一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置及方法

文档序号:6243694阅读:656来源:国知局
一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置及方法,通过搭建功率分流齿轮系统,并对单个支路逐级加载,确定各支路的摩擦系数,标定各支路的输出应变大小与双联齿轮轴扭矩大小的关系,计算出在不同输入扭矩下的均载系数,得到该功率分流齿轮系统的均载特性方程,本发明克服了现有均载性能实验测定装置对试验台的搭建要求高,且需要对齿轮箱施加动载,实验成本高,周期长的缺点,提供了一种简单易行的、仅需施加静载的、成本低、实验周期短的测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置和方法。
【专利说明】一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械传动领域,尤其是一种测定均载性能的实验装置,还涉及一种测 定均载性能的方法。

【背景技术】
[0002] 功率分流齿轮传动系统能够满足高速、重载、轻质量、高可靠性等要求,因此被广 泛应用于航空、船舶、兵器和重型机械领域。然而功率分流齿轮传动系统存在不均载的风 险:在输入齿轮将输入功率同时分配给与之啮合的其它齿轮时,由于存在制造、安装的误差 和构件的弹性变形,会出现功率分配不均的情况,使一路分支受载过大。功率分流式齿轮传 动系统的核心技术在于实现均载,目前国内外最常用的均载方法是采用弹性均载装置以及 利用齿轮的径向浮动来补偿误差和变形。
[0003] 为了衡量某个功率分流齿轮系统的均载效果好坏,通常需要在不同输入扭矩下实 验测定该系统的均载性能,即通过实验得出不同输入扭矩下均载系数大小。2011年,西北工 业大学谷建功的博士学位论文《弧齿锥齿轮分流传动系统性能仿真研究》建立了一种弧齿 锥齿轮的分流传动系统试验台,该试验台通过一个直流调速电机对齿轮箱加载,通过集流 环采集齿轮的应变信号,通过应变计算到各支路的扭矩大小,从而得到均载性能。该方法对 试验台的搭建要求很高,需要很多附加装置如联轴器、集流环、增速器、加载器等,且需要对 齿轮箱施加动载,实验成本高,周期长。


【发明内容】

[0004] 为了克服现有技术的不足,本发明提供一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实 验装置,以及一种利用该实验装置测定功率分流齿轮系统均载性能的方法。
[0005] 本发明提出的测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置包括:待测功率分流齿 轮系统的试验箱、一根加载梁、一个加载器、一个水平指示器、至少两台电阻应变仪、一套滑 轮系统、两个轻质砝码盘、至少20个等质量的砝码;
[0006] 所述试验箱包括功率输入轴、输入级小齿轮、两个输入级大齿轮、两个双联齿轮 轴、两个输出级小齿轮、输出级大齿轮和功率输出轴,所述试验箱中的齿轮和轴组成一个齿 轮系统,所述齿轮系统分成A、B两个支路,每个支路上分别有一根双联齿轮轴连接一个输 入级大齿轮和一个输出级小齿轮,所述输入级大齿轮和输出级小齿轮与双联齿轮轴的连接 方式均为键连接;所述输入级小齿轮通过键连接安装在功率输入轴上,且与两个输入级大 齿轮分别相啮合;所述两个输出级小齿轮分别与输出级大齿轮相啮合;所述输出级大齿轮 安装在功率输出轴上;
[0007] 所述试验箱的功率输出轴与加载器通过键连接相连;
[0008] 所述加载梁的中部有轴孔和键槽,与所述试验箱中的功率输入轴通过键连接相 连;加载梁的左右两端分别任意选取一个悬挂点,且两个悬挂点关于梁的中部轴对称;所 述加载梁上布置有一个水平指示器,所述水平指示器通过螺栓连接固定在所述加载梁上;
[0009] 所述滑轮系统至少包括一个定滑轮和两根细绳,其中一根细绳经过定滑轮换向, 且细绳两端分别连接加载梁的接近滑轮端的悬挂点和一个砝码盘;另一根细绳两端分别连 接加载梁的远离滑轮端的悬挂点和另一个砝码盘,所述砝码放在砝码盘中;
[0010] 所述电阻应变仪的应变片按照测量扭矩式方法搭建惠斯通电桥,并且应变片分别 贴在所述两个双联齿轮轴的扭转轴段的外表面远离键槽处。
[0011] 本发明还提供了一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置的方法,包括如 下步骤:
[0012] 步骤一:任意指定某一旋转方向为顺时针方向,通过顺时针与逆时针循环逐步加 载砝码,确定支路A的摩擦系数,具体过程为:
[0013] 1. 1只安装功率分流齿轮系统的支路A,使整个试验箱只有一个支路受载;
[0014] 1. 2在加载梁的两端砝码盘各加一个砝码,使得两端的载荷保持相同,根据砝码的 重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T in的大小;
[0015] 1. 3顺时针旋转加载梁,利用水平指示器确认加载梁处在水平位置,通过应变仪测 量输出应变值ε A ;
[0016] 1. 4逆时针旋转加载梁,利用水平指示器确认加载梁处在水平位置,通过应变仪测 量输出应变值ε ' A ;
[0017] 1.5记录一组应变值(εΑ,ε ' A),若记录的应变值达到五组及以上,转步骤一 .6, 否则,在加载梁的两端砝码盘各增加一个砝码,返回步骤一 .3 ;
[0018] 1. 6根据最小二乘原理,拟合出顺时针加载时输出应变大小ε A与输入扭矩大小 Tin的直线方程ε a = aA ·Τ?η+?3Α和逆时针加载时输出应变大小ε ' a与输入扭矩大小Tin的 直线方程ε' A = a' A*Tin+b/,上述两式中aA,bA,a' A,b/表示方程的拟合参数;
[0019] 1. 7根据1. 6中拟合出的两个直线方程的参数,计算出支路A的摩擦系数为

