【机械故障】两级平行齿轮箱，磁粉制动器，卷扬滚筒

系列文章目录


提示：学习笔记

1、机械振动常规概念
2、共振峰
3、旋转机械故障引起的振动信号调制效应概述
4、 使用扭矩计算物体重量

两级平行齿轮箱，磁粉制动器，卷扬滚筒

系列文章目录一、 两级平行齿轮箱 (Two-Stage Parallel Gearbox)1.1 它是什么？1.2 为什么是“两级”和“平行”？1.3 它是怎么工作的？（看图理解）1.4 总结一下齿轮箱
二、 磁粉制动器 (Magnetic Particle Brake)2.1 它是什么？2.2 它怎么工作？（咖啡盖比喻）2.3 它在机械故障检测实验里的作用：
三、 卷扬滚筒 (Hoisting Drum / Winch Drum)3.1 它是什么？3.2 它怎么工作？（杠杆原理）3.3 举例计算

一、 两级平行齿轮箱 (Two-Stage Parallel Gearbox)

1.1 它是什么？

它是一个“速度转换器”，核心作用是用速度换力量（或者用力量换速度）。就像骑变速自行车，上坡时你会换到小轮带大轮的档位，这样你蹬得慢（低转速）但很省力（高扭矩）。齿轮箱做的就是这件事。

1.2 为什么是“两级”和“平行”？

平行：指里面所有齿轮的轴都是平行的，就像并排放在一起。这是最常见、最简单的结构。

两级：意思是这个过程（速度换力量）做了两次，相当于两个变速器串在一起工作。

1.3 它是怎么工作的？（看图理解）

1.4 总结一下齿轮箱

输入轴：连接电机，转速高，扭矩小 (1000 RPM, 3.5 Nm)。

输出轴：连接负载，转速低，扭矩大 (~111 RPM, ~29.6 Nm)。

它的工作：把电机“灵活快速但没劲”的转动，变成“缓慢但力量巨大”的转动，这样才能拖得动重物。

二、 磁粉制动器 (Magnetic Particle Brake)

2.1 它是什么？

它是一个“可精确调节的刹车”或者“人造负载”。在实验中，它用来模拟真实世界中的各种阻力，比如吊起重物时的重力、车轮的摩擦力等。

2.2 它怎么工作？（咖啡盖比喻）

想象一个杯子，里面装满了铁粉（磁粉），杯盖（主动轴）连接着齿轮箱的输出轴。

杯子（从动部分）是固定死的。

当不给铁粉通电时，铁粉是松散的。杯盖可以自由旋转，几乎没阻力。

当给铁粉通电时，铁粉瞬间磁化，像沙子一样紧紧抱在一起，把杯盖和杯子“粘”住。

电流越大，磁化越强，“粘”得越紧，刹车力（阻力矩）就越大。

齿轮箱为了带动这个被“粘”住的杯盖，就必须使出更大的力气（输出更大扭矩）。

2.3 它在机械故障检测实验里的作用：

研究人员通过精确调节输入电流的大小，来设定一个他们想要的阻力（比如 10Nm, 20Nm）。这样就能测试齿轮箱在不同工作量下的“健康状况”。文档中的“负载”主要指的就是这个磁粉制动器设定的阻力矩。

三、 卷扬滚筒 (Hoisting Drum / Winch Drum)

3.1 它是什么？

这就是我们最熟悉的“卷扬机”上那个卷钢缆的圆筒。它负责把旋转的力（扭矩）变成提升重物的垂直的力。

3.2 它怎么工作？（杠杆原理）

扭矩 (Torque) = 力 (Force) × 半径 (Radius) –> 力 = 扭矩 ÷ 半径

这个“力”就是钢丝绳上的拉力，这个拉力就等于它能吊起的重物的重力。

3.3 举例计算

我们从齿轮箱输出端得到 29.6 Nm 的扭矩。假设我们把它装在一个半径为 0.1米 (10厘米) 的滚筒上。

计算钢丝绳上的拉力：
拉力 = 扭矩 / 半径 = 29.6 Nm / 0.1 m = 296 N（牛顿）

计算能吊起的质量：
重力 G = m × g (g是重力加速度，约9.8 m/s²)
所以 质量 m = G / g ≈ 拉力 / g (因为拉力约等于要克服的重力)
m = 296 N / 9.8 m/s² ≈ 30.2 kg

具体参考： 使用扭矩计算物体重量