本发明涉及航空动力传动领域，具体涉及一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统及方法。
背景技术：
非惯性系环境下，齿轮传动系统受到复杂的附加载荷激励，其振动特性将发生改变，甚至发生振动失稳，对航空器的稳定运行产生威胁。
为此，国内学者通过理论对机动飞行时齿轮传动系统的动力学特性进行了很多研究并取得了诸多成果；但是目前国内的齿轮传动系统实验台均没有考虑基础运动的因素，不能模拟齿轮传动系统在飞行非惯性系环境下的运动状态。
在航空发动机技术领域中，现有设计的模拟基础运动航空发动机双转子系统模型实验台，以多个电机分别驱动不同传动轴模拟俯仰运动和偏航运动，但无法提供冲击和随机激励，也无法模拟直线加速运动环境；现有设计的模拟基础角运动的柔性转子实验台，通过电磁式振动台可提供多种激励，但是也无法模拟直线加速运动环境。
为更真实地开展齿轮传动在非惯性系环境下的动力学特性实验研究，有必要设计出一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统及方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可有效模拟航空器机动飞行时齿轮传动系统的运动状态和开展齿轮传动在飞行非惯性系环境下的动力学特性实验研究的实验系统及方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，包括齿轮传动实验台、手动十字滑台组、直线运动平台和电动振动台。
所述齿轮传动实验台包括驱动电机、电机支架ⅰ、联轴器、扭矩转速传感器ⅰ、弹性轴、齿轮传动系统、扭矩转速传感器ⅱ、电机支架ⅱ和负载电机。
所述驱动电机安装在电机支架ⅰ上，驱动电机通过两个联轴器、扭矩转速传感器ⅰ、弹性轴将动力传递给齿轮传动系统。
所述负载电机安装在电机支架ⅱ上，负载电机通过两个联轴器、扭矩转速传感器ⅱ将负载转矩施加到齿轮传动系统上。所述齿轮传动系统位于驱动电机与负载电机之间。
所述手动十字滑台组包括手动十字滑台ⅰ和手动十字滑台ⅱ。所述电机支架ⅰ和扭矩转速传感器ⅰ均固定在手动十字滑台ⅰ上，扭矩转速传感器ⅰ采集驱动电机运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。所述电机支架ⅱ和扭矩转速传感器ⅱ均固定在手动十字滑台ⅱ上，扭矩转速传感器ⅱ采集负载电机运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。
所述手动十字滑台ⅰ和手动十字滑台ⅱ之间存在间隙s，手动十字滑台ⅰ和手动十字滑台ⅱ均固定在支承板ⅲ上。所述齿轮传动系统的下端穿过间隙s固定到支承板ⅲ上。
所述支承板ⅲ的下板面连接有直线运动平台，直线运动平台上设置有用于测量其位置、速度和误差的运动测量系统，运动测量系统将测量结果传输到控制系统。所述直线运动平台的下端连接有支承板ⅱ，支承板ⅱ固定在支承板ⅰ的上表面。
所述支承板ⅰ为矩形板，支承板ⅰ的上表面设置有加速度传感器，支承板ⅰ的两端分别记为a端和b端。所述支承板ⅱ固定在支承板ⅰa端的上表面，支承板ⅰa端的下表面连接有垂直轴。所述垂直轴的下端连接有水平轴，水平轴固定在转台基座上。
所述驱动电机、负载电机、水平轴的转动轴线均平行于直线运动平台的运动方向。所述支承板ⅰa端和b端的连线垂直于水平轴的转动轴线。
所述支承板ⅰb端的下表面设置有连接夹具，连接夹具为刚性连杆。所述连接夹具的下端与电动振动台连接，电动振动台固定在振动台基座上。
工作时，所述电动振动台通过连接夹具带动支承板ⅰ绕水平轴转动，安装在支承板ⅰ上的直线运动平台和齿轮传动实验台随支承板ⅰ一起绕水平轴转动。
一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，包括齿轮传动实验台、手动十字滑台组、直线运动平台和电动振动台。
所述齿轮传动实验台包括驱动电机、电机支架ⅰ、联轴器、扭矩转速传感器ⅰ、弹性轴、齿轮传动系统、扭矩转速传感器ⅱ、电机支架ⅱ和负载电机。
所述驱动电机安装在电机支架ⅰ上，驱动电机通过两个联轴器、扭矩转速传感器ⅰ、弹性轴将动力传递给齿轮传动系统。
所述负载电机安装在电机支架ⅱ上，负载电机通过两个联轴器、扭矩转速传感器ⅱ将负载转矩施加到齿轮传动系统上。所述齿轮传动系统位于驱动电机与负载电机之间。
所述手动十字滑台组包括手动十字滑台ⅰ和手动十字滑台ⅱ。所述电机支架ⅰ和扭矩转速传感器ⅰ均固定在手动十字滑台ⅰ上，扭矩转速传感器ⅰ采集驱动电机运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。所述电机支架ⅱ和扭矩转速传感器ⅱ均固定在手动十字滑台ⅱ上，扭矩转速传感器ⅱ采集负载电机运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。
所述手动十字滑台ⅰ和手动十字滑台ⅱ之间存在间隙s，手动十字滑台ⅰ和手动十字滑台ⅱ均固定在支承板ⅲ上。所述齿轮传动系统的下端穿过间隙s固定到支承板ⅲ上。
所述支承板ⅲ的下板面连接有直线运动平台，直线运动平台上设置有用于测量其位置、速度和误差的运动测量系统，运动测量系统将测量结果传输到控制系统。所述直线运动平台的下端连接有支承板ⅱ，支承板ⅱ固定在支承板ⅰ的上表面。
所述支承板ⅰ为矩形板，支承板ⅰ的上表面设置有加速度传感器，支承板ⅰ的两端分别记为a端和b端。所述支承板ⅱ固定在支承板ⅰa端的上表面，支承板ⅰa端的下表面连接有垂直轴。所述垂直轴的下端连接有水平轴，水平轴固定在转台基座上。
