo)軌副設(shè)置在移動機構(gòu)底座上，在移動機構(gòu)底座與機座之間設(shè)有使施力輪的圓心與轉(zhuǎn)盤的圓心保持在同一水平面的調(diào)節(jié)機構(gòu)。

優(yōu)選地，所述的調(diào)節(jié)機構(gòu)由墊板和調(diào)節(jié)螺栓組成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果：本發(fā)明的方案在進行試驗時，采用機械傳動的結(jié)構(gòu)通過施力機構(gòu)電機間接給轉(zhuǎn)盤施力，實現(xiàn)了碰摩試驗法向碰撞力的可控加載；試驗臺通過施力輪給轉(zhuǎn)盤施力，與采用碰摩釘或碰摩柱施力相比，施力輪可承受的碰摩力強度高，且施力輪外圓周的任意一點均可作為施力點，施力輪的磨損非常小，能長期維持高精度，試驗設(shè)施的耐用性強于采用碰摩釘或碰摩柱固定點施力的方式；②采用磁粉制動器作為安全保護裝置，當(dāng)切向摩擦力作用在施力輪的扭矩大于等于磁粉制動器的安全輸出扭矩時，說明試驗產(chǎn)生的切向摩擦力過大，容易引發(fā)試驗事故，此時，施力輪會帶動施力軸開始轉(zhuǎn)動，從而使得碰摩點由滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，降低了切向摩擦力對施力輪的影響，避免了試驗事故的發(fā)生，若采用碰摩釘或碰摩柱的施力方式，則不可避免的存在碰摩釘或碰摩柱斷裂的安全隱患。因此，本發(fā)明裝置在進行旋轉(zhuǎn)機械碰摩故障模擬試驗時，能安全、方便、低成本地實現(xiàn)法向碰撞力的精確、可靠控制，從而為預(yù)防旋轉(zhuǎn)機械碰摩事故的發(fā)生提供更可靠的試驗依據(jù)。③本試驗臺采用轉(zhuǎn)軸的軸承通過軸承套與軸承安裝座相連、軸承安裝座通過螺栓安裝在機座的倒T型槽上，移動機構(gòu)底座通過調(diào)節(jié)機構(gòu)與機座相連的安裝方式，方便地實現(xiàn)了不同型號轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸的可重構(gòu)，提高了試驗臺的通用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種力可控的機械傳動式轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺實施例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明法向碰撞力加載的控制框圖。

圖3是本發(fā)明切向摩擦力閾值調(diào)節(jié)的控制框圖。

圖中：1-機座；2-墊板；3-移動機構(gòu)導(dǎo)軌副；4-移動機構(gòu)底座；5-施力機構(gòu)底座；6-施力機構(gòu)電機；7-施力機構(gòu)導(dǎo)軌副；8-滑臺；9-施力架；10-施力輪；11-施力軸；12-轉(zhuǎn)軸；13-轉(zhuǎn)盤；14-軸承安裝座；15-轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機；16-軸承套；17-倒T型槽；18-磁粉制動器；19-X向動態(tài)扭矩傳感器；20-施力機構(gòu)絲杠副；21-移動機構(gòu)電機；22-移動機構(gòu)絲杠副；23-Y向動態(tài)扭矩傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、原理及工作過程進行進一步說明

參見圖1，本發(fā)明提供的一種力可控的機械傳動式轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺，包括機座1、轉(zhuǎn)子組件和施力機構(gòu)，轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)盤13、轉(zhuǎn)軸12、轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機15和數(shù)據(jù)采集及控制單元，所述的施力機構(gòu)包括施力機構(gòu)底座5、滑臺8、施力機構(gòu)電機6、Y向動態(tài)扭矩傳感器23、施力架9、施力輪10、施力軸11、X向動態(tài)扭矩傳感器19和磁粉制動器18；施力軸11通過軸承安裝在施力架9上，施力軸11、X向動態(tài)扭矩傳感器19和磁粉制動器18之間通過聯(lián)軸器相連，施力架9、X向動態(tài)扭矩傳感器19和磁粉制動器18安裝在滑臺8上。

滑臺8通過施力機構(gòu)導(dǎo)軌副7與施力機構(gòu)底座5相連，該滑臺8并通過施力機構(gòu)絲杠副20與Y向動態(tài)扭矩傳感器23的一端相連，該Y向動態(tài)扭矩傳感器23的另一端與施力機構(gòu)電機6相連；所述施力輪10的圓心與轉(zhuǎn)盤13的圓心保持在同一水平面；施力機構(gòu)底座5通過移動機構(gòu)導(dǎo)軌副3與機座1相連，施力機構(gòu)底座5通過移動機構(gòu)絲杠副22與移動機構(gòu)電機21相連。