【权利要求】
1. 一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置,包括待测功率分流齿轮系统的试 验箱(1)、一根加载梁(2)、一个加载器(3)、一个水平指示器(4)、至少两台电阻应变仪(5)、 一套滑轮系统、两个轻质砝码盘(7)和至少20个等质量的砝码(8),其特征在于: 所述试验箱(1)包括功率输入轴(la)、输入级小齿轮(lb)、两个输入级大齿轮(lc)、 两个双联齿轮轴(Id)、两个输出级小齿轮(le)、输出级大齿轮(If)和功率输出轴(lg),所 述试验箱(1)中的齿轮和轴组成一个齿轮系统,所述齿轮系统分成A、B两个支路,每个支路 上分别有一根双联齿轮轴(Id)连接一个输入级大齿轮(lc)和一个输出级小齿轮(le),所 述输入级大齿轮(lc)和输出级小齿轮(le)与双联齿轮轴(Id)的连接方式均为键连接;所 述输入级小齿轮(lb)通过键连接安装在功率输入轴(la)上,且与两个输入级大齿轮(lc) 分别相啮合;所述两个输出级小齿轮(le)分别与输出级大齿轮(If)相啮合;所述输出级 大齿轮(If)安装在功率输出轴上(lg); 所述试验箱的功率输出轴(lg)与加载器(3)通过键连接相连; 所述加载梁(2)的中部有轴孔和键槽,与所述试验箱(1)中的功率输入轴(la)通过键 连接相连;加载梁(2)的左右两端分别任意选取一个悬挂点,且两个悬挂点关于梁的中部 轴对称;所述加载梁(2)上布置有一个水平指示器(4),所述水平指示器(4)通过螺栓连接 固定在所述加载梁(2)上; 所述滑轮系统至少包括一个定滑轮和两根细绳,其中一根细绳经过定滑轮换向,且细 绳两端分别连接加载梁(2)的接近滑轮端的悬挂点和一个砝码盘(7);另一根细绳两端分 别连接加载梁(2)的远离滑轮端的悬挂点和另一个砝码盘(7),所述砝码(8)放在砝码盘 (7)中; 所述电阻应变仪(5)的应变片按照测量扭矩式方法搭建惠斯通电桥,并且应变片分别 贴在所述两个双联齿轮轴的扭转轴段的外表面远离键槽处。
2. -种利用权利要求1所述装置测定功率分流齿轮系统均载性能的方法,其特征在于 包括下述步骤: 步骤一:任意指定某一旋转方向为顺时针方向,通过顺时针与逆时针循环逐步加载砝 码(8),确定支路A的摩擦系数,具体过程为: 1. 1只安装功率分流齿轮系统的支路A,使整个试验箱(1)只有一个支路受载; 1.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各加一个砝码(8),使得两端的载荷保持相同,根 据砝码⑶的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩Tin的大小; 1.3顺时针旋转加载梁(2),利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置,通过 应变仪(5)测量输出应变值e A ; 1.4逆时针旋转加载梁(2),利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置,通过 应变仪(5)测量输出应变值e ' A ; 1.5记录一组应变值(eA,e' A),若记录的应变值达到五组及以上,转步骤一 .6,否 贝U,在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8),返回步骤一 .3 ; 1. 6根据最小二乘原理,拟合出顺时针加载时输出应变大小e A与输入扭矩大小Tin的 直线方程e A = aA *Tin+bA和逆时针加载时输出应变大小e ' A与输入扭矩大小Tin的直线 方程A = a' A*Tin+b' A,上述两式中aA,bA,a' A,b' A表示方程的拟合参数; 1.7根据1.6中拟合出的两个直线方程的参数,计算出支路A的摩擦系数为
步骤二:利用步骤一计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响,标定支路A上输出应变 e与双联齿轮轴实际传递扭矩TA的关系,其具体过程为: 2.1在支路A的双联齿轮轴(Id)的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同 位置PA1,PA2, PA3, PA4贴上应变片,所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上; 2.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8),使得两端的载荷保持相 同,根据砝码⑶的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩Tin的大小; 2. 3顺时针旋转加载梁(2)任意周,利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位 置,通过应变仪(5)测量并记录输出的四个位置上的一组应变值eA1,eA2, eA3, eA4,并计算 其均C
2. 4当步骤二.3中记录的应变值达到八组及以上,转步骤二.5,否则,在加载梁(2)的 两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8),返回步骤二.3 ; 2. 5根据最小二乘原理,拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值^与输入扭矩 大小Tin的直线方g
式中aA,bA表示方程的拟合参数; 2. 6利用步骤一中计算出的支路A的摩擦系数fA修正上述方程,则输出应变大小e A与 双联齿轮轴实际传递扭矩大小TA的标定方程为