所述驱动电机、负载电机、水平轴的转动轴线均平行于直线运动平台的运动方向。所述支承板ⅰa端和b端的连线垂直于水平轴的转动轴线。
所述支承板ⅰb端的下表面设置有连接夹具，连接夹具包括推杆、弹簧、凸轮、楔形块和导向器。
所述推杆为l型杆件，推杆包括垂直连接的支杆ⅰ和支杆ⅱ，支杆ⅰ的自由端连接到支承板ⅰb端的下表面。所述支杆ⅱ平行于水平轴的转动轴线，支杆ⅱ的自由端连接有挡板，挡板背离支杆ⅱ的板面上铰接有凸轮。
所述支杆ⅱ的上方和下方均固定设置有导向器，支杆ⅱ沿导向器作水平移动。两个所述导向器与挡板之间均连接有弹簧。
所述凸轮的轮廓边缘与楔形块的楔形面接触，楔形块的下端固定在电动振动台上，电动振动台固定在振动台基座上。
工作时，所述电动振动台输出沿竖直方向的正弦激励，楔形块随电动振动台一起上下运动，楔形块向上运动时，楔形块通过凸轮和推杆推动支承板ⅰ绕垂直轴逆时针旋转，弹簧逐渐压缩。所述楔形块向下运动时，推杆和挡板在弹簧弹力的作用下向反方向运动，同时拉动支承板ⅰ绕垂直轴顺时针旋转。
安装在所述支承板ⅰ上的直线运动平台和齿轮传动实验台随支承板ⅰ一起绕垂直轴转动。
进一步，所述齿轮传动系统的传动方式为平行轴齿轮传动或行星齿轮传动。
进一步，所述直线运动平台包括导轨、动子部分、定子部分、挡块、滑架和底座和运动测量系统。所述底座为固定在支承板ⅱ上的矩形板，底座的长度方向为直线运动平台的运动方向。
所述底座沿其长度方向的侧壁上设置有运动测量系统的感应条，底座的上表面设置有两个导轨、定子部分和两个挡块。所述定子部分呈矩形板状，导轨和定子部分均沿底座的长度方向布置，定子部分位于两个导轨之间，导轨的高度小于定子部分的高度。两个所述挡块分别位于底座的两端。
所述滑架包括滑板和滑板下方的四根滑竿，滑板的上表面与支承板ⅲ连接，下表面设置有动子部分，动子部分位于定子部分的正上方。四根所述滑竿的下端与两个导轨镶嵌配合，使滑架沿导轨在水平面作直线运动。
一个所述滑竿面向感应条的侧壁上设置有运动测量系统的感应器，滑架运动时，运动测量系统的感应器与感应条相互感应，测量滑架的位置、速度和误差。
采用上述的实验系统模拟齿轮传动直线加速非惯性系环境的实验方法，包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固。
2)调试所述齿轮传动实验台和直线运动平台，确保齿轮传动实验台和直线运动平台的正常运行。
3)启动所述驱动电机，将齿轮传动系统的转速逐渐提高至实验要求的转速。启动所述负载电机，负载电机向齿轮传动系统加载实验要求的负载转矩。
4)启动所述直线运动平台加速到实验要求的加速度，直线运动平台带动支承板ⅲ和齿轮传动实验台作直线加速运动。
5)在直线加速过程中，记录所述齿轮传动系统的动力学响应。
6)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整直线运动平台的加速度，记录同一工况下的齿轮传动系统在不同直线加速非惯性系环境下的动力学响应。
7)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机的转速、负载电机的负载和直线运动平台的加速度，记录不同工况下的齿轮传动系统在不同直线加速非惯性系环境下的动力学响应。
采用上述的实验系统模拟齿轮传动俯仰非惯性系环境的实验方法，包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固。
2)调试所述齿轮传动实验台和电动振动台，确保齿轮传动实验台的正常运行，保证支承板ⅰ绕水平轴正常旋转。
3)启动所述驱动电机，将齿轮传动系统的转速逐渐提高至实验要求的转速。启动所述负载电机，负载电机向齿轮传动系统加载实验要求的负载转矩。
4)启动所述电动振动台，电动振动台输出实验要求的激励，安装在支承板ⅰ上的直线运动平台和齿轮传动实验台随支承板ⅰ一起绕水平轴转动。
5)在所述支承板ⅰ旋转过程中，记录齿轮传动系统的动力学响应。
6)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整电动振动台输出的激励的大小及类型，记录同一工况下的齿轮传动系统在不同俯仰非惯性系环境下的动力学响应。
7)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机的转速、负载电机的负载和电动振动台输出的激励的大小及类型，记录不同工况下的齿轮传动系统在不同俯仰非惯性系环境下的动力学响应。
采用上述的实验系统模拟齿轮传动偏航非惯性系环境的实验方法，包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固。
2)调试所述齿轮传动实验台和电动振动台，确保齿轮传动实验台的正常运行，保证支承板ⅰ绕垂直轴正常转动。
3)启动所述驱动电机，将齿轮传动系统的转速逐渐提高至实验要求的转速。启动所述负载电机，负载电机向齿轮传动系统加载实验要求的负载转矩。
4)启动所述电动振动台，电动振动台输出实验要求的激励，安装在支承板ⅰ上的直线运动平台和齿轮传动实验台随支承板ⅰ一起绕垂直轴转动。
5)记录所述齿轮传动系统在旋转过程中的动力学响应。
6)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整电动振动台的激励类型及大小，记录同一工况下的齿轮传动系统在不同偏航非惯性系环境下的动力学响应。
