CN114739665B - 行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于行星减速器试验领域，提出了一种行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置及方法。该行星结构试验装置包括驱动系统、行星减速器、行星结构测试装置、行星结构不对中装置、壳体不对中装置、转矩负载模拟装置和试验台基座；驱动系统通过主轴与行星减速器连接，将旋转动力传输给行星减速器；行星减速器与转矩负载模拟装置连接，实现扭矩复合加载；行星减速器下部设有壳体不对中装置，内部有行星结构测试装置，内部的行星结构上设置行星结构不对中装置。该发明克服了运转状态行星齿轮在公转、自转状态下难以测量的问题，所测试得到的数据能够揭示齿轮与轴承力学特性、热特性之间的关联。

Description

行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置及方法

技术领域

本发明涉及行星减速器试验领域，尤其涉及一种行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置及方法。

背景技术

行星齿轮减速器具有体积小、重量轻、速比大、效率高等优点，因而在航空、船舶、汽车、起重机械及其它机械传动中获得了越来越广泛的应用。其行星结构由一个内齿圈紧密结合在齿箱壳体上，内齿圈中心有一个自外部动力所驱动的太阳轮，介于两者之间有一组由多颗齿轮等分组合的行星齿轮组，该组行星齿轮依靠着输出轴、内齿圈及太阳轮支承；传动时，输入轴驱动太阳轮，太阳轮将组合于行星架上的行星齿轮带动运转。整组行星齿轮沿着内齿圈自动绕行转动，行星架连结输出轴输出达到减速目的。行星结构中的零部件如轴承、齿轮具有既沿着自身轴线自转同时沿着中心轴线公转的特点，这种运动特点下的行星结构与传统的仅自转的零部件(齿轮、轴承)的振动等性能有较大的区别，因此需要专门的试验装置来展开研究。

目前，国内外针对行星减速器的测试与试验装置。在试验装置方面：如专利一种行星减速机测试平台(CN202101564785.7)、一种行星轮系模拟测试装置(CN202021698443)、一种反力矩测试装置及方法(CN201711130602.9)等装置采用的扭矩复合加载。而针对行星结构装配导致不对中、输入轴与壳体装配对中的模拟装置与试验缺少。

同时在测试方面：如专利用于行星齿轮的轴承滚动体与保持架的碰撞测试装置(CN202110740277.8)是针对保持架的，从运动特点上来看保持架的转速即公转转速n_m与轴承内圈转速n_i、外圈转速n_e有很大区别，他们之间存在以下关系：如专利一种偏航减速器试验台静载疲劳试验装(201910079898.9)、行星传动减速器传动效率测试装置(201420152113.9)都是在行星齿轮箱上安装传感器来获得信号，仅针对行星齿轮箱这一整体进行了测试；如专利一种行星齿轮箱太阳轮局部故障检测方法及系统(201610421538.9)、一种行星齿轮传动不均载系数测试系统(CN202011567404.0)是针对太阳轮齿轮的，仅具有自转运动；如专利用于行星齿轮的轴承滚动体与保持架的碰撞测试(CN202110740277.8)、行星轴承碰撞测试系统(CN202110691763.5)是针对轴承滚动体与保持架；缺乏针对行星减速器用行星轮结构测试装置与方法。因此，为更好的研究行星机构负载与装配条件下的试验，同时获得行星结构的零部件(齿轮、轴承)的性能参数，研究负载、不同状态变化下的行星结构零部件尤其的齿轮、轴承应力、温度等参数变化，揭示其变化规律，迫切需要一种新的行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置及方法。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种具有齿轮、轴承等零部件行星结构测试装置、行星结构不对中状态以及壳体偏载等装配与负载模拟试验装置的行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置，同时配合多级旋转信号传输技术实现在公转、自转状态下行星结构齿轮应变特性和轴承内外圈的原位振动及温度特性试验装置，同时提出试验装置的试验方法，用于揭示负载、不同状态变化下的行星结构零部件尤其齿轮、轴承应力、温度等参数变化规律。

一种行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置，该行星结构试验装置包括驱动系统1、行星减速器2、行星结构测试装置3、行星结构不对中装置4、壳体不对中装置5、转矩负载模拟装置6和试验台基座7；试验台基座7用于支承与安装所有装置；

驱动系统1位于高速端，其通过主轴14与行星减速器2连接，将旋转动力传输给行星减速器2输入端；行星减速器2的输出端与转矩负载模拟装置6连接，实现扭矩复合加载；行星减速器2下部设有壳体不对中装置5，壳体不对中装置5用于加载行星减速器2，实现壳体的偏置，模拟装配时输入轴与输出轴跟壳体之间的角度或位移；行星减速器2内部的行星结构上设置行星结构不对中装置4，用于产生行星轮轴的平移，即平行不对中；行星减速器2内部有行星结构测试装置3，通过传感器的贴附以及多级信号传输装置实现行星减速器2中的行星轮轴承23和行星轮24的振动与温度信号的测试与传输；