步骤三:通过顺时针与逆时针循环逐级加载,确定支路B的摩擦系数,具体过程为: 3. 1卸掉功率分流齿轮系统的支路A,只安装支路B,使整个试验箱(1)只有一个支路受 载; 3.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8),使得两端的载荷保持相 同,根据砝码⑶的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩Tin的大小; 3. 3顺时针旋转加载梁(2),利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置,通过 应变仪(5)测量输出应变值e B ; 3. 4逆时针旋转加载梁(2),利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置,通过 应变仪(5)测量输出应变值e ' B ; 3. 5记录一组应变值(e B,e ' ,若记录的应变值达到五组及以上,转步骤三.6,否 贝U,在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8),返回步骤三.3 ; 3. 6根据最小二乘原理,拟合出顺时针加载时输出应变大小e B与输入扭矩大小Tin的 直线方程e B = aB ? Tin+bB,和逆时针加载时输出应变大小e ' B与输入扭矩大小Tin的直 线方程e' B = a' B*Tin+b' B,上述两式中aB,bB,a' B,b' b表示方程的拟合参数; 3. 7根据3. 6中拟合出的两个直线方程的参数,计算出支路B的摩擦系数为
步骤四:利用计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响,标定支路B上输出应变e与双 联齿轮轴(Id)实际传递扭矩TB的关系,其具体过程为: 4.1在支路B的双联齿轮轴(Id)的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同 位置PB1,PB2, PB3, PB4贴上应变片,所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上; 4.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8),使得两端的载荷保持相 同,以保证对系统施加纯扭矩,根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出 输入扭矩Tin的大小; 4. 3顺时针旋转加载梁(2),利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置,通 过应变仪(5)测量并记录输出的四个位置上的应变值eB1,eB2, eB3, eB4,并计算其均值
4.4若记录的应变值达到八组及以上,转步骤四.5,否则,在加载梁(2)的两端砝码盘 (7)各增加一个砝码(8),返回步骤四.3 ; 4. 5根据最小二乘原理,拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值^与输入扭矩 大小Tin的直线方程乙=?+ ~ ;
4.6利用步骤四中计算出的支路B的摩擦系数fB^TF H术卞屮.应变大小、与 双联齿轮轴(Id)实际传递扭矩大小TB的标定方程为 步骤五:测定在不同的砝码(8)重量折算出的不同输入扭矩下功率分流齿轮系统的均 载特性,其具体过程为: 5. 1同时安装功率分流齿轮系的支路A和支路B,使整个试验箱(1)有两个支路同时受 载; 5. 2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8),使得两端的载荷保持相 同,以保证对系统施加纯扭矩,根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出 输入扭矩Tin的大小; 5. 3顺时针旋转加载梁(2)若干周,利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平 位置,通过应变仪(5)分别测量并记录支路A输出的四个位置?41,?42,?^?44上的一组应 变值e ' A1,e ' A2, e ' A3, e ' A4,以及支路B输出的四个位置PB1,PB2,PB3,P B4上的一组
5. 4记录一组应变值若记录的应变值达到八组及以上,转步骤五.5,否则,在 加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8),返回步骤五.3 ; 5. 5将支路A和B的应变均值^和^代入到标定方程e A = fA ? aA ? TA+bA和e B = fB*aB*TB+bB,分别计算出在不同输入扭矩T in下,支路A和支路B上双联齿轮轴(Id)实际 传递的扭矩大小夂和尤; 5. 6计算在不同输入扭矩Tin下的均载系]
根据最小二乘原理拟合出 均载系数ks与输入扭矩Tin的直线方程ks = a *Tin+b,式中a,b为拟合参数,即得到了该功 率分流齿轮系统的均载特性方程,描述了均载系数ks与输入扭矩Tin的关系。
【文档编号】G01M13/02GK104280237SQ201410535944
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】付晨曦, 赵宁, 赵永志, 王建辉, 李旺 申请人:西北工业大学
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