7)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机的转速、负载电机的负载和电动振动台输出的激励的大小及类型，记录不同工况下的齿轮传动系统在不同偏航非惯性系环境下的动力学响应。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明系统能够真实地模拟航空器内齿轮传动系统在直线加速、俯仰、偏航等运动姿态下的工况，并能够实现对所述运动姿态的精准控制。利用本发明的实验台和实验方法不仅可以开展基础固定时齿轮传动系统的动力学实验，而且可以模拟齿轮传动系统在航空器机动飞行时受到的非惯性激励，弥补了国内考虑非惯性系环境条件的航空动力传动领域实验研究的空缺。
附图说明
图1为本发明系统主视图；
图2为本发明系统左视图；
图3为齿轮传动实验台俯视图；
图4为直线运动平台俯视图；
图5为模拟偏航运动时的连接夹具左视图；
图6为平行轴齿轮传动系统机构简图；
图7为行星轮系齿轮传动系统机构简图。
图中：转台基座1、水平轴2、垂直轴3、直线运动平台4、导轨401、动子部分402、定子部分403、挡块404、滑架405、底座406、感应条407、感应器408、手动十字滑台组5、手动十字滑台ⅰ501、手动十字滑台ⅱ502、齿轮传动实验台6、驱动电机601、电机支架ⅰ602、联轴器603、扭矩转速传感器ⅰ604、弹性轴605、齿轮传动系统606、轴承座6061、主动轮6062、轴承6063、从动轮6064、齿圈6065、太阳轮6066、行星架6067、行星轮6068、扭矩转速传感器ⅱ607、电机支架ⅱ608、负载电机609、支承板ⅲ7、支承板ⅱ8、加速度传感器9、支承板ⅰ10、连接夹具11、推杆1101、挡板1102、弹簧1103、凸轮1104、楔形块1105、导向器1106、电动振动台12和振动台基座13。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开了一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，包括齿轮传动实验台6、手动十字滑台组5、直线运动平台4和电动振动台12。
参见图2或3，所述齿轮传动实验台6包括驱动电机601、电机支架ⅰ602、联轴器603、扭矩转速传感器ⅰ604、弹性轴605、齿轮传动系统606、扭矩转速传感器ⅱ607、电机支架ⅱ608和负载电机609。
所述驱动电机601安装在电机支架ⅰ602上，驱动电机601通过两个联轴器603、扭矩转速传感器ⅰ604、弹性轴605将动力传递给齿轮传动系统606。
所述负载电机609安装在电机支架ⅱ608上，负载电机609通过两个联轴器603、扭矩转速传感器ⅱ607将负载转矩施加到齿轮传动系统606上。所述齿轮传动系统606位于驱动电机601与负载电机609之间。
参见图6，在本实施例中，所述齿轮传动系统606的传动方式为平行轴齿轮传动，齿轮传动系统606包括轴承座6061、主动轮6062、轴承6063和从动轮6064。
所述手动十字滑台组5包括手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502。参见图2或3，所述电机支架ⅰ602和扭矩转速传感器ⅰ604均固定在手动十字滑台ⅰ501上，扭矩转速传感器ⅰ604采集驱动电机601运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。所述电机支架ⅱ608和扭矩转速传感器ⅱ607均固定在手动十字滑台ⅱ502上，扭矩转速传感器ⅱ607采集负载电机609运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。通过所述手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502调节驱动电机601和负载电机609的位置，齿轮传动系统606能在不同传动比下进行实验，更好的满足实验要求。
参见图2，所述手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502之间存在间隙s，手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502均固定在支承板ⅲ7上。所述齿轮传动系统606的下端穿过间隙s固定到支承板ⅲ7上。
参见图1，所述支承板ⅲ7的下板面连接有直线运动平台4，直线运动平台4包括导轨401、动子部分402、定子部分403、挡块404、滑架405和底座406和运动测量系统。
参见图2，所述底座406为固定在支承板ⅱ8上的矩形板，底座406的长度方向为直线运动平台4的运动方向。
参见图2或4，所述底座406沿其长度方向的侧壁上设置有运动测量系统的感应条407，底座406的上表面设置有两个导轨401、定子部分403和两个挡块404。所述定子部分403呈矩形板形状，导轨401和定子部分403均沿底座406的长度方向布置，定子部分403位于两个导轨401之间，导轨401的高度小于定子部分403的高度。两个所述挡块404分别位于底座406的两端，挡块404可防止滑架405运动超出量程而产生事故。
所述滑架405包括滑板和滑板下方的四根滑竿，滑板的上表面与支承板ⅲ7连接，下表面设置有动子部分402，动子部分402位于定子部分403的正上方。四根所述滑竿的下端与两个导轨401镶嵌配合，使滑架405沿导轨401在水平面作直线运动。