驱动系统1包括驱动电机11、驱动电机底座12、柔性联轴器13、主轴14和两组支撑组件；驱动电机11的主动轴通过柔性联轴器13与主轴14一端连接，主轴14的另一端连接行星减速器2，将驱动电机11的动力进一步传递到行星减速器2；驱动电机11的下端与驱动电机底座12连接；两组支撑组件用于支撑主轴14，支撑组件主要由支撑轴承台、支撑轴承座和支撑轴承依次安装组成，支撑轴承与主轴14配合连接；驱动电机底座12和支撑轴承台固定在试验台基座7上；

行星减速器2包括太阳轮轴承21、太阳轮22、行星轮轴承23、行星轮24、行星轮轴25、行星架26、内齿圈27、外部保持架28、滑道281、前压盖291和后压盖292；

太阳轮轴承21的内圈与主轴14另一端配合，其外圈与太阳轮22配合；行星轮轴承23的内圈与行星轮轴25一端配合，其外圈与行星轮24配合；行星轮轴承23外圈上设有一法兰盘312由螺栓固定，法兰盘312开有凹槽；行星轮轴25另一端通过螺母固定在行星架26上，将行星轮24的动力传输到行星架26上；行星轮轴25为空心轴，其侧壁上分别开设有行星轮轴前端通孔251和行星轮轴后端通孔252；行星轮轴前端通孔251、行星轮轴后端通孔252与行星轮轴25的空心轴形成通路，以供测试线路穿过；行星轮24分别与太阳轮22和内齿圈27相啮合；内齿圈27与外部保持架28过盈配合，保证内齿圈27与外部保持架28之间无相对运动；外部保持架28上设有限位块，限位块于竖直滑道281内滑动；外部保持架28上设有一耳座，耳座铰接U件51；外部保持架28前后分别由前压盖291、后压盖292压紧，整体套于主轴14上，通过螺栓紧固连接，避免行星轮轴承23因为轴向力的作用而产生轴向窜动；

行星结构测试装置3包括行星轮轴电滑环31、电滑环固定套311、行星轮外圈传感器32、齿根传感器321、行星轮内圈传感器33、内圈温度传感器331、输出轴电滑环34、采集装置35和电滑环固定柱36；

行星轮轴电滑环31通过电滑环固定套311固定在行星轮轴25端部；输出轴电滑环34套装在行星架26与联轴器62之间，其通过电滑环固定柱36固定在输出轴61上，电滑环固定柱36固定于试验台基座7上；行星齿轮外圈传感器32的应变片设置在行星轮轴承23的外圈端面上；

行星齿轮外圈传感器32的测试线路依次通过行星轮轴承23外圈上法兰盘312上的凹槽、行星轮轴电滑环31内环引出至行星轮轴电滑环31外环，再经由行星轮轴25的空心轴和行星轮轴后端通孔252穿出；行星轮内圈传感器33和内圈温度传感器331的应变片并列设置在行星轮轴承23的内圈上，两条测试线路一起依次通过行星轮轴前端通孔251、行星轮轴25空心轴、行星轮轴后端通孔252穿出；行星齿轮外圈传感器32、行星轮内圈传感器33和内圈温度传感器331的测试线路经行星轮轴后端通孔252穿出后汇合，共同沿着行星架26表面预设的长方形槽孔依次穿入输出轴61空心轴、输出轴通孔611至输出轴电滑环34的内环，再由输出轴电滑环34外环引出连接于采集装置35；

齿根传感器321的应变片设置在行星轮24的齿根部分，其测试线路沿着行星轮24外侧壁与行星齿轮外圈传感器32的测试线路于行星轮轴电滑环31内圈汇聚，一起沿路线传入采集装置35；

行星结构不对中装置4包括偏心套41和补偿块42；偏心套41一侧壁厚一侧壁薄呈渐变壁厚，其外表面与行星架26配合，内表面与行星轮轴25配合且侧面设有环形长条孔411，用于与行星架26连接；补偿环42与偏心套41相对于行星架成对称布置；补偿环42置于行星轮轴25上，并利用螺栓紧固；

壳体不对中装置5包括U件51、加载杆52、液压缸53和固定块54；液压缸53一端通过加载杆52与U件51连接，液压缸53的加载力通过加载杆52与U件51传递到行星减速器2中；液压缸53另一端与固定块54上端连接，固定块54固定在试验台基座7上；

转矩负载模拟装置6包括输出轴61、磁粉制动器64、制动器底座65和联轴器62；磁粉制动器64的驱动体轴63通过联轴器62与输出轴61的一端连接；输出轴61为空心轴，其另一端与行星架26进行连接；磁粉制动器64用来模拟实际运行过程中所受负载扭矩；磁粉制动器64连接在制动器底座65的上表面；制动器底座65固定在试验台基座7上。

