一種測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實驗裝置及方法，通過搭建功率分流齒輪系統(tǒng)，并對單個支路逐級加載，確定各支路的摩擦系數(shù)，標定各支路的輸出應(yīng)變大小與雙聯(lián)齒輪軸扭矩大小的關(guān)系，計算出在不同輸入扭矩下的均載系數(shù)，得到該功率分流齒輪系統(tǒng)的均載特性方程，本發(fā)明克服了現(xiàn)有均載性能實驗測定裝置對試驗臺的搭建要求高，且需要對齒輪箱施加動載，實驗成本高，周期長的缺點，提供了一種簡單易行的、僅需施加靜載的、成本低、實驗周期短的測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實驗裝置和方法。
【專利說明】一種測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實驗裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械傳動領(lǐng)域，尤其是一種測定均載性能的實驗裝置，還涉及一種測 定均載性能的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 功率分流齒輪傳動系統(tǒng)能夠滿足高速、重載、輕質(zhì)量、高可靠性等要求，因此被廣 泛應(yīng)用于航空、船舶、兵器和重型機械領(lǐng)域。然而功率分流齒輪傳動系統(tǒng)存在不均載的風(fēng) 險：在輸入齒輪將輸入功率同時分配給與之嚙合的其它齒輪時，由于存在制造、安裝的誤差 和構(gòu)件的彈性變形，會出現(xiàn)功率分配不均的情況，使一路分支受載過大。功率分流式齒輪傳 動系統(tǒng)的核心技術(shù)在于實現(xiàn)均載，目前國內(nèi)外最常用的均載方法是采用彈性均載裝置以及 利用齒輪的徑向浮動來補償誤差和變形。
[0003] 為了衡量某個功率分流齒輪系統(tǒng)的均載效果好壞，通常需要在不同輸入扭矩下實 驗測定該系統(tǒng)的均載性能，即通過實驗得出不同輸入扭矩下均載系數(shù)大小。2011年，西北工 業(yè)大學(xué)谷建功的博士學(xué)位論文《弧齒錐齒輪分流傳動系統(tǒng)性能仿真研究》建立了一種弧齒 錐齒輪的分流傳動系統(tǒng)試驗臺，該試驗臺通過一個直流調(diào)速電機對齒輪箱加載，通過集流 環(huán)采集齒輪的應(yīng)變信號，通過應(yīng)變計算到各支路的扭矩大小，從而得到均載性能。該方法對 試驗臺的搭建要求很高，需要很多附加裝置如聯(lián)軸器、集流環(huán)、增速器、加載器等，且需要對 齒輪箱施加動載，實驗成本高，周期長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實 驗裝置，以及一種利用該實驗裝置測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的方法。
[0005] 本發(fā)明提出的測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實驗裝置包括：待測功率分流齒 輪系統(tǒng)的試驗箱、一根加載梁、一個加載器、一個水平指示器、至少兩臺電阻應(yīng)變儀、一套滑 輪系統(tǒng)、兩個輕質(zhì)砝碼盤、至少20個等質(zhì)量的砝碼；
[0006] 所述試驗箱包括功率輸入軸、輸入級小齒輪、兩個輸入級大齒輪、兩個雙聯(lián)齒輪 軸、兩個輸出級小齒輪、輸出級大齒輪和功率輸出軸，所述試驗箱中的齒輪和軸組成一個齒 輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)分成A、B兩個支路，每個支路上分別有一根雙聯(lián)齒輪軸連接一個輸 入級大齒輪和一個輸出級小齒輪，所述輸入級大齒輪和輸出級小齒輪與雙聯(lián)齒輪軸的連接 方式均為鍵連接；所述輸入級小齒輪通過鍵連接安裝在功率輸入軸上，且與兩個輸入級大 齒輪分別相嚙合；所述兩個輸出級小齒輪分別與輸出級大齒輪相嚙合；所述輸出級大齒輪 安裝在功率輸出軸上；
[0007] 所述試驗箱的功率輸出軸與加載器通過鍵連接相連；
[0008] 所述加載梁的中部有軸孔和鍵槽，與所述試驗箱中的功率輸入軸通過鍵連接相 連；加載梁的左右兩端分別任意選取一個懸掛點，且兩個懸掛點關(guān)于梁的中部軸對稱；所 述加載梁上布置有一個水平指示器，所述水平指示器通過螺栓連接固定在所述加載梁上；