一个所述滑竿面向感应条407的侧壁上设置有运动测量系统的感应器408，滑架405运动时，运动测量系统的感应器408与感应条407相互感应，测量滑架405的位置、速度和误差，运动测量系统将测量结果传输到控制系统。
所述直线运动平台4的下端连接有支承板ⅱ8，支承板ⅱ8固定在支承板ⅰ10的上表面。
参见图1，所述支承板ⅰ10为矩形板，支承板ⅰ10的上表面设置有加速度传感器9，支承板ⅰ10的两端分别记为a端和b端。所述支承板ⅱ8固定在支承板ⅰ10a端的上表面，支承板ⅰ10a端的下表面连接有垂直轴3。所述垂直轴3的下端连接有水平轴2，水平轴2固定在转台基座1上。
参见图2，所述驱动电机601、负载电机609、水平轴2的转动轴线均平行于直线运动平台4的运动方向。参见图1，所述支承板ⅰ10a端和b端的连线垂直于水平轴2的转动轴线。
参见图1，所述支承板ⅰ10b端的下表面设置有连接夹具11，连接夹具11为刚性连杆。所述连接夹具11的下端与电动振动台12连接，电动振动台12固定在振动台基座13上。
工作时，所述电动振动台12通过连接夹具11带动支承板ⅰ10绕水平轴2转动，安装在支承板ⅰ10上的直线运动平台4和齿轮传动实验台6随支承板ⅰ10一起绕水平轴2转动。
实施例2：
本实施例公开了一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，包括齿轮传动实验台6、手动十字滑台组5、直线运动平台4和电动振动台12。
参见图2或3，所述齿轮传动实验台6包括驱动电机601、电机支架ⅰ602、联轴器603、扭矩转速传感器ⅰ604、弹性轴605、齿轮传动系统606、扭矩转速传感器ⅱ607、电机支架ⅱ608和负载电机609。
所述驱动电机601安装在电机支架ⅰ602上，驱动电机601通过两个联轴器603、扭矩转速传感器ⅰ604、弹性轴605将动力传递给齿轮传动系统606。
所述负载电机609安装在电机支架ⅱ608上，负载电机609通过两个联轴器603、扭矩转速传感器ⅱ607将负载转矩施加到齿轮传动系统606上。所述齿轮传动系统606位于驱动电机601与负载电机609之间。
参见图7，在本实施例中，所述齿轮传动系统606的传动方式为行星齿轮传动，齿轮传动系统606包括齿圈6065、太阳轮6066、行星架6067和行星轮6068。
所述手动十字滑台组5包括手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502。参见图2或3，所述电机支架ⅰ602和扭矩转速传感器ⅰ604均固定在手动十字滑台ⅰ501上，扭矩转速传感器ⅰ604采集驱动电机601运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。所述电机支架ⅱ608和扭矩转速传感器ⅱ607均固定在手动十字滑台ⅱ502上，扭矩转速传感器ⅱ607采集负载电机609运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统。通过所述手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502调节驱动电机601和负载电机609的位置，齿轮传动系统606能在不同传动比下进行实验，更好的满足实验要求。
参见图2，所述手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502之间存在间隙s，手动十字滑台ⅰ501和手动十字滑台ⅱ502均固定在支承板ⅲ7上。所述齿轮传动系统606的下端穿过间隙s固定到支承板ⅲ7上。
参见图1，所述支承板ⅲ7的下板面连接有直线运动平台4，直线运动平台4包括导轨401、动子部分402、定子部分403、挡块404、滑架405和底座406和运动测量系统。
参见图2，所述底座406为固定在支承板ⅱ8上的矩形板，底座406的长度方向为直线运动平台4的运动方向。
参见图2或4，所述底座406沿其长度方向的侧壁上设置有运动测量系统的感应条407，底座406的上表面设置有两个导轨401、定子部分403和两个挡块404。所述定子部分403为矩形板形状，导轨401和定子部分403均沿底座406的长度方向布置，定子部分403位于两个导轨401之间，导轨401的高度小于定子部分403的高度。两个所述挡块404分别位于底座406的两端，挡块404可防止滑架405运动超出量程而产生事故。
所述滑架405包括滑板和滑板下方的四根滑竿，滑板的上表面与支承板ⅲ7连接，下表面设置有动子部分402，动子部分402位于定子部分403的正上方。四根所述滑竿的下端与两个导轨401镶嵌配合，使滑架405沿导轨401在水平面作直线运动。
一个所述滑竿面向感应条407的侧壁上设置有运动测量系统的感应器408，滑架405运动时，运动测量系统的感应器408与感应条407相互感应，测量滑架405的位置、速度和误差，运动测量系统将测量结果传输到控制系统。
所述直线运动平台4的下端连接有支承板ⅱ8，支承板ⅱ8固定在支承板ⅰ10的上表面。
参见图1，所述支承板ⅰ10为矩形板，支承板ⅰ10的上表面设置有加速度传感器9，支承板ⅰ10的两端分别记为a端和b端。所述支承板ⅱ8固定在支承板ⅰ10a端的上表面，支承板ⅰ10a端的下表面连接有垂直轴3。所述垂直轴3的下端连接有水平轴2，水平轴2固定在转台基座1上。
