CONTROLWAY应用丨电涡流传感器在变速箱试验台中的应用

　　在变速箱开发中，模拟极端工况(如高转速误换挡、拉力赛飞跃冲击)是验证耐久性的关键——但如何精准测量由此引发的轴弯曲、齿轮偏心等毫米级变形?

　　变速箱试验台中的轴位移测量

　　试验台运行中，变速箱需承受各种负载条件，以验证其在后续实际使用中的耐久性。这包括正常工况下的寿命测试(如扭矩、转速、温度等参数)，以及模拟过载工况(例如高速误换挡、高转速起步时离合器踏板打滑，或拉力赛车飞跃坡道时因转速突变导致的极端扭矩峰值)。与正常工况不同，过载会产生远超发动机额定扭矩的极端峰值，迫使主轴和副轴偏离对中状态，导致轴弯曲。轴承点因此承受破坏性载荷，极端情况下甚至可能发生永久变形或断裂。

　　在变速箱开发阶段，此类极端负载条件会通过现代计算方法进行模拟。随后，在真实试验台运行中，通过实验数据验证模拟结果。为此，需在变速箱特定位置安装传感器，测量所有轴的轴向和径向位移，尤其是预期位移最大的部位。基于电涡流原理的感应式探头是此类测量的理想选择，因其兼具极高的分辨率和动态响应能力，同时能耐受变速箱内的油液环境、高温、剧烈振动及冲击。传感器体积小巧，耐高温的PTFE电缆从变速箱引出，连接至数米外的信号处理驱动电子单元。

01 我们的任务

　　差速器齿轮的非接触式位移检测

　　设计并替换标准钣金差速器盖，采用铣削铝制盖体，确保电涡流探头无振动干扰，测量差速器齿轮的轴向和径向位移。

　　轴位移测量

　　测量轴承护罩后方主副轴伸出端的轴向和径向位移，以及变速箱输入轴的弯曲变形。设计传感器支架、测量靶面及基架，以拓展安装空间。

　　数据采集

　　实现1微米分辨率、10kHz动态范围的测量数据采集。

　　系统集成

　　完成传感器在测试样机中的安装、校准、试运行及试验台移交。

02 电涡流探头在差速器齿轮上的安装

　　为避免探头与测量面碰撞，探头最小间距需根据仿真结果中的最大位移值确定。对于正弦运动，探头需按半量程基准距离安装。差速器齿轮处预期对中偏差最大，因此采用2个电涡流探头以90°夹角径向布置，测量同心度及偏心量;另安装2个探头测量轴向位移。探头电缆通过油封差速器盖引出至外部。

变速箱视图(含电涡流探头，未安装差速器盖)

　　为适配试验台，差速器盖采用铣削铝制件替代标准钣金件，确保传感器安装无振动。所有探头均集成于铝盖中，整套组件通过差速器齿轮整体安装。探头通过夹紧销固定于支架，可轴向调节间距。

安装电涡流探头的差速器盖

03 电涡流传感器在主副轴轴承护罩端的安装

　　主副轴伸出端配备测量套件，用于安装探头。探头从外部可接触，并通过O型圈密封。为确保电涡流测量的表面连续性，齿轮轴加装径向测量套筒和轴向端板。

电涡流探头完全安装后的齿轮轴视图

　　测量套件包含基架(用于拓展安装空间)及两个圆柱形探头支架，支架通过轴端固定在变速箱壳体上。每个支架以90°夹角安装2个径向位移传感器，轴端面另设1个探头测量轴向位移。

测量套件(含探头、支架、靶面及基架)