[0009] 所述滑輪系統(tǒng)至少包括一個定滑輪和兩根細繩，其中一根細繩經(jīng)過定滑輪換向， 且細繩兩端分別連接加載梁的接近滑輪端的懸掛點和一個砝碼盤；另一根細繩兩端分別連 接加載梁的遠離滑輪端的懸掛點和另一個砝碼盤，所述砝碼放在砝碼盤中；
[0010] 所述電阻應(yīng)變儀的應(yīng)變片按照測量扭矩式方法搭建惠斯通電橋，并且應(yīng)變片分別 貼在所述兩個雙聯(lián)齒輪軸的扭轉(zhuǎn)軸段的外表面遠離鍵槽處。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實驗裝置的方法，包括如 下步驟：
[0012] 步驟一：任意指定某一旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，通過順時針與逆時針循環(huán)逐步加 載砝碼，確定支路A的摩擦系數(shù)，具體過程為：
[0013] 1. 1只安裝功率分流齒輪系統(tǒng)的支路A，使整個試驗箱只有一個支路受載；
[0014] 1. 2在加載梁的兩端砝碼盤各加一個砝碼，使得兩端的載荷保持相同，根據(jù)砝碼的 重量和懸掛點到中心點的力臂大小折算出輸入扭矩T in的大??；
[0015] 1. 3順時針旋轉(zhuǎn)加載梁，利用水平指示器確認加載梁處在水平位置，通過應(yīng)變儀測 量輸出應(yīng)變值ε A ;
[0016] 1. 4逆時針旋轉(zhuǎn)加載梁，利用水平指示器確認加載梁處在水平位置，通過應(yīng)變儀測 量輸出應(yīng)變值ε ' A ;
[0017] 1.5記錄一組應(yīng)變值（εΑ，ε ' A)，若記錄的應(yīng)變值達到五組及以上，轉(zhuǎn)步驟一 .6， 否則，在加載梁的兩端砝碼盤各增加一個砝碼，返回步驟一 .3 ;
[0018] 1. 6根據(jù)最小二乘原理，擬合出順時針加載時輸出應(yīng)變大小ε A與輸入扭矩大小 Tin的直線方程ε a = aA ·Τ?η+?3Α和逆時針加載時輸出應(yīng)變大小ε ' a與輸入扭矩大小Tin的 直線方程ε' A = a' A*Tin+b/，上述兩式中aA，bA，a' A，b/表示方程的擬合參數(shù)；
[0019] 1. 7根據(jù)1. 6中擬合出的兩個直線方程的參數(shù)，計算出支路A的摩擦系數(shù)為

【權(quán)利要求】
1. 一種測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的實驗裝置，包括待測功率分流齒輪系統(tǒng)的試 驗箱（1)、一根加載梁（2)、一個加載器（3)、一個水平指示器（4)、至少兩臺電阻應(yīng)變儀（5)、 一套滑輪系統(tǒng)、兩個輕質(zhì)砝碼盤（7)和至少20個等質(zhì)量的砝碼（8)，其特征在于： 所述試驗箱（1)包括功率輸入軸（la)、輸入級小齒輪（lb)、兩個輸入級大齒輪（lc)、 兩個雙聯(lián)齒輪軸（Id)、兩個輸出級小齒輪（le)、輸出級大齒輪（If)和功率輸出軸（lg)，所 述試驗箱（1)中的齒輪和軸組成一個齒輪系統(tǒng)，所述齒輪系統(tǒng)分成A、B兩個支路，每個支路 上分別有一根雙聯(lián)齒輪軸（Id)連接一個輸入級大齒輪（lc)和一個輸出級小齒輪（le)，所 述輸入級大齒輪（lc)和輸出級小齒輪（le)與雙聯(lián)齒輪軸（Id)的連接方式均為鍵連接；所 述輸入級小齒輪（lb)通過鍵連接安裝在功率輸入軸（la)上，且與兩個輸入級大齒輪（lc) 分別相嚙合；所述兩個輸出級小齒輪（le)分別與輸出級大齒輪（If)相嚙合；所述輸出級 大齒輪（If)安裝在功率輸出軸上（lg); 所述試驗箱的功率輸出軸（lg)與加載器（3)通過鍵連接相連； 所述加載梁（2)的中部有軸孔和鍵槽，與所述試驗箱（1)中的功率輸入軸（la)通過鍵 連接相連；加載梁（2)的左右兩端分別任意選取一個懸掛點，且兩個懸掛點關(guān)于梁的中部 軸對稱；所述加載梁（2)上布置有一個水平指示器（4)，所述水平指示器（4)通過螺栓連接 固定在所述加載梁（2)上； 所述滑輪系統(tǒng)至少包括一個定滑輪和兩根細繩，其中一根細繩經(jīng)過定滑輪換向，且細 繩兩端分別連接加載梁（2)的接近滑輪端的懸掛點和一個砝碼盤（7);另一根細繩兩端分 別連接加載梁（2)的遠離滑輪端的懸掛點和另一個砝碼盤（7)，所述砝碼（8)放在砝碼盤 (7)中； 所述電阻應(yīng)變儀（5)的應(yīng)變片按照測量扭矩式方法搭建惠斯通電橋，并且應(yīng)變片分別 貼在所述兩個雙聯(lián)齒輪軸的扭轉(zhuǎn)軸段的外表面遠離鍵槽處。