参见图2，所述驱动电机601、负载电机609、水平轴2的转动轴线均平行于直线运动平台4的运动方向。参见图1，所述支承板ⅰ10a端和b端的连线垂直于水平轴2的转动轴线。
参见图1，所述支承板ⅰ10b端的下表面设置有连接夹具11。参见图5，连接夹具11包括推杆1101、弹簧1103、凸轮1104、楔形块1105和导向器1106。
所述推杆1101为l型杆件，推杆1101包括垂直连接的支杆ⅰ和支杆ⅱ，支杆ⅰ的自由端连接到支承板ⅰ10b端的下表面。所述支杆ⅱ平行于水平轴2的转动轴线，支杆ⅱ的自由端连接有挡板1102，挡板1102背离支杆ⅱ的板面上铰接有凸轮1104。
参见图5，所述支杆ⅱ的上方和下方均固定设置有导向器1106，支杆ⅱ沿导向器1106作水平移动。两个所述导向器1106与挡板1102之间均连接有弹簧1103。
所述凸轮1104的轮廓边缘与楔形块1105的楔形面接触，楔形块1105的下端固定在电动振动台12上，电动振动台12固定在振动台基座13上。
参见图1，工作时，所述电动振动台12输出沿竖直方向的正弦激励，楔形块1105随电动振动台12一起上下运动，楔形块1105向上运动时，楔形块1105通过凸轮1104和推杆1101推动支承板ⅰ10绕垂直轴3逆时针旋转，弹簧1103被压缩。所述楔形块1105向下运动时，推杆1101在弹簧1103的作用下向反方向运动，同时拉动支承板ⅰ10绕垂直轴3顺时针旋转；
安装在所述支承板ⅰ10上的直线运动平台4和齿轮传动实验台6随支承板ⅰ10一起绕垂直轴3转动。
实施例3：
采用实施例1所述的实验系统模拟齿轮传动直线加速非惯性系环境的实验方法，包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固。
2)调试所述齿轮传动实验台6，给驱动电机601通电，控制齿轮传动系统606转速缓慢提高至某一安全转速；给所述负载电机609通电，控制齿轮传动系统606缓慢加载至某一安全负载转矩；确认所述齿轮传动系统606可以正常旋转，观察扭矩转速传感器ⅰ604和扭矩转速传感器ⅱ607信号输出是否正常。
3)调试所述直线运动平台4，给定子部分403通电，励磁磁场与行波磁场相互作用产生电磁推力，电磁推力带动动子部分402加速运动，动子部分402带动滑架405沿导轨401加速到某一安全加速度；确认所述滑架405可以正常运动，运动测量系统信号输出正常。
4)启动所述驱动电机601，将齿轮传动系统606的转速缓慢提高至实验要求的转速。启动所述负载电机609，负载电机609向齿轮传动系统606加载实验要求的负载转矩。
5)给所述定子部分403通电，控制滑架405沿导轨401加速到实验要求的加速度，安装在滑架405上的支承板ⅲ7和齿轮传动实验台6将随滑架405一起直线加速运动。
6)在直线加速过程中，记录所述齿轮传动系统606的动力学响应。
7)重复步骤5)和6)，通过所述控制系统调整直线运动平台4的加速度，记录同一工况下的齿轮传动系统606在不同直线加速非惯性系环境下的动力学响应。
8)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机601的转速、负载电机609的负载和直线运动平台4的加速度，记录不同工况下的齿轮传动系统606在不同直线加速非惯性系环境下的动力学响应。
9)按照实验设备操作规程停机。
实施例4：
采用实施例1所述的实验系统模拟齿轮传动仰卧非惯性系环境的实验方法，包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固，确保振动测试系统连接完好。
2)调试所述齿轮传动实验台6，给驱动电机601通电，控制齿轮传动系统606转速缓慢提高至某一安全转速；给所述负载电机609通电，控制齿轮传动系统606缓慢加载至某一安全负载转矩；确认所述齿轮传动系统606可以正常旋转，观察扭矩转速传感器ⅰ604和扭矩转速传感器ⅱ607信号输出是否正常。
3)调试旋转运动转台，给所述电动振动台12通电，控制电动振动台12输出沿垂直方向的正弦激励，连接夹具11将激励传递给支承板ⅰ10，支承板ⅰ10将绕水平轴2转动；确认所述支承板ⅰ10可以绕水平轴2正常旋转，加速度传感器9信号输出正常。
4)启动所述驱动电机601，将齿轮传动系统606的转速缓慢提高至实验要求的转速。启动所述负载电机609，负载电机609向齿轮传动系统606加载实验要求的负载转矩。
5)给所述电动振动台12通电，控制电动振动台12输出实验要求的激励，安装在支承板ⅰ10上的直线运动平台4和齿轮传动实验台6将随支承板ⅰ10一起绕水平轴2转动。
6)在所述支承板ⅰ10旋转过程中，记录齿轮传动系统606的动力学响应。
7)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整电动振动台12输出的激励的大小及类型，记录同一工况下的齿轮传动系统606在不同俯仰非惯性系环境下的动力学响应。
8)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机601的转速、负载电机609的负载和电动振动台12输出的激励的大小及类型，记录不同工况下的齿轮传动系统606在不同俯仰非惯性系环境下的动力学响应。
9)按照实验设备操作规程停机。
实施例5：
采用实施例2所述的实验系统模拟齿轮传动偏航非惯性系环境的实验方法，包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固，确保振动测试系统连接完好。