所述的數(shù)據(jù)采集及控制單元分別通過信號線與轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機15、移動機構(gòu)電機21、施力機構(gòu)電機6、Y向動態(tài)扭矩傳感器23、磁粉制動器18和X向動態(tài)扭矩傳感器19電連接，采集Y向動態(tài)扭矩傳感器23和X向動態(tài)扭矩傳感器19的扭矩信號，分別控制轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機15的轉(zhuǎn)速、移動機構(gòu)電機21的轉(zhuǎn)動角度、施力機構(gòu)電機6的輸出扭矩和磁粉制動器18的輸出扭矩。

為方便地實現(xiàn)了不同型號轉(zhuǎn)盤13、轉(zhuǎn)軸12的可重構(gòu)，提高試驗臺的通用性，可在機座1上開設(shè)兩條平行的倒T型槽17，將轉(zhuǎn)子組件中轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機15、軸承安裝座14通過倒T型槽17與機座1相連。。

在實驗過程中，為了使施力輪10的圓心與轉(zhuǎn)盤13的圓心保持在同一水平面內(nèi)，該轉(zhuǎn)子碰摩試驗臺還包括移動機構(gòu)底座4，該移動機構(gòu)底座4固定在機座1上，施力機構(gòu)底座5通過移動機構(gòu)導(dǎo)軌副3設(shè)置在移動機構(gòu)底座4上，在移動機構(gòu)底座4與機座1之間設(shè)置調(diào)節(jié)機構(gòu)，可方便調(diào)節(jié)施力輪10的圓心與轉(zhuǎn)盤13的圓心保持在同一水平面上。本實施例中，調(diào)節(jié)機構(gòu)采用由墊板2和調(diào)節(jié)螺栓組成。

當(dāng)需要更換不同型號的轉(zhuǎn)盤13、轉(zhuǎn)軸12時，只需調(diào)整軸承安裝座14在倒T型槽17的位置、更換與轉(zhuǎn)軸12軸承配套的軸承套16、調(diào)整設(shè)置在移動機構(gòu)底座4與機座1之間的調(diào)節(jié)機構(gòu)即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤13、轉(zhuǎn)軸12的可重構(gòu)

圖2、3所示，試驗時，施力機構(gòu)電機6、Y向動態(tài)扭矩傳感器23構(gòu)成閉環(huán)控制，磁粉制動器18為開環(huán)控制，數(shù)據(jù)采集及控制單元通過Y向構(gòu)動態(tài)扭矩傳感器23、X向動態(tài)扭矩傳感器19采集法向碰撞力、切向摩擦力的大小，從而得到研究旋轉(zhuǎn)機械碰摩故障所需的試驗數(shù)據(jù)，為預(yù)防旋轉(zhuǎn)機械碰摩事故的發(fā)生提供更可靠的試驗依據(jù)。

本發(fā)明的原理和工作過程如下：

根據(jù)待試驗的轉(zhuǎn)盤13、轉(zhuǎn)軸12尺寸，調(diào)整設(shè)置在移動機構(gòu)底座4與機座1之間的調(diào)節(jié)機構(gòu)，使施力輪10的圓心與轉(zhuǎn)盤13的圓心保持在同一水平面；移動機構(gòu)電機21驅(qū)動移動機構(gòu)絲杠副22旋轉(zhuǎn)從而帶動施力機構(gòu)底座5沿移動機構(gòu)導(dǎo)軌副3移動，當(dāng)施力輪10與轉(zhuǎn)盤13外切時，移動機構(gòu)電機21停止轉(zhuǎn)動并保持自鎖狀態(tài)；轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機15根據(jù)用戶的試驗要求驅(qū)動轉(zhuǎn)軸12從而帶動轉(zhuǎn)盤13轉(zhuǎn)動；數(shù)據(jù)采集及控制單元根據(jù)用戶輸入的法向碰撞力的變化曲線，實時控制施力機構(gòu)電機6輸出扭矩的大小，通過施力輪10給轉(zhuǎn)盤13施加力，從而實現(xiàn)碰摩法向碰撞力按用戶需求變化，以模擬旋轉(zhuǎn)機械碰摩故障的各種工況；根據(jù)用戶輸入的切向摩擦力閾值，通過計算切向摩擦力閾值與施力輪10半徑的乘積，從而得到磁粉制動器18的安全輸出扭矩，控制磁粉制動器18的輸出扭矩為安全輸出扭矩并通過施力軸11作用在施力輪10上。當(dāng)試驗產(chǎn)生的切向摩擦力小于輸入的切向摩擦力閾值時，施力輪10處于鎖死狀態(tài)，施力輪10的外切點與轉(zhuǎn)盤13外圓周表面進行碰摩，此時碰摩點為滑動摩擦，碰摩試驗正常進行并采集試驗數(shù)據(jù)；當(dāng)試驗產(chǎn)生的切向摩擦力大于等于輸入的切向摩擦力閾值時，說明試驗產(chǎn)生的切向摩擦力過大，容易引發(fā)試驗安全隱患，此時，施力輪10會帶動施力軸11開始轉(zhuǎn)動，從而使得碰摩點由滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，降低了切向摩擦力對施力輪10的影響，碰摩試驗結(jié)束。