一种行星轮系加载的试验装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种行星轮系加载的试验装置，包括功率流封闭系统，其中，被测行星轮系的两端分别连接第一减速机的输入轴和第二减速机的输出轴，扭矩加载机构的两端分别连接第二减速机的输入轴和第一减速机的输出轴，驱动电机连接第一减速机的输入端。第一减速机输出的功率通过扭矩加载机构传送给第二减速机，第二减速机的输出端通过被测行星轮系传回给第一减速机从而实现功率流的封闭，驱动电机为系统提供动力，并补偿功率流封闭系统的功率损耗。当驱动电机输出的功率不同时，扭矩加载机构两侧的转速不同，从而使得施加给被测行星轮系的载荷不同，完成实验。由于本申请采用功率流封闭的方式，可避免能量的浪费，降低功率损耗。
【专利说明】
一种行星轮系加载的试验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及行星轮系检测的技术领域，具体的说，是涉及一种行星轮系加载的实 验装置。
【背景技术】
[0002] 行星齿轮传动系统具有承载能力高、传动比大、传动平稳高效、结构紧凑等诸多优 点，在机械设备中发挥着重要作用。对其进行加载实验是检验其性能、进行测试诊断的前提 工作。
[0003] 现有的行星轮系加载实验装置中对于机械加载的方式大多为机械传动开发式的 方式。机械传动开放式试验台通常由驱动电机、被试行星轮系、陪试行星轮系、发电机四部 分组成，功率由原动机提供，经过被试件传递至负载。机械传动开放式加载方式存在诸多不 足，主要表现在以下几个方面:首先，传动开发式的结构，功率最终有大量输出，而导致功率 消耗大，能源浪费严重；（2)加载装置复杂，需要有大功率加载设备，价格高昂；（3)需要陪试 件。
[0004] 因此，如何提供一种行星轮系加载试验装置，以降低功率损耗，减少能源浪费，是 本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种行星轮系加载试验装置，以降低功率损耗，减少能源 浪费。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种行星轮系加载的试验装置，其包括功率流封闭的系统，所述功率流封闭的系 统包括：
[0008] 第一减速机和第二减速机；
[0009] 被测行星轮系，所述被测行星轮系的一端与所述第一减速机的输入轴连接，另一 端与所述第二减速机的输出轴连接；
[0010] 两侧的转速的大小和方向均可调的扭矩加载机构，所述扭矩加载机构的一侧与所 述第一减速机的输出轴连接，另一侧与所述第二减速机的输入轴连接；
[0011] 与所述第一减速机的输入端连接的驱动电机。
[0012] 优选地，上述的试验装置中，所述第一减速机和所述第二减速机为轴距相同的减 速机。
[0013] 优选地，上述的试验装置中，所述扭矩加载机构为液力变矩器。
[0014] 优选地，上述的试验装置中，所述第一减速机的输入轴、所述被测行星轮系的输出 轴和输入轴以及所述第二减速机的输出轴共线。
[0015] 优选地，上述的试验装置中，所述第一减速机的输出轴、所述扭矩加载机构的输出 轴和输入轴以及所述第二减速机的输入轴共线。
[0016]优选地，上述的试验装置中，所述第一减速机的输出轴与所述扭矩加载机构的输 入轴通过第三联轴器连接，所述第二减速机的输入轴通过第四联轴器与所述扭矩加载机构 的输出轴连接。
[0017]优选地，上述的试验装置中，所述扭矩加载机构与所述第一减速机之间通过第二 轴承座支撑。
[0018] 优选地，上述的试验装置中，所述第一减速机的输入轴通过第一联轴器与所述被 测行星轮系的输出轴相连，所述第二减速机的输出轴通过第二联轴器与所述被测行星轮的 输入轴相连。