2. -種利用權(quán)利要求1所述裝置測定功率分流齒輪系統(tǒng)均載性能的方法，其特征在于 包括下述步驟： 步驟一：任意指定某一旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，通過順時針與逆時針循環(huán)逐步加載砝 碼（8)，確定支路A的摩擦系數(shù)，具體過程為： 1. 1只安裝功率分流齒輪系統(tǒng)的支路A，使整個試驗箱（1)只有一個支路受載； 1.2在加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)各加一個砝碼（8)，使得兩端的載荷保持相同，根 據(jù)砝碼⑶的重量和懸掛點到中心點的力臂大小折算出輸入扭矩Tin的大小； 1.3順時針旋轉(zhuǎn)加載梁（2)，利用水平指示器（4)確認加載梁（2)處在水平位置，通過 應(yīng)變儀（5)測量輸出應(yīng)變值e A ; 1.4逆時針旋轉(zhuǎn)加載梁（2)，利用水平指示器（4)確認加載梁（2)處在水平位置，通過 應(yīng)變儀（5)測量輸出應(yīng)變值e ' A ; 1.5記錄一組應(yīng)變值（eA，e' A)，若記錄的應(yīng)變值達到五組及以上，轉(zhuǎn)步驟一 .6,否 貝U，在加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)各增加一個砝碼（8)，返回步驟一 .3 ; 1. 6根據(jù)最小二乘原理，擬合出順時針加載時輸出應(yīng)變大小e A與輸入扭矩大小Tin的 直線方程e A = aA *Tin+bA和逆時針加載時輸出應(yīng)變大小e ' A與輸入扭矩大小Tin的直線 方程A = a' A*Tin+b' A，上述兩式中aA，bA，a' A，b' A表示方程的擬合參數(shù)； 1.7根據(jù)1.6中擬合出的兩個直線方程的參數(shù)，計算出支路A的摩擦系數(shù)為
步驟二：利用步驟一計算出的摩擦系數(shù)消除摩擦力矩的影響，標定支路A上輸出應(yīng)變 e與雙聯(lián)齒輪軸實際傳遞扭矩TA的關(guān)系，其具體過程為： 2.1在支路A的雙聯(lián)齒輪軸（Id)的扭轉(zhuǎn)軸段外表面的圓周方向每隔90°共四處不同 位置PA1，PA2, PA3, PA4貼上應(yīng)變片，所述四處不同位置不要求在軸的同一橫截面上； 2.2在加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)加相同質(zhì)量的砝碼（8)，使得兩端的載荷保持相 同，根據(jù)砝碼⑶的重量和懸掛點到中心點的力臂大小折算出輸入扭矩Tin的大??； 2. 3順時針旋轉(zhuǎn)加載梁（2)任意周，利用水平指示器（4)確認加載梁（2)處在水平位 置，通過應(yīng)變儀（5)測量并記錄輸出的四個位置上的一組應(yīng)變值eA1，eA2, eA3, eA4，并計算 其均C
2. 4當(dāng)步驟二.3中記錄的應(yīng)變值達到八組及以上，轉(zhuǎn)步驟二.5,否則，在加載梁（2)的 兩端砝碼盤（7)各增加一個砝碼（8)，返回步驟二.3 ; 2. 5根據(jù)最小二乘原理，擬合出順時針加載時四個輸出應(yīng)變大小的均值^與輸入扭矩 大小Tin的直線方g
式中aA，bA表示方程的擬合參數(shù)； 2. 6利用步驟一中計算出的支路A的摩擦系數(shù)fA修正上述方程，則輸出應(yīng)變大小e A與 雙聯(lián)齒輪軸實際傳遞扭矩大小TA的標定方程為