所述的柔性联轴器13和联轴器62仅传递扭矩，不传递径向振动，用于隔离驱动电机11和磁粉制动器64的振动传递给行星轮轴承23。

3.一种行星减速器用公转与自转的行星结构试验方法，包括步骤如下：

一、行星结构不对中试验：

(1)启动驱动电机11对主轴14加载；

(2)开启行星结构测试装置3，成对称布置的两个齿根传感器321测试在行星齿轮齿根的不同部位的应变特性；行星轮轴承外圈传感器42测试行星齿轮轴承外圈的应变特性；行星轮内圈传感器33和内圈温度传感器331测试行星齿轮轴承外圈的应变和温度特性；所有传感器的信号按照既定的测试线路经过两个电滑环多级旋转信号传输至采集系统中；

3)转动偏心套(41)后利用环形长条孔(411)固定，测试在行星结构不对中情况下，行星结构的偏移量δ₁与行星轮齿根部位的应变ε_t1,ε_t2、行星轮轴承内圈应变ε_in、行星轮轴承外圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₂(δ₁)/k₁(δ₁) (3)

ε_in/ε_out＝k₄(δ₁)/k₃(δ₁) (4)

(1)式是行星结构的偏移量与行星轮应变之间的关系式；(2)式是行星结构的偏移量与行星轮轴承应变之间的关系式；(3)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(4)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式。

式中：k₁(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₂(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₃(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₄(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数。

(二)、壳体不对中试验：

步骤1)、2)两步与行星结构不对中试验的步骤1)、2)相同；

3)启动壳体调整加载装置中的液压缸(53)对行星齿轮减速器施加拉力，使得壳体发生径向位移δ₂，测试获得δ₂与行星轮齿根部位的应变ε_t1,ε_t2、行星轮轴承内圈应变ε_in和行星轮轴承外圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₆(δ₂)/k₅(δ₂) (7)

ε_in/ε_out＝k₈(δ₂)/k₇(δ₂) (8)

(5)式是壳体的偏移量与行星轮应变之间的关系式；(6)式是壳体的偏移量与行星轮轴承应变之间的关系式；(7)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(8)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式。

式中：k₅(δ₂)是壳体的偏移量δ₂与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₆(δ₁)是壳体的偏移量δ₂与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₇(δ₁)是行星结构的偏移量δ₂与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₈(δ₁)是行星结构的偏移量δ₂与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数。

(三)、负载扭矩试验：

步骤1)、2)两步与行星结构不对中试验的步骤1)、2)相同；

3)启动转矩负载模拟装置中的磁粉制动器(64)，对行星减速器施加负载M₁,测试获得M₁与与行星轮齿根部位的应变ε_t1,ε_t2、行星轮轴承内圈应变ε_in和行星轮轴承外圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₁₀(M₁)/k₉(M₁) (11)

ε_in/ε_out＝k₁₂(M₁)/k₁₁(M₁) (12)

(9)式是负载与行星轮应变之间的关系式；(10)式是负载与行星轮轴承应变之间的关系式；(11)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(12)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式。

式中：k₉(M₁)是负载M₁与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₁₀(M₁)是负载M₁与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₁₁(M₁)是负载M₁与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₁₂(M₁)是负载M₁与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数。

本发明的有益效果是：

1)本发明采用了应变片贴附轴承内外圈和齿轮，同时结合多级旋转信号传输技术实现在公转、自转状态下行星结构齿轮和轴承内外圈的同步原位应变及温度特性，克服了运转状态行星齿轮在公转、自转状态下难以测量的问题，所测试得到的数据能够揭示齿轮与轴承力学特性、热特性之间的关联。

2)本发明具有行星结构不对中装置能够实现行星齿轮轴承存在尺寸偏差状态下的模拟，同时配合补偿环能够实现行星结构不对中的模拟，同时能够避免行星结构不对中装置设置对系统质量分布影响。

3)本发明具有壳体不对中装置(利用液压缸对壳体施加载荷)，能够实现壳体与输入、输出轴的不同轴或不对中模拟，产生输入输出相对于壳体的不对中模拟。

4)本发明具有转矩负载模拟装置，能够模拟行星减速器的转矩负载，揭示不同负载变化下的行星结构齿轮、轴承间特性。

5)本发明基于提出测试方法以及具有的三种模拟装置，能够开展行星结构不对中、壳体不对中、转矩负载下齿轮、轴承测试试验，此外，齿轮应变测试测试齿根两侧布置方式，能够定量分析行星结构不对中下齿轮左右两侧应力差异，分析齿轮不对中与受力不均之间的关系。

附图说明

图1：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置总体结构图；

图2：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置驱动系统总体结构图；

图3(a)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置行星齿轮三维爆炸图；

图3(b)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置行星轮公转自转原理图；

图4(a)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置测试装置总体结构图；

图4(b)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置行星轮轴剖视图；

图4(c)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置法兰盘主视图；

图4(d)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置外圈传感器安装位置图；

图4(e)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置齿根传感器安装位置图；

图4(f)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置测试装置的测试线路轴测图；

图4(g)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置测试装置内圈传感器安装位置图；

图4(h)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置测试装置的测试线路剖视图；

图5(a)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置偏心套示意图；O11为偏心套外圆圆心；O22为偏心套内圆圆心；