[0019] 优选地，上述的试验装置中，所述被测行星轮系与所述第二减速机之间通过第一 轴承座支撑。
[0020] 优选地，上述的试验装置中，还包括用于支撑所述功率流封闭的系统的支座。
[0021] 经由上述的技术方案可知，本发明公开了一种行星轮系加载的试验装置，包括功 率流封闭系统，该功率流封闭系统包括第一减速机、第二减速机、被测行星轮系、扭矩加载 机构和驱动电机，其中，被测行星轮系的两端分别连接第一减速机的输入轴和第二减速机 的输出轴，而扭矩加载机构的两端分别连接第二减速机的输入轴和第一减速机的输出轴， 驱动电机连接第一减速机的输入端。本申请中将行星轮系加载机构设置为功率流封闭式的 结构，即第一减速机输出的功率通过扭矩加载机构传送给第二减速机，第二减速机的输出 端通过被测行星轮系传回给第一减速机从而实现功率流的封闭，此外，设置的驱动电机为 系统提供动力，并补偿功率流封闭系统的功率损耗。在实际工作中，由于扭矩加载机构的两 侧的转速的大小和方向可调，使得当驱动电机输出的功率不同时，扭矩加载机构两侧的转 速不同，从而使得施加给被测行星轮系的载荷不同，完成实验。由于本申请采用功率流封闭 的方式，可避免能量的浪费，降低功率损耗。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0023] 图1是本发明实施例提供的行星轮系加载试验装置的主视图；
[0024] 图2是本发明实施例提供的行星轮系加载试验装置的俯视图；
[0025] 图3是本发明实施例提供的行星轮系加载试验装置的结构示意图；
[0026] 图4是本发明实施例提供的行星轮系加载试验装置的传动示意图。
[0027]图中：1-驱动电机;2-第一减速机;3-基脚;4-液力变矩器;5-第二减速机;6-第七 联轴器;7-第一联轴器;8-被测行星轮系;9-第六联轴器；10-第一轴承座；11-第一传动轴； 12-第二联轴器；13-第四联轴器；14-第五联轴器；15-第二轴承座；16-第二传动轴；17-第三 联轴器;18-支座;19-轴承。
【具体实施方式】
[0028]本发明的核心是提供一种行星轮系加载试验装置，以降低功率损耗，减少能源浪 费。
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 如图1-图4所示，本发明公开了一种行星轮系加载的试验装置，包括功率流封闭系 统，该功率流封闭系统包括第一减速机2、第二减速机5、被测行星轮系8、扭矩加载机构和驱 动电机1，其中，被测行星轮系8的两端分别连接第一减速机2的输入轴和第二减速机5的输 出轴，而扭矩加载机构的两端分别连接第二减速机5的输入轴和第一减速机2的输出轴，驱 动电机1连接第一减速机2的输入端。本申请中将行星轮系加载机构设置为功率流封闭式的 结构，即第一减速机2输出的功率通过扭矩加载机构传送给第二减速机5,第二减速机5的输 出端通过被测行星轮系8传回给第一减速机2从而实现功率流的封闭，此外，设置的驱动电 机1为系统提供动力，并补偿功率流封闭系统的功率损耗。在实际工作中，由于扭矩加载机 构的两侧的转速的大小和方向可调，使得当驱动电机1输出的功率不同时，扭矩加载机构两 侧的转速不同，从而使得施加给被测行星轮系8的载荷不同，完成实验。由于本申请采用功 率流封闭的方式，可避免能量的浪费，降低功率损耗。