2)调试所述齿轮传动实验台6，给驱动电机601通电，控制齿轮传动系统606转速缓慢提高至某一安全转速；给所述负载电机609通电，控制齿轮传动系统606缓慢加载至某一安全负载转矩；确认所述齿轮传动系统606可以正常旋转，观察扭矩转速传感器ⅰ604和扭矩转速传感器ⅱ607信号输出是否正常。
3)调试旋转运动转台，给所述电动振动台12通电，控制电动振动台12输出沿竖直方向的正弦激励，楔形块1105将随电动振动台12一起上下运动；所述楔形块1105向上运动时，凸轮1104使推杆1101沿导向器1106水平运动，推杆1101将带动支承板ⅰ10绕垂直轴3逆时针转动；所述楔形块1105向下运动时，推杆1101在弹簧1103的作用下带着凸轮1104一起沿导向器1106向反方向运动，同时带动支承板ⅰ10绕垂直轴3顺时针转动；确认所述支承板ⅰ10可以绕垂直轴3正常旋转，观察加速度传感器9信号输出是否正常。
4)启动所述驱动电机601，将齿轮传动系统606的转速缓慢提高至实验要求的转速。启动所述负载电机609，负载电机609向齿轮传动系统606加载实验要求的负载转矩。
5)给所述电动振动台12通电，控制电动振动台12输出实验要求的激励，安装在支承板ⅰ10上的直线运动平台4和齿轮传动实验台6将随支承板ⅰ10一起绕垂直轴3转动。
6)在所述支承板ⅰ10旋转过程中，记录齿轮传动系统606的动力学响应。
7)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整电动振动台12输出的激励的大小及类型，记录同一工况下的齿轮传动系统606在不同俯仰非惯性系环境下的动力学响应。
8)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机601的转速、负载电机609的负载和电动振动台12输出的激励的大小及类型，记录不同工况下的齿轮传动系统606在不同偏航非惯性系环境下的动力学响应。
9)按照实验设备操作规程停机。
技术特征：
1.一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，其特征在于：包括齿轮传动实验台(6)、手动十字滑台组(5)、直线运动平台(4)和电动振动台(12)；
所述齿轮传动实验台(6)包括驱动电机(601)、电机支架ⅰ(602)、联轴器(603)、扭矩转速传感器ⅰ(604)、弹性轴(605)、齿轮传动系统(606)、扭矩转速传感器ⅱ(607)、电机支架ⅱ(608)和负载电机(609)；
所述驱动电机(601)安装在电机支架ⅰ(602)上，驱动电机(601)通过两个联轴器(603)、扭矩转速传感器ⅰ(604)、弹性轴(605)将动力传递给齿轮传动系统(606)；
所述负载电机(609)安装在电机支架ⅱ(608)上，负载电机(609)通过两个联轴器(603)、扭矩转速传感器ⅱ(607)将负载转矩施加到齿轮传动系统(606)上；所述齿轮传动系统(606)位于驱动电机(601)与负载电机(609)之间；
所述手动十字滑台组(5)包括手动十字滑台ⅰ(501)和手动十字滑台ⅱ(502)；所述电机支架ⅰ(602)和扭矩转速传感器ⅰ(604)均固定在手动十字滑台ⅰ(501)上，扭矩转速传感器ⅰ(604)采集驱动电机(601)运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统；所述电机支架ⅱ(608)和扭矩转速传感器ⅱ(607)均固定在手动十字滑台ⅱ(502)上，扭矩转速传感器ⅱ(607)采集负载电机(609)运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统；
所述手动十字滑台ⅰ(501)和手动十字滑台ⅱ(502)之间存在间隙s，手动十字滑台ⅰ(501)和手动十字滑台ⅱ(502)均固定在支承板ⅲ(7)上；所述齿轮传动系统(606)的下端穿过间隙s固定到支承板ⅲ(7)上；
所述支承板ⅲ(7)的下板面连接有直线运动平台(4)，直线运动平台(4)上设置有用于测量其位置、速度和误差的运动测量系统，运动测量系统将测量结果传输到控制系统；所述直线运动平台(4)的下端连接有支承板ⅱ(8)，支承板ⅱ(8)固定在支承板ⅰ(10)的上表面；
所述支承板ⅰ(10)为矩形板，支承板ⅰ(10)的上表面设置有加速度传感器(9)，支承板ⅰ(10)的两端分别记为a端和b端；所述支承板ⅱ(8)固定在支承板ⅰ(10)a端的上表面，支承板ⅰ(10)a端的下表面连接有垂直轴(3)；所述垂直轴(3)的下端连接有水平轴(2)，水平轴(2)固定在转台基座(1)上；
所述驱动电机(601)、负载电机(609)、水平轴(2)的转动轴线均平行于直线运动平台(4)的运动方向；所述支承板ⅰ(10)a端和b端的连线垂直于水平轴(2)的转动轴线；
所述支承板ⅰ(10)b端的下表面设置有连接夹具(11)，连接夹具(11)为刚性连杆；所述连接夹具(11)的下端与电动振动台(12)连接，电动振动台(12)固定在振动台基座(13)上；
工作时，所述电动振动台(12)通过连接夹具(11)带动支承板ⅰ(10)绕水平轴(2)转动，安装在支承板ⅰ(10)上的直线运动平台(4)和齿轮传动实验台(6)随支承板ⅰ(10)一起绕水平轴(2)转动。
2.一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，其特征在于：包括齿轮传动实验台(6)、手动十字滑台组(5)、直线运动平台(4)和电动振动台(12)；