图5(b)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置偏心套剖视图；

图5(c)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置偏心套调心原理图；

图5(d)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置偏心套调心一定角度原理图；

图5(e)：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置补偿环示意图；

图6：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置壳体偏载装置总体结构图；

图7：行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置转矩负载模拟装置总体结构图；

图中：1驱动系统；2行星齿轮；3轴承行星结构测试装置；4行星结构不对中装置；5壳体不对中装置；6转矩负载模拟装置；7试验台基座；11驱动电机；12驱动电机底座；13柔性联轴器；14主轴；151第一支撑轴承；152第一支撑轴承座；153第一支撑轴承台；161第二支撑轴承；162第二支撑轴承座；163第二支撑轴承台；21太阳轮轴承；22太阳轮；23行星轮轴承；24行星轮；25行星轮轴；251行星轮轴前端通孔；252行星轮轴后端通孔；26行星架；27内齿圈；28外部保持架；281滑道；291前压盖；292后压盖；31行星轮轴电滑环；311电滑环固定套；312法兰盘；32行星轮外圈传感器；321齿根传感器；33行星轮内圈传感器；331内圈温度传感器；34输出轴电滑环；35采集装置；36电滑环固定柱；41偏心套；42补偿环；51U件；52加载杆；53液压缸；54固定块；61输出轴；611输出轴通孔；62联轴器；63驱动体轴；64磁粉制动器；65制动器底座。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1试验装置的总体结构图。结合图1，该行星减速器用公转与自转的行星结构试验装括包括驱动系统1、行星减速器2、行星结构测试装置3、行星结构不对中装置4、壳体不对中装置5、转矩负载模拟装置6和试验台基座7。

所述的驱动系统1位于高速端，并通过主轴14与行星减速器2连接，将旋转动力传输给行星减速器2输入端。所述行星减速器2的输出端跟转矩负载模拟装置6连接，实现扭矩复合加载；行星减速器2下部设有壳体不对中装置5，所述的壳体不对中装置5用于将减速器加载，实现壳体的偏置，模拟装配时输入与输出轴跟壳体之间的角度或位移；行星减速器2内部行星结构设置行星结构不对中装置4用于产生行星轮轴的平移即平行不对中；行星减速器2内部有行星结构测试装置3，通过传感器的贴附以及多级信号传输装置实现行星减速器2中的行星轮轴承23和行星轮24的振动与温度信号的测试与传输；

所述的试验台基座7用于支承与安装包括驱动系统1、行星减速器2等所有装置。

图2为驱动系统的驱动装置、连接装置、支撑装置的安装与布置。

结合图2，所述的驱动系统1包括驱动电机11、驱动电机底座12、柔性联轴器13、主轴14和两组支撑组件；驱动电机11的主动轴通过柔性联轴器13与主轴14一端连接，驱动电机11是变频电机，通过控制驱动电机11的转速，可以控制主轴14的转速；主轴14的另一端连接行星减速器2，将驱动电机11的动力进一步传递到行星减速器2；驱动电机11的下端与驱动电机底座12连接；两组支撑组件用于支撑主轴，由支撑轴承台、支撑轴承座和支撑轴承依次连接组成，支撑轴承与主轴14配合连接；支撑轴承是滚动轴承，可以有效的承载较大的载荷；试验台基座7与驱动电机底座12和支撑轴承台的下表面连接。

图3(a)为行星减速器的三维爆炸图。结合图3(a)所述的行星减速器2包括太阳轮轴承21、太阳轮22、行星轮轴承23、行星轮24、行星轮轴25、行星架26、内齿圈27、外部保持架28、滑道281、前压盖291和后压盖292；太阳轮轴承21内圈通过主轴14的轴肩定位，采取基孔制方式与其过盈配合，外圈与太阳轮22基轴制配合；行星轮轴承23内圈与行星轮轴25前端采取基孔制过盈配合，以较高的预紧刚度避免行星轮轴承23测试过程中因瞬时过载而造成主轴-内圈、轴承座-外圈产生过大应力变形，行星轮轴承23外圈与行星轮24基轴制过盈配合；行星轮轴25为空心轴，两端侧壁上分别开设有行星轮轴前端通孔251和行星轮轴后端通孔252；行星轮轴前端通孔251和行星轮轴后端通孔252与空心轴形成通路，以供测试线路从其中穿过；行星轮轴25后端通过螺母与行星架26进行紧固连接；行星轮24同时与太阳轮22和内齿圈27相啮合；内齿圈27与外部保持架28过盈配合，保证内齿圈27与外部保持架28之间没有相对运动；外部保持架28的两侧设有限位块置于竖直滑道281内；外部保持架28下部设置一耳座铰接竖直U件51；外部保持架28前后由前压盖291、后压盖292压紧；前压盖291、后压盖292套于阶梯主轴14上通过螺栓紧固连接，避免行星轮轴承23因为轴向力的作用而产生轴向窜动；

图3(b)为行星轮公转自转原理图，结合图3(b)，行星轮24工作时既有公转又有自转，与其配合的行星轮轴承23的内圈只有绕X方向的公转，而行星轮轴承23的外圈不仅有绕X方向的公转，还有绕X方向的自转；

结合图4(a),所述的轴承行星结构测试装置3包括行星轮轴电滑环31、电滑环固定套311、法兰盘312、行星轮外圈传感器32、齿根传感器321、行星轮内圈传感器33、内圈温度传感器331、输出轴电滑环34、采集装置(35)、电滑环固定柱36和滑道281.