[0031] 具体的实施例中，将第一减速机2和第二减速机5限定为轴距相同的减速机，并安 装于试验台的两侧，设置为轴距相同的减速机可便于布置第一减速机2和第二减速机5的位 置，并保证两者之间的距离相同，便于对轴的选取。本申请中并不仅限于轴距相同的减速 机。通过上述的布置关系以及功率流封闭的系统可知，采用的两个减速机，在实际中两个减 速机中一者作为减速机使用，而另一者则作为增速机使用，以保证整个功率流的传递。 [0032]本申请中公开的扭矩加载机构为液力变矩器4,通过液力变矩器4的固有特性即其 两端可以形成方向相反，大小不等的扭矩从而实现系统内部扭矩的加载，克服了开放式结 构耗能高、需要大功率、需要陪试件的缺点。该装置可作为行星轮系故障诊断研究试验的工 具。在实际中功率流封闭的系统正常运转的条件是系统的总传动比为i，即1 1 - 2. .， 而当第一减速机2和第二减速机5以及被测行星轮系8确定后，根据计算公式可以得知所需 要的液力变矩器4的传动比。在本发明实施例中，通过驱动电机1可以改变功率流封闭系统 中各轴的转速，从而改变液力变矩器4输入端输出端的扭矩，进而改变被测行星轮系8的加 载扭矩，也获得了不同的封闭功率，即试验功率。驱动电机1只需提供补偿封闭系统内摩擦 损耗的功率。
[0033] 本申请中的第一减速机2的输入轴、被测行星轮系8的输出轴和输入轴以及第二减 速机5的输出轴共线，此外，第一减速机2的输出轴、扭矩加载机构的输入轴和输出轴以及第 二减速机5的输入轴共线。本申请中将第一减速机2的输入轴（图4中轴I)和被测行星轮系8 的输出轴和输入轴以及第二减速机5的输出轴（图4中轴II)水平布置，并且第一减速机2的 输出轴（图4中轴III)和扭矩加载机构的输出轴和输入轴以及第二减速机5的输入轴（图4中 轴IV)也设置为水平，即这两部分水平布置的轴系平行。
[0034] 为了实现整个试验装置的安装，扭矩加载机构与第一减速机2之间通过第二轴承 座15支撑，并将第一减速机2的输出轴通过第三联轴器17与扭矩加载机构的输入轴连接在 一起，扭矩加载机构的输出轴与第二减速机5的输入轴通过第四联轴器13连接，在实际中， 扭矩加载机构的安装位置靠近第二减速机5，因此，在扭矩加载机构与第一减速机2之间设 置了第二轴承座15,并设置了用于连接第一减速机2和液力变矩器4的第一传动轴11，并将 第三联轴器17设置在第二轴承座15与第一减速机2之间，以连接第一减速机2的输出轴与第 一传动轴11的一端;在第二轴承座15与扭矩加载机构之间设置第五联轴器，以连接第一传 动轴12的另一端与液力变矩器4的输入轴。本申请通过上述布置的目的在于将液力变矩器4 与待测行星轮系8两者错开，以减小液力变矩器4与待测行星轮系8相对时的两组平行轴系 之间的距离。在上述设置的过程中需要保证第一减速机2和第二减速机5的中心距必须保证 错位安装的扭矩加载机构和待测行星轮系与系统内的其他部件不会产生干涉。在第一轴承 座10和第二轴承座15内均设置有轴承19,用于与对应传动轴的配合。
[0035] 结合上述的描述可知，在实际中第一减速机2的输入轴通过第一联轴器7与被测行 星轮系8的输出轴相连，而被测行星轮系8的初入轴则与第二减速机5的输出轴通过第二联 轴器12连接。在实际中，被测行星轮系8的安装位置靠近第一减速机2,因此，为了保证被测 行星轮系8与第二减速机5的稳定连接，在被测行星轮系8与第二减速机5之间设置了第一轴 承座10和用于连接的第二传动轴16,并将第二联轴器12设置在第一轴承座10与第二减速机 5之间，以连接第二传动轴16的一端与第二减速机的输出轴;并在被测行星轮系8与第一轴 承座10之间设置第六联轴器9,以连接第二传动轴16的另一端与被测行星轮系的输入轴。本 申请中公开的驱动电机1与第一减速机2的输入轴之间通过第七联轴器6连接。
[0036] 更进一步的实施例中还设置了支座18,该支座18作为整个实验装置的安装基础， 用于支撑功率流封闭的系统，即上述的部件均安装在该支座18上。该支座为平板结构，为了 改变整个支座的高度，在支座的底面还设置有基脚3,以调节整个支座18的位置。