所述齿轮传动实验台(6)包括驱动电机(601)、电机支架ⅰ(602)、联轴器(603)、扭矩转速传感器ⅰ(604)、弹性轴(605)、齿轮传动系统(606)、扭矩转速传感器ⅱ(607)、电机支架ⅱ(608)和负载电机(609)；
所述驱动电机(601)安装在电机支架ⅰ(602)上，驱动电机(601)通过两个联轴器(603)、扭矩转速传感器ⅰ(604)、弹性轴(605)将动力传递给齿轮传动系统(606)；
所述负载电机(609)安装在电机支架ⅱ(608)上，负载电机(609)通过两个联轴器(603)、扭矩转速传感器ⅱ(607)将负载转矩施加到齿轮传动系统(606)上；所述齿轮传动系统(606)位于驱动电机(601)与负载电机(609)之间；
所述手动十字滑台组(5)包括手动十字滑台ⅰ(501)和手动十字滑台ⅱ(502)；所述电机支架ⅰ(602)和扭矩转速传感器ⅰ(604)均固定在手动十字滑台ⅰ(501)上，扭矩转速传感器ⅰ(604)采集驱动电机(601)运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统；所述电机支架ⅱ(608)和扭矩转速传感器ⅱ(607)均固定在手动十字滑台ⅱ(502)上，扭矩转速传感器ⅱ(607)采集负载电机(609)运行时输入与输出的振动信号，并将信号传输到控制系统；
所述手动十字滑台ⅰ(501)和手动十字滑台ⅱ(502)之间存在间隙s，手动十字滑台ⅰ(501)和手动十字滑台ⅱ(502)均固定在支承板ⅲ(7)上；所述齿轮传动系统(606)的下端穿过间隙s固定到支承板ⅲ(7)上；
所述支承板ⅲ(7)的下板面连接有直线运动平台(4)，直线运动平台(4)上设置有用于测量其位置、速度和误差的运动测量系统，运动测量系统将测量结果传输到控制系统；所述直线运动平台(4)的下端连接有支承板ⅱ(8)，支承板ⅱ(8)固定在支承板ⅰ(10)的上表面；
所述支承板ⅰ(10)为矩形板，支承板ⅰ(10)的上表面设置有加速度传感器(9)，支承板ⅰ(10)的两端分别记为a端和b端；所述支承板ⅱ(8)固定在支承板ⅰ(10)a端的上表面，支承板ⅰ(10)a端的下表面连接有垂直轴(3)；所述垂直轴(3)的下端连接有水平轴(2)，水平轴(2)固定在转台基座(1)上；
所述驱动电机(601)、负载电机(609)、水平轴(2)的转动轴线均平行于直线运动平台(4)的运动方向；所述支承板ⅰ(10)a端和b端的连线垂直于水平轴(2)的转动轴线；
所述支承板ⅰ(10)b端的下表面设置有连接夹具(11)，连接夹具(11)包括推杆(1101)、弹簧(1103)、凸轮(1104)、楔形块(1105)和导向器(1106)；
所述推杆(1101)为l型杆件，推杆(1101)包括垂直连接的支杆ⅰ和支杆ⅱ，支杆ⅰ的自由端连接到支承板ⅰ(10)b端的下表面；所述支杆ⅱ平行于水平轴(2)的转动轴线，支杆ⅱ的自由端连接有挡板(1102)，挡板(1102)背离支杆ⅱ的板面上铰接有凸轮(1104)；
所述支杆ⅱ的上方和下方均固定设置有导向器(1106)，支杆ⅱ沿导向器(1106)作水平移动；两个所述导向器(1106)与挡板(1102)之间均连接有弹簧(1103)；
所述凸轮(1104)的轮廓边缘与楔形块(1105)的楔形面接触，楔形块(1105)的下端固定在电动振动台(12)上，电动振动台(12)固定在振动台基座(13)上；
工作时，所述电动振动台(12)输出沿竖直方向的正弦激励，楔形块(1105)随电动振动台(12)一起上下运动，楔形块(1105)向上运动时，楔形块(1105)通过凸轮(1104)和推杆(1101)推动支承板ⅰ(10)绕垂直轴(3)逆时针旋转，弹簧(1103)逐渐压缩；所述楔形块(1105)向下运动时，推杆(1101)和挡板(1102)在弹簧(1103)弹力的作用下向反方向运动，同时拉动支承板ⅰ(10)绕垂直轴(3)顺时针旋转；
安装在所述支承板ⅰ(10)上的直线运动平台(4)和齿轮传动实验台(6)随支承板ⅰ(10)一起绕垂直轴(3)转动。
3.根据权利要求1或2所述的一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，其特征在于：所述齿轮传动系统(606)的传动方式为平行轴齿轮传动或行星齿轮传动。
4.根据权利要求1或2所述的一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，其特征在于：所述直线运动平台(4)包括导轨(401)、动子部分(402)、定子部分(403)、挡块(404)、滑架(405)和底座(406)和运动测量系统；所述底座(406)为固定在支承板ⅱ(8)上的矩形板，底座(406)的长度方向为直线运动平台(4)的运动方向；
所述底座(406)沿其长度方向的侧壁上设置有运动测量系统的感应条(407)，底座(406)的上表面设置有两个导轨(401)、定子部分(403)和两个挡块(404)；所述定子部分(403)呈矩形板状，导轨(401)和定子部分(403)均沿底座(406)的长度方向布置，定子部分(403)位于两个导轨(401)之间，导轨(401)的高度小于定子部分(403)的高度；两个所述挡块(404)分别位于底座(406)的两端；
所述滑架(405)包括滑板和滑板下方的四根滑竿，滑板的上表面与支承板ⅲ(7)连接，下表面设置有动子部分(402)，动子部分(402)位于定子部分(403)的正上方；四根所述滑竿的下端与两个导轨(401)镶嵌配合，使滑架(405)沿导轨(401)在水平面作直线运动；