结合图4(b)到图4(g),行星齿轮外圈传感器42的应变片设置在行星轮轴承23的外圈上，用于测试轴承外圈的振动特性；行星轮轴承23与法兰盘312通过螺栓把合，并留有凹槽，方便行星齿轮外圈传感器42测试线路从中穿出；测试线路需要通过行星轮轴电滑环31和输出轴电滑环34两级传输到采集系统中；行星轮轴电滑环31利用电滑环固定套311固定在行星轮轴25前端；所述的输出轴电滑环34设置在行星架26与联轴器62之间，利用电滑环定位柱46固定在输出轴61上；测试装置中除行星齿轮外圈传感器42外还有齿根传感器321、行星轮内圈传感器45和内圈温度传感器331；齿根传感器321的应变片设置在行星轮24的齿根部分，用于测试齿轮的振动特性；行星轮内圈传感器45和内圈温度传感器331的应变片设置在行星轮轴承23的内圈上，用于测试轴承内圈的振动和温度特性。

结合图4(e)、图4(f)、图4(h)所述的齿根传感器(321)，其测试线路沿着行星轮外侧壁与行星齿轮外圈传感器22的测试线路于行星轮轴电滑环31内环汇聚，并一同传输；行星轮外圈传感器32的测试线路依次通过行星轮轴承23外圈上法兰盘312上的凹槽、行星轮轴电滑环31内环、行星轮轴电滑环31外环、行星轮轴25的通孔和行星轮轴后端通孔252穿出。行星轮内圈传感器33和内圈温度传感器331的测试线路依次通过行星轮轴前端通孔251、行星轮轴25空心轴、行星轮轴后端通孔252穿出；四条传感器测试线路于行星轮轴后端通孔252穿出后统一沿着行星架26上的长方形槽孔依次穿入输出轴61空心轴、输出轴通孔611至输出轴电滑环34的内环，再由输出轴电滑环34外环引出连接于采集装置35。

综上所述工作时，驱动系统1带动行星轮轴承23内外圈、行星轮轴电滑环31内圈、内圈传感器43、外圈传感器42以及位于其中的测试线路同步转动；带动行星架26、行星轮电滑环41外圈、输出轴电滑环34内圈及位于其中的测试线路同步转动；同时输出轴电滑环34的外圈通过电滑环固定柱36固定在输出轴61上；行星轮轴电滑环31的内环把行星轮轴承23外圈和齿轮l的振动信号，传输到行星轮轴电滑环31的外环，再与行星轮轴承23内圈的振动和温度信号一起传输到输出轴电滑环34的内环，再由内环传输到输出轴电滑环34的外环，并将采集的信号再传入采集装置35，最后传入电脑，进行分析和处理。

图5(a)和图5(b)为偏心套的示意图和剖视图；结合图5(a)、图5(b)，偏心套41外圆圆心O₁₁与内孔圆心O₂₂不同心，偏移距离H，偏心套41的呈一侧壁厚一侧壁薄的渐变壁厚；偏心套41的外表面与行星架26配合，内表面与行星轮轴25配合且侧面设有环形长条孔411用于与行星架26连接；

图5(c)和图5(d)为偏心套调心原理图；结合图5(c)和图5(d)说明不同心调整装置的调整原理，偏心套41外圆圆心O₁₁，与行星架26上的孔轴线重合；内孔圆心O₂₂，与行星轮轴轴线重合。内圈小圆与外圈大圆存在偏心距H，如图5(d)所示,当转动时内孔圆心O₂₂沿外圆圆心O₁₁旋转过角度θ，则行星轮轴25相对于行星架26上的孔产生不同心，进而使行星轮轴支点产生不对中，行星轮轴支点不同中量(水平方向、垂直方向)为：

图5(e)为补偿环示意图，如图所示，所述测试的补偿环42为钢制材料，用于补偿偏心套41调心装置增加行星架附加质量，减小与真实工作状态差异导致的测试误差，即

m_b＝m_g，I_b＝I_g

式中，m_b和I_b为补偿环42的附加质量和转动惯量；m_g和I_g为偏心套(41)调心装置的附加质量和转动惯量；

利用行星结构不对中装置4可完成行星结构不对中试验；所述的行星结构不对中试验步骤如下：

1)启动驱动电机11对主轴14加载；

2)开启行星结构测试装置3，成对称布置的两个齿根传感器321测试在行星齿轮齿根的不同部位的应变特性；行星轮轴承外圈传感器42测试行星齿轮轴承外圈的应变特性；行星轮内圈传感器33和温度传感器431测试行星齿轮轴承外圈的应变和温度特性；所有传感器的信号按照既定的测试线路经过两个电滑环多级旋转信号传输至采集系统中；