[0037] 在本发明实施例中，所述各传动部件的型号的选定:对于给定的被测行星轮系8， 已知其传动比ix。根据安装的尺寸要求，选择尺寸相当的液力变矩器4。由液力变矩器4的特 性可知，其传动效率随着传动比的变化而变化，为了使其在高效率范围工作，则需要液力变 矩器4的传动比i y不小于某一传动比值，即iY多is。显然，封闭系统正常运转的条件是系统的 总传动比为1，即k-x h-_= U其中，是第一减速机的传动比，i2是第二减速机的传动 1I 比）。因此两相同轴距减速机的传动比需满足iiXi2 = ixXiY彡ixXis，与此同时，两个减速 机的中心距必须保证错位安装的液力变矩器4和行星轮系8不与系统里的其他部件产生干 涉。据上所述，查找机械手册，确定减速机合适的型号以及传动比。至此，传动部件的两个减 速机和被测行星轮系8的传动比都已确定，再根据总传动比为1，即可算出液力变矩器4的实 际传动比。
[0038] 在本发明实施例中，所述行星轮系载荷的计算:在确定液力变矩器4实际传动比的 基础上，可以根据第一减速机2、第二减速机5、液力变矩器4和被测行星轮系8的传动比算出 轴I的转速m、轴II的转速η π、轴III的转速nm和轴IV的转速nIV，如式（1)-式⑷所示。根据 液力变矩器4的固有特性可以计算出液力变矩器4输入端栗轮的扭矩T B，如式(5)所示。由液 力变矩器4的变矩系数K推出液力变矩器4输出端的扭矩Ττ，如式(6)所示。可以看出液力变 矩器4两端的扭矩大小不同，方向相反。通过进一步推导，可以得到被测行星轮系8高速轴的 扭矩TdP低速轴的扭矩Τ Π ，分别如式(7)、式⑶所示。可以看出被测行星轮系8输入端、输出 端也加上了大小不等，方向相反的扭矩，从而给被测行星轮系8加上了载荷ΤΡ，如式（9)所 /Jn 〇
[0039] (1)
[0040] ⑵
[0041] ⑶
[0042] (4)
[0043] (5)
[0044] (6)
[0045] (7.)
[0046] .(8)
[0047] .. ,....., (9)
[0048] 式中，η为驱动电机输出转速为第一减速机的传动比；i2为第二减速机的传动 比；i3为被测行星轮系的传动比；TBg为液力变矩器的公称扭矩;nB为输入端栗轮的转速，输 入端栗轮与轴III刚性连接，二者转速相等;ηι为第一减速机的传动效率;Π 2为第二减速机的 传动效率。
[0049] 在本发明实施例中，所述驱动电机功率的选定:封闭系统中有循环功率Pf在循环 传递，但封闭系统运转时，不可避免地产生因摩擦、搅油等引起功率损失P s，这部分功率损 失由驱动电机1来补偿。这就是说，驱动电机1输入到封闭系统的功率仅是使封闭系统运转 起来的功率，即用于补偿封闭系统内损耗的功率。由于损耗的功率很小，因此所需驱动电机 1的功率也很小，它与系统的传动效率以及传递功率的大小等有关。与驱动电机1输出端相 连接的齿轮具有总功率P，在经过第一减速机2、液力变矩器4、第二减速机5和被测行星轮系 8的传递之后，功率又变为Pf，如式（10)所示。系统的各传动件串联，总传动效率为n s，如式 (11)所示。由此可知驱动电机1输出端具有的功率P，如式（12)所示。从而求得驱动电机1输 入的补偿功率Ps，如式（13)所示。可以看出驱动电机1的输入功率仅为循环功率的很小一部 分，也就是说用较小功率的驱动电机1即可以满足机械系统内较大功率的循环，减小了功率 损耗<
[0050 (10)
[0051 (11)
[0052 .(1.2)
[0053 ( 1.3 )
[0054] 式中，n3为被测行星轮系的传动效率，Π 4为液力变矩器的传动效率。
[0055] 在本发明实施例中，通过驱动电机1可以改变封闭系统中各轴的转速，从而改变了 液力变矩器4输入端输出端的扭矩，进而改变被测行星轮系8的加载扭矩，也获得了不同的 封闭功率，即试验功率。驱动电机1只需提供补偿封闭系统内摩擦损耗的功率。
[0056] 在本发明实施例中，可以开展被测行星轮系8的齿轮在一定扭矩和转速下的故障 模拟试验，可以模拟的故障类型包括正常齿轮、磨齿齿轮、胶合齿齿轮、点蚀齿齿轮、裂齿齿 轮和断齿齿轮等。还可以针对不同位置的齿轮故障，包括内齿圈、行星轮、太阳轮等开展加 载实验。