一个所述滑竿面向感应条(407)的侧壁上设置有运动测量系统的感应器(408)，滑架(405)运动时，运动测量系统的感应器(408)与感应条(407)相互感应，测量滑架(405)的位置、速度和误差。
5.采用权利要求1所述的实验系统模拟齿轮传动直线加速非惯性系环境的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固；
2)调试所述齿轮传动实验台(6)和直线运动平台(4)，确保齿轮传动实验台(6)和直线运动平台(4)的正常运行；
3)启动所述驱动电机(601)，将齿轮传动系统(606)的转速逐渐提高至实验要求的转速；启动所述负载电机(609)，负载电机(609)向齿轮传动系统(606)加载实验要求的负载转矩；
4)启动所述直线运动平台(4)加速到实验要求的加速度，直线运动平台(4)带动支承板ⅲ(7)和齿轮传动实验台(6)作直线加速运动；
5)在直线加速过程中，记录所述齿轮传动系统(606)的动力学响应；
6)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整直线运动平台(4)的加速度，记录同一工况下的齿轮传动系统(606)在不同直线加速非惯性系环境下的动力学响应；
7)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机(601)的转速、负载电机(609)的负载和直线运动平台(4)的加速度，记录不同工况下的齿轮传动系统(606)在不同直线加速非惯性系环境下的动力学响应。
6.采用权利要求1所述的实验系统模拟齿轮传动俯仰非惯性系环境的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固；
2)调试所述齿轮传动实验台(6)和电动振动台(12)，确保齿轮传动实验台(6)的正常运行，保证支承板ⅰ(10)绕水平轴(2)正常旋转；
3)启动所述驱动电机(601)，将齿轮传动系统(606)的转速逐渐提高至实验要求的转速；启动所述负载电机(609)，负载电机(609)向齿轮传动系统(606)加载实验要求的负载转矩；
4)启动所述电动振动台(12)，电动振动台(12)输出实验要求的激励，安装在支承板ⅰ(10)上的直线运动平台(4)和齿轮传动实验台(6)随支承板ⅰ(10)一起绕水平轴(2)转动；
5)在所述支承板ⅰ(10)旋转过程中，记录齿轮传动系统(606)的动力学响应；
6)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整电动振动台(12)输出的激励的大小及类型，记录同一工况下的齿轮传动系统(606)在不同俯仰非惯性系环境下的动力学响应；
7)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机(601)的转速、负载电机(609)的负载和电动振动台(12)输出的激励的大小及类型，记录不同工况下的齿轮传动系统(606)在不同俯仰非惯性系环境下的动力学响应。
7.采用权利要求2所述的实验系统模拟齿轮传动偏航非惯性系环境的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)连接实验设备，确保各零部件的连接处稳固；
2)调试所述齿轮传动实验台(6)和电动振动台(12)，确保齿轮传动实验台(6)的正常运行，保证支承板ⅰ(10)绕垂直轴(3)正常转动；
3)启动所述驱动电机(601)，将齿轮传动系统(606)的转速逐渐提高至实验要求的转速；启动所述负载电机(609)，负载电机(609)向齿轮传动系统(606)加载实验要求的负载转矩；
4)启动所述电动振动台(12)，电动振动台(12)输出实验要求的激励，安装在支承板ⅰ(10)上的直线运动平台(4)和齿轮传动实验台(6)随支承板ⅰ(10)一起绕垂直轴(3)转动；
5)记录所述齿轮传动系统(606)在旋转过程中的动力学响应；
6)重复步骤4)和5)，通过所述控制系统调整电动振动台(12)的激励类型及大小，记录同一工况下的齿轮传动系统(606)在不同偏航非惯性系环境下的动力学响应；
7)重复步骤3)、4)、5)和6)，通过所述控制系统调整驱动电机(601)的转速、负载电机(609)的负载和电动振动台(12)输出的激励的大小及类型，记录不同工况下的齿轮传动系统(606)在不同偏航非惯性系环境下的动力学响应。
技术总结
本发明公开了一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统及方法，涉及航空动力传动领域。一种可模拟齿轮传动非惯性系环境的实验系统，包括齿轮传动实验台、直线运动平台和电动振动台。所述直线运动平台带动齿轮传动实验台作水平直线加速运动，模拟出齿轮传动直线加速非惯性系环境。所述电动振动台带动齿轮传动实验台绕水平轴作来回旋转，模拟出齿轮传动俯仰非惯性系环境。所述电动振动台带动齿轮传动实验台绕垂直轴作来回旋转，模拟出齿轮传动偏航非惯性系环境。本发明可开展基础固定时齿轮传动系统的动力学实验，也可模拟齿轮传动系统在航空器机动飞行时受到的非惯性激励，弥补了国内考虑非惯性系环境条件的航空动力传动领域实验研究的空缺。
技术研发人员：魏静;姜东;张爱强;蒋函成
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：.10.12
技术公布日：.02.21