3)转动偏心套41后利用环形长条孔411固定，测试在行星结构不对中情况下，行星结构的偏移量δ₁与行星轮齿根部位的应变ε_t1,ε_t2；行星轮轴承内圈应变ε_in；行星轮轴承内圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₂(δ₁)/k₁(δ₁) (3)

ε_in/ε_out＝k₄(δ₁)/k₃(δ₁) (4)

(1)式是行星结构的偏移量与行星轮应变之间的关系式；(2)式是行星结构的偏移量与行星轮轴承应变之间的关系式；(3)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(4)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式。

式中：k₁(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₂(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₃(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₄(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数。

结合图6，壳体不对中装置包括U件51、加载杆52、液压缸53和固定块54；所述的液压缸53一端通过加载杆52与U件51连接；液压缸53的加载力通过加载杆52与U件51传递到行星减速器中；液压缸53另一端与固定块54上端连接；固定块54下表面与试验台基座7连接；

利用壳体不对中装置5开展壳体不对中试验；壳体不对中试验步骤如下：

1)启动驱动电机11对主轴14加载；

2)开启行星结构测试装置3，成对称布置的两个齿根传感器321测试在行星齿轮齿根的不同部位的应变特性；行星轮轴承外圈传感器42测试行星齿轮轴承外圈的应变特性；行星轮内圈传感器33和温度传感器431测试行星齿轮轴承外圈的应变和温度特性；所有传感器的信号按照既定的测试线路经过两个电滑环多级旋转信号传输至采集系统中；

3)启动壳体调整加载装置中的液压缸53对行星齿轮减速器施加拉力，使得壳体发生径向位移δ₂，测试获得δ₂与行星轮轴承内圈应变ε_in和行星轮轴承内圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₆(δ₁)/k₅(δ₁) (7)

ε_in/ε_out＝k₈(δ₁)/k₇(δ₁) (8)

(5)式是壳体的偏移量与行星轮应变之间的关系式；(6)式是壳体的偏移量与行星轮轴承应变之间的关系式；(7)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(8)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式。

式中：k₅(δ₂)是壳体的偏移量δ₂与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₆(δ₁)是壳体的偏移量δ₂与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₇(δ₁)是行星结构的偏移量δ₂与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₈(δ₁)是行星结构的偏移量δ₂与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数。

结合图7，所述的负荷模拟装置5包括输出轴61、联轴器62、驱动体轴63、磁粉制动器64、制动器底座65；所述的磁粉制动器64的驱动体轴63通过联轴器62与输出轴61的一端连接；输出轴61为空心轴，另一端与行星架26通过键512进行连接；磁粉制动器64用来模拟实际运行过程中所受负载扭矩；磁粉制动器64与制动器底座65的上表面连接；所述的制动器底座65下表面与试验台基座7连接；

利用负荷模拟装置5可以开展负载扭矩试验；负载扭矩试验步骤如下：

1)启动驱动电机11对主轴14加载；

2)开启行星结构测试装置3，成对称布置的两个齿根传感器321测试在行星齿轮齿根的不同部位的应变特性；行星轮轴承外圈传感器42测试行星齿轮轴承外圈的应变特性；行星轮内圈传感器33和温度传感器431测试行星齿轮轴承外圈的应变和温度特性；所有传感器的信号按照既定的测试线路经过两个电滑环多级旋转信号传输至采集系统中；

3)启动转矩负载模拟装置中的磁粉制动器64，对行星减速器施加负载M₁,测试获得M₁与行星轮轴承内圈应变ε_in和行星轮轴承内圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₁₀(M₁)/k₃(M₁) (11)

ε_in/ε_out＝k₁₂(M₁)/k₁₁(M₁) (12)

(9)式是负载与行星轮应变之间的关系式；(10)式是负载与行星轮轴承应变之间的关系式；(11)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(12)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式。

式中：k₉(M₁)是负载M₁与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₁₀(M₁)是负载M₁与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₁₁(M₁)是负载M₁与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₁₂(M₁)是负载M₁与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (3)

1.一种行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置，其特征在于，该行星结构试验装置包括驱动系统(1)、行星减速器(2)、行星结构测试装置(3)、行星结构不对中装置(4)、壳体不对中装置(5)、转矩负载模拟装置(6)和试验台基座(7)；试验台基座(7)用于支承与安装所有装置；

