扭矩试验台的改造及扭矩电测.docx

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1、扭矩试验台的改造及扭矩电测摘要：机械传动试验台是根据实验方法科学研究机械传动的各种各样常见故障方式，以确认其承载力、传动系统高效率及有关性能的主要方式。一直以来，在我国变速器试验台的开发设计一直停留在传统式的人工水准。这些试验台都有一个共同的缺点：自动化程度低，无法模拟实际工况对各种机械传动产品进行试验，试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低。近些年来的研究取得一些进步，但目前的绝大多数实验台还只能进行恒定载荷加载或简单的程序控制阶梯加载，实验结果与现场测试依然有较大的差距。本文提出改进机械原理实验室的齿轮试验台的方案，在成本不高的情况下，增加其测试功能一可以测量联轴器，离合器

2、，带传动的效率和寿命，使其成为一台多功能机械传动试验台。关键词：机械传动；齿轮；联轴器；扭矩传感器TheTransformationofTorqueTestRigandTorqueMeasurementAbstract：Themechanicaltransmissionexperimentalplatformisabasicmachineandequipmentforscientificresearchonsomekindsofequipmentfaults,highefficiencyoftransmissionsystem,andaccuratemeasurementofmechanica

3、ltransmissionrelatedcharacteristicsandload-bearingcapacity.InChina,theabilityofdiscussionanddesignschemeofthemechanicaltransmissionexperimentalplatformisstillinthelinkofmanualcontrolofexperimentalequipment.Thisplatformhassomesamedefects,suchastheinabilitytoaccuratelysimulatetherealworkingenvironment

4、whendetectingmechanicalequipmentproducts,lowautomationtechnologylevelandlowdataacquisitionprecision.Althoughmanyachievementshavebeenmadeinrecentyears,suchaplatformcanonlyoperatewithoutchangingtheloadorsimplybypassingtheload.Thereisabigdifferencebetweentheexperimentandthespecificworkingenvironment.Th

5、ispaperpointsouttheimprovedbasictestschemeforthedesignoflaboratorytransmissiongearmachinery,whichimprovesitsexperimentalfunctionundertheconditionofcost-effectivemethod,andcanaccuratelymeasurethehighefficiencyandservicelifeofcouplingclutchandwormgeartransmission,asamulti-purposemechanicaltransmission

6、experiment.Keyword：MechanicalTranSmiSSion;Gear;COUPIing;TorqUesensor1绪论1. 1课题来源与意义人类为了生存需要，创造了各种各样的机械来达到减轻体力劳动与提高生产率的目的。随着社会的进步，机械已经从最初的简单工具发展到现在多功能、结构十分复杂的现代化系统。中小功率的机械传动产品有着广泛的应用。这一类产品的主要功能和目的是将其它形式的能量转化为可以直接利用的形式，同时实施规定的运动，完成相应的工作。而所有这些功能和目的都必须通过机械传动装置来完成，因而，机械传动装置在其中担任着重要的角色。从某种意义上说，机械传动装置性能的好坏决

7、定了机械传动的综合性能。价值和经济价值。齿轮是各种机器上必不可少的传动零件，对齿轮的各种性能进行测定是保证齿轮可靠使用的必经之路。目前，大部分齿轮试验台设计只是针对某一种特定的轮副，虽然专用性对于实验台结构设计、试验成本带来一定有利因素，但功能的单一性制约了设备的使用效率。在此基础上，开展多功能组合实验台设计是改进原有齿轮试验台设计的一条十分必要而有效的途径多功能组合实验台能按照机器零件的工作能力和可靠性的基本准则进行精度，摩擦损失，强度，刚度，耐热性和抗震性等多项实验，在保证评定试验的精度和结果可靠的前提下，达到快速、简便可靠的效果。为了节约资金，利用这个优点，所以对试验台做适当改进，增加测

8、量带传动，联轴器，离合器或其他的传动件的效率和寿命的功能，使其成为真正的多功能机械传动实验台。1.2 试验平台研究的必要性随着机械工业的发展和科研水平的不断提高，对机械传动产品的实验与检测手段不断提出了更高的要求。传动试验台是用试验的方法研究机械传动的各种失效形式并测定其承载能力、传动效率及有关性能的基本手段，长期以来我国的传动试验台的研制基本上还停留在传统的人工方式水平上，主要类型为以机械力或液压力加载的机械功率流开放式试验台，机械功率流封闭式试验台和用发电机作负载的电功率封闭式试验台。这些试验台或由于节能或由于加载方面各具特色，但都存在一个共同的缺点-自动化程度低，很难按事先设计的试验过程

9、进行验，无法模拟实际工况对各种机械传动产品进行试验，因此试验结果与实际情况总免有相当距离，传动试验平台大多采用人工操纵方式，试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低，不易实现多参数自动控制和失效判定。1.3 国内外研究的进展随着机械工业的发展和科研水平的不断提高，对机械传动产品的实验与检测手段不断提出了更高的要求。目前国内普遍采用的是实验室台架模拟实验台。将现场试验移至实验室台架上加以复现，采用模拟加载保持着负荷作用的某种随机性，使同一随机过程可多次复现。因此可使不同的机器可以经受完全同一的随机作用。这无疑将有助于改善试验结果的可比性。国内在相似实验室台架模拟实验台的基础开发了齿