[0057] 本发明实施例的封闭功率的行星轮系加载试验装置采用功率封闭的结构节约能 源，通过液力变矩器的固有特性即其两端可以形成方向相反，大小不等的扭矩从而实现系 统内部扭矩的加载，克服了开放式结构耗能高、需要大功率、需要陪试件的缺点。该装置可 作为行星轮系故障诊断研究试验的工具。
[0058] 本发明充分考虑了现有试验装置的困难与不足，采用功率封闭的方式，克服了开 放式结构的功耗大，做功浪费严重的缺点;其加载装置为液压式，加载简易，结构简单。
[0059] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0060] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种行星轮系加载的试验装置，其特征在于，包括功率流封闭的系统，所述功率流封 闭的系统包括： 第一减速机(2)和第二减速机(5); 被测行星轮系(8)，所述被测行星轮系(8)的一端与所述第一减速机(2)的输入轴连接， 另一端与所述第二减速机(5)的输出轴连接； 两侧的转速的大小和方向均可调的扭矩加载机构，所述扭矩加载机构的一侧与所述第 一减速机(2)的输出轴连接，另一侧与所述第二减速机(5)的输入轴连接； 与所述第一减速机(2)的输入端连接的驱动电机(1)。2. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述第一减速机(2)和所述第二减速 机(5)为轴距相同的减速机。3. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述扭矩加载机构为液力变矩器(4)。4. 根据权利要求1-3任一项所述的试验装置，其特征在于，所述第一减速机(2)的输入 轴、所述被测行星轮系(8)的输出轴和输入轴以及所述第二减速机(5)的输出轴共线。5. 根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述第一减速机(2)的输出轴、所述扭 矩加载机构的输出轴和输入轴以及所述第二减速机(5)的输入轴共线。6. 根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，所述第一减速机(2)的输出轴与所述 扭矩加载机构的输入轴通过第三联轴器（17)连接，所述第二减速机(5)的输入轴通过第四 联轴器(13)与所述扭矩加载机构的输出轴连接。7. 根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述扭矩加载机构与所述第一减速机 (2)之间通过第二轴承座(15)支撑。8. 根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述第一减速机(2)的输入轴通过第 一联轴器(7)与所述被测行星轮系(8)的输出轴相连，所述第二减速机(5)的输出轴通过第 二联轴器(12)与所述被测行星轮(8)的输入轴相连。9. 根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于，所述被测行星轮系（8)与所述第二减 速机(5)之间通过第一轴承座(10)支撑。10. 根据权利要求1-3任一项所述的试验装置，其特征在于，还包括用于支撑所述功率 流封闭的系统的支座(18)。
【文档编号】G01M13/02GK105841959SQ201610422354
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】李成, 丁皓, 朱忠奎, 蔡改改, 陆强, 程旭
【申请人】苏州大学