驱动系统(1)位于高速端，其通过主轴(14)与行星减速器(2)连接，将旋转动力传输给行星减速器(2)输入端；行星减速器(2)的输出端与转矩负载模拟装置(6)连接，实现扭矩复合加载；行星减速器(2)下部设有壳体不对中装置(5)，壳体不对中装置(5)用于加载行星减速器(2)，实现壳体的偏置，模拟装配时输入轴与输出轴跟壳体之间的角度或位移；行星减速器(2)内部的行星结构上设置行星结构不对中装置(4)，用于产生行星轮轴的平移，即平行不对中；行星减速器(2)内部有行星结构测试装置(3)，通过传感器的贴附以及多级信号传输装置实现行星减速器(2)中的行星轮轴承(23)和行星轮(24)的振动与温度信号的测试与传输；

驱动系统(1)包括驱动电机(11)、驱动电机底座(12)、柔性联轴器(13)、主轴(14)和两组支撑组件；驱动电机(11)的主动轴通过柔性联轴器(13)与主轴(14)一端连接，主轴(14)的另一端连接行星减速器(2)，将驱动电机(11)的动力进一步传递到行星减速器(2)；驱动电机(11)的下端与驱动电机底座(12)连接；两组支撑组件用于支撑主轴(14)，支撑组件主要由支撑轴承台、支撑轴承座和支撑轴承依次安装组成，支撑轴承与主轴(14)配合连接；驱动电机底座(12)和支撑轴承台固定在试验台基座(7)上；

行星减速器(2)包括太阳轮轴承(21)、太阳轮(22)、行星轮轴承(23)、行星轮(24)、行星轮轴(25)、行星架(26)、内齿圈(27)、外部保持架(28)、滑道(281)、前压盖(291)和后压盖(292)；

太阳轮轴承(21)的内圈与主轴(14)另一端配合，其外圈与太阳轮(22)配合；行星轮轴承(23)的内圈与行星轮轴(25)一端配合，其外圈与行星轮(24)配合；行星轮轴承(23)外圈上设有一法兰盘(312)由螺栓固定，法兰盘(312)开有凹槽；行星轮轴(25)另一端通过螺母固定在行星架(26)上，将行星轮(24)的动力传输到行星架(26)上；行星轮轴(25)为空心轴，其侧壁上分别开设有行星轮轴前端通孔(251)和行星轮轴后端通孔(252)；行星轮轴前端通孔(251)、行星轮轴后端通孔(252)与行星轮轴(25)的空心轴形成通路，以供测试线路穿过；行星轮(24)分别与太阳轮(22)和内齿圈(27)相啮合；内齿圈(27)与外部保持架(28)过盈配合，保证内齿圈(27)与外部保持架(28)之间无相对运动；外部保持架(28)上设有限位块，限位块于竖直滑道(281)内滑动；外部保持架(28)上设有一耳座，耳座铰接U件(51)；外部保持架(28)前后分别由前压盖(291)、后压盖(292)压紧，整体套于主轴(14)上，通过螺栓紧固连接，避免行星轮轴承(23)因为轴向力的作用而产生轴向窜动；

行星结构测试装置(3)包括行星轮轴电滑环(31)、电滑环固定套(311)、行星轮外圈传感器(32)、齿根传感器(321)、行星轮内圈传感器(33)、内圈温度传感器(331)、输出轴电滑环(34)、采集装置(35)和电滑环固定柱(36)；

行星轮轴电滑环(31)通过电滑环固定套(311)固定在行星轮轴(25)端部；输出轴电滑环(34)套装在行星架(26)与联轴器(62)之间，其通过电滑环固定柱(36)固定在输出轴(61)上，电滑环固定柱(36)固定于试验台基座(7)上；行星齿轮外圈传感器(32)的应变片设置在行星轮轴承(23)的外圈端面上；

行星齿轮外圈传感器(32)的测试线路依次通过行星轮轴承(23)外圈上法兰盘(312)上的凹槽、行星轮轴电滑环(31)内环引出至行星轮轴电滑环(31)外环，再经由行星轮轴(25)的空心轴和行星轮轴后端通孔(252)穿出；行星轮内圈传感器(33)和内圈温度传感器(331)的应变片并列设置在行星轮轴承(23)的内圈上，两条测试线路一起依次通过行星轮轴前端通孔(251)、行星轮轴(25)空心轴、行星轮轴后端通孔(252)穿出；行星齿轮外圈传感器(32)、行星轮内圈传感器(33)和内圈温度传感器(331)的测试线路经行星轮轴后端通孔(252)穿出后汇合，共同沿着行星架(26)表面预设的长方形槽孔依次穿入输出轴(61)空心轴、输出轴通孔(611)至输出轴电滑环(34)的内环，再由输出轴电滑环(34)外环引出连接于采集装置(35)；

齿根传感器(321)的应变片设置在行星轮(24)的齿根部分，其测试线路沿着行星轮(24)外侧壁与行星齿轮外圈传感器(32)的测试线路于行星轮轴电滑环(31)内圈汇聚，一起沿路线传入采集装置(35)；