10、轮传动与控制实验台。实验台最大特点是采用电液比例控制全液压传动、制动、加载系统，并由LABVlEW测控系统实现自动控制并进行数据采集和处理。该试验台为履带试验台，汽车发动机根据传动装置推动车胎在覆带上翻转，以科学研究汽车发动机液压传动系统这一负荷推动系统软件在动载荷下的性能体现。一直以来，在我国变速器试验台的发展趋势基本上停留在传统式手工制作方式的水准。有机械设备力或液压系统的机械功率流封闭试验台和以发电机组为负荷的电力工程封闭试验台。这种试验台因为环保节能或载入各有特色，但他们都是一个相同的缺陷。但因为他们的智能化程度低，难以依照事先制定的测试步骤开展检测，没法仿真模拟具体工作状况对各种各样

11、机械传动商品的危害。因而，实验结论与实际情况中间一直存有非常大的间距，这很大地危害了实验数据信息对机械传动设计产品和制造的立即指导意义。因此，这些年，大家资金投入了许多勤奋。乃至在较大水平上可以觉得，近几十年来机械设备封闭试验台的发展趋势，本质上便是装裁机的发展趋势。据调查，世界各国已被证实合理的装裁机有几十种。虽然有很多种类的适宜的装裁机，但是按动力学原理可将加载器分为三大类：简式加载器；支反力式加载器；力矩式加载器。传动试验平台大多采用人工操纵方式，试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低,不易实现多参数自动控制和失效判定。因此国内外有关学者一直致力于在实验室模拟机械传动产品

12、的实际工况进行机械传动产品的寿命和性能试验。比如自1989年以来，德国大众公司、美国GM公司和斯太尔公司都在研制能模拟汽车行驶工况的传动系综合实验台，日本也有人在从事有直流电机模拟发电机载荷的研究并申请了专利。国内目前这方面的研究正处于起步阶段，从事这方面研究的局限于高等院校，如重庆大学，重庆工学院等相继建立了机械传动试验台。目前，大多数实验站只能安装固定负载或简单的可编程控制级，实验结果与现场测试相差较大。都安装在工作台上。在设计中采用两个相同的被试齿轮，一个减速，一个增速,且速比相同。当被测对象的中心距不同时，改变的仅仅是两个被试齿轮箱的中心距,而对于整个试验台的传动路线不会产生影响。这种

13、加载方法具有简单可靠，操作方便，可在动态情况下反向加载，加载范围大等优点。2. 3.3方案如图2-4所示，本方案将两个相同齿轮箱作为模块，而且齿轮箱中的齿轮也一样。在试验台上进行测试，并在两个齿轮箱之间加被测试的离合器或联轴器，根据现场的测试知两个齿轮箱之间的空间比较大，比较合适一些传动件的测试。图2-4方案三原理图本试验台的优点分析：封闭功率试验台在机械制造教学，科研中得到广泛的应用，他的最大的优点是用少的能耗进行大功率的试验，例如进行100Kw变速器试验只需1.0KW的电机在目前能源紧缺的情况下，封闭式试验台的优点就显得尤为突出了。检测的一个重要部位是加载器。装裁机一般包含：液压加载，电封

14、闭加载，机械式加载等。前两大类项目投资大，构造巨大。液压载入，务必有专业的高压油泵站，阀门种类，管路，旋转油缸等。功率大的实验还必须很大的油泵站，因此项目投资特别大。因而，机械设备运载简易，在很多场所必须较少的项目投资。这一设计是它的装裁机一一螺旋滚珠式加载器，可以不关机加载。3关键零部件的设计与计算3.1 齿轮的设计与计算已知的参数电动机功率P=4KW最高转速n=3000r/Inin,最大封闭扭矩T=400N机。3.1.1 材料的选择由实验台的要求可以知道，两个齿轮箱完全一样，因此所设计的次轮完全一样,取材料为45钢（调质）硬度为240HBS齿数选择Z1=Z2=67o3.1.2 按齿面接触强

15、度设计由文献1设计计算9公式（IOTa）进行计算，即du2.32(3-1)A.确定公式中的参数a）选择载荷系数（=1.3b）计算齿轮的转矩T=400l3Nmmc）由文献29-42得内=0.2d）由文献1表10-6ZE=189.8e）由文献1图10-2Id的齿轮的接触疲劳强度极限b.二550MP4f）由文献口式10T3计算应力循环次数N=60njLh=60X30001（2830015）=1.296XlOK）次g）计算接触疲劳许用应力取失效率为1%,安全系S=L由文献1式（IoT2）f1=KHn；Hlg=o.9X600=540MPaB.计算a）计算齿轮分度圆直径b）计算圆周速度Vn =/21.558 400 IO3V 0.4x672X 0.0164 2:鬻八尸KAFb1x3755.950ll.34001042=200. 182mm(3-2)0,/1.648_3.14x200.182xl000_m.V-KvKaFKaXlOd=d.l310.476mSV-A叫1.360x1000(3-3)c)计算齿宽bb=4,=0.2200.182=53.51d)计算齿宽与齿高之比b/h模数m=4t=200.182/67=2.988z齿高h=2.25m=6.732bh=7.427e)计算载荷系数根据v=2.8ms动载荷系数Ky=LI2；直齿轮，假设KAFtb100Nnm.由文献1表10-3查