行星结构不对中装置(4)包括偏心套(41)和补偿块(42)；偏心套(41)呈渐变壁厚，其外表面与行星架(26)配合，内表面与行星轮轴(25)配合且侧面设有环形长条孔(411)，用于与行星架(26)连接；补偿块(42)与偏心套(41)相对于行星架成对称布置；补偿块(42)置于行星轮轴(25)上，并利用螺栓紧固；

壳体不对中装置(5)包括U件(51)、加载杆(52)、液压缸(53)和固定块(54)；液压缸(53)一端通过加载杆(52)与U件(51)连接，液压缸(53)的加载力通过加载杆(52)与U件(51)传递到行星减速器(2)中；液压缸(53)另一端与固定块(54)上端连接，固定块(54)固定在试验台基座(7)上；

转矩负载模拟装置(6)包括输出轴(61)、磁粉制动器(64)、制动器底座(65)和联轴器(62)；磁粉制动器(64)的驱动体轴(63)通过联轴器(62)与输出轴(61)的一端连接；输出轴(61)为空心轴，其另一端与行星架(26)进行连接；磁粉制动器(64)用来模拟实际运行过程中所受负载扭矩；磁粉制动器(64)连接在制动器底座(65)的上表面；制动器底座(65)固定在试验台基座(7)上。

2.根据权利要求1所述的行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置，其特征在于，所述的柔性联轴器(13)和联轴器(62)仅传递扭矩，不传递径向振动，用于隔离驱动电机(11)和磁粉制动器(64)的振动传递给行星轮轴承(23)。

3.一种行星减速器用公转与自转的行星结构试验方法，采用权利要求1或2所述的行星减速器用公转与自转的行星结构试验装置，其特征在于，包括步骤如下：

(一)、行星结构不对中试验：

1)启动驱动电机(11)对主轴(14)加载；

2)开启行星结构测试装置(3)，成对称布置的两个齿根传感器(321)测试在行星齿轮齿根的不同部位的应变特性；行星轮轴承外圈传感器(42)测试行星齿轮轴承外圈的应变特性；行星轮内圈传感器(33)和内圈温度传感器(331)测试行星齿轮轴承外圈的应变和温度特性；所有传感器的信号按照既定的测试线路经过两个电滑环多级旋转信号传输至采集系统中；

3)转动偏心套(41)后利用环形长条孔(411)固定，测试在行星结构不对中情况下，行星结构的偏移量δ₁与行星轮齿根部位的应变ε_t1,ε_t2、行星轮轴承内圈应变ε_in、行星轮轴承外圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₂(δ₁)/k₁(δ₁) (3)

ε_in/ε_out＝k₄(δ₁)/k₃(δ₁) (4)

(1)式是行星结构的偏移量与行星轮应变之间的关系式；(2)式是行星结构的偏移量与行星轮轴承应变之间的关系式；(3)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(4)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式；

式中：k₁(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₂(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₃(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₄(δ₁)是行星结构的偏移量δ₁与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数；

(二)、壳体不对中试验：

步骤1)、2)两步与行星结构不对中试验的步骤1)、2)相同；

3)启动壳体调整加载装置中的液压缸(53)对行星齿轮减速器施加拉力，使得壳体发生径向位移δ₂，测试获得δ₂与行星轮齿根部位的应变ε_t1,ε_t2、行星轮轴承内圈应变ε_in和行星轮轴承外圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₆(δ₂)/k₅(δ₂) (7)

ε_in/ε_out＝k₈(δ₂)/k₇(δ₂) (8)

(5)式是壳体的偏移量与行星轮应变之间的关系式；(6)式是壳体的偏移量与行星轮轴承应变之间的关系式；(7)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(8)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式；

式中：k₅(δ₂)是壳体的偏移量δ₂与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₆(δ₁)是壳体的偏移量δ₂与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₇(δ₁)是行星结构的偏移量δ₂与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₈(δ₁)是行星结构的偏移量δ₂与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数；

(三)、负载扭矩试验：

步骤1)、2)两步与行星结构不对中试验的步骤1)、2)相同；

3)启动转矩负载模拟装置中的磁粉制动器(64)，对行星减速器施加负载M₁,测试获得M₁与行星轮齿根部位的应变ε_t1,ε_t2、行星轮轴承内圈应变ε_in和行星轮轴承外圈应变ε_Out之间的关系：

ε_t1/ε_t2＝k₁₀(M₁)/k₉(M₁) (11)

ε_in/ε_out＝k₁₂(M₁)/k₁₁(M₁) (12)

(9)式是负载与行星轮应变之间的关系式；(10)式是负载与行星轮轴承应变之间的关系式；(11)式是行星轮不同外置应变之间的关系式；(12)式是行星轮轴承内外圈应变之间的关系式；

式中：k₉(M₁)是负载M₁与齿根应变ε_t1之间的关系函数，k₁₀(M₁)是负载M₁与齿根应变ε_t2之间的关系函数，k₁₁(M₁)是负载M₁与轴承内圈应变ε_in之间的关系函数，k₁₂(M₁)是负载M₁与轴承外圈应变ε_out之间的关系函数。