步驟三：通過順時針與逆時針循環(huán)逐級加載，確定支路B的摩擦系數(shù)，具體過程為： 3. 1卸掉功率分流齒輪系統(tǒng)的支路A，只安裝支路B，使整個試驗箱（1)只有一個支路受 載； 3.2在加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)加相同質(zhì)量的砝碼（8)，使得兩端的載荷保持相 同，根據(jù)砝碼⑶的重量和懸掛點到中心點的力臂大小折算出輸入扭矩Tin的大小； 3. 3順時針旋轉(zhuǎn)加載梁（2)，利用水平指示器（4)確認加載梁（2)處在水平位置，通過 應(yīng)變儀（5)測量輸出應(yīng)變值e B ; 3. 4逆時針旋轉(zhuǎn)加載梁（2)，利用水平指示器（4)確認加載梁（2)處在水平位置，通過 應(yīng)變儀（5)測量輸出應(yīng)變值e ' B ; 3. 5記錄一組應(yīng)變值（e B，e ' ，若記錄的應(yīng)變值達到五組及以上，轉(zhuǎn)步驟三.6,否 貝U，在加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)各增加一個砝碼（8)，返回步驟三.3 ; 3. 6根據(jù)最小二乘原理，擬合出順時針加載時輸出應(yīng)變大小e B與輸入扭矩大小Tin的 直線方程e B = aB ? Tin+bB，和逆時針加載時輸出應(yīng)變大小e ' B與輸入扭矩大小Tin的直 線方程e' B = a' B*Tin+b' B，上述兩式中aB，bB，a' B，b' b表示方程的擬合參數(shù)； 3. 7根據(jù)3. 6中擬合出的兩個直線方程的參數(shù)，計算出支路B的摩擦系數(shù)為
步驟四：利用計算出的摩擦系數(shù)消除摩擦力矩的影響，標定支路B上輸出應(yīng)變e與雙 聯(lián)齒輪軸（Id)實際傳遞扭矩TB的關(guān)系，其具體過程為： 4.1在支路B的雙聯(lián)齒輪軸（Id)的扭轉(zhuǎn)軸段外表面的圓周方向每隔90°共四處不同 位置PB1，PB2, PB3, PB4貼上應(yīng)變片，所述四處不同位置不要求在軸的同一橫截面上； 4.2在加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)加相同質(zhì)量的砝碼（8)，使得兩端的載荷保持相 同，以保證對系統(tǒng)施加純扭矩，根據(jù)砝碼（8)的重量和懸掛點到中心點的力臂大小折算出 輸入扭矩Tin的大??； 4. 3順時針旋轉(zhuǎn)加載梁（2)，利用水平指示器（4)確認加載梁（2)處在水平位置，通 過應(yīng)變儀（5)測量并記錄輸出的四個位置上的應(yīng)變值eB1，eB2, eB3, eB4，并計算其均值
4.4若記錄的應(yīng)變值達到八組及以上，轉(zhuǎn)步驟四.5,否則，在加載梁（2)的兩端砝碼盤 (7)各增加一個砝碼（8)，返回步驟四.3 ; 4. 5根據(jù)最小二乘原理，擬合出順時針加載時四個輸出應(yīng)變大小的均值^與輸入扭矩 大小Tin的直線方程乙=?+ ~ ;
4.6利用步驟四中計算出的支路B的摩擦系數(shù)fB^TF H術(shù)卞屮.應(yīng)變大小、與 雙聯(lián)齒輪軸（Id)實際傳遞扭矩大小TB的標定方程為 步驟五：測定在不同的砝碼（8)重量折算出的不同輸入扭矩下功率分流齒輪系統(tǒng)的均 載特性，其具體過程為： 5. 1同時安裝功率分流齒輪系的支路A和支路B，使整個試驗箱（1)有兩個支路同時受 載； 5. 2在加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)加相同質(zhì)量的砝碼（8)，使得兩端的載荷保持相 同，以保證對系統(tǒng)施加純扭矩，根據(jù)砝碼（8)的重量和懸掛點到中心點的力臂大小折算出 輸入扭矩Tin的大??； 5. 3順時針旋轉(zhuǎn)加載梁（2)若干周，利用水平指示器（4)確認加載梁（2)處在水平 位置，通過應(yīng)變儀（5)分別測量并記錄支路A輸出的四個位置？41，？42，？^?44上的一組應(yīng) 變值e ' A1，e ' A2, e ' A3, e ' A4，以及支路B輸出的四個位置PB1，PB2，PB3，P B4上的一組
5. 4記錄一組應(yīng)變值若記錄的應(yīng)變值達到八組及以上，轉(zhuǎn)步驟五.5,否則，在 加載梁（2)的兩端砝碼盤（7)各增加一個砝碼（8)，返回步驟五.3 ; 5. 5將支路A和B的應(yīng)變均值^和^代入到標定方程e A = fA ? aA ? TA+bA和e B = fB*aB*TB+bB，分別計算出在不同輸入扭矩T in下，支路A和支路B上雙聯(lián)齒輪軸（Id)實際 傳遞的扭矩大小夂和尤； 5. 6計算在不同輸入扭矩Tin下的均載系]
根據(jù)最小二乘原理擬合出 均載系數(shù)ks與輸入扭矩Tin的直線方程ks = a *Tin+b，式中a，b為擬合參數(shù)，即得到了該功 率分流齒輪系統(tǒng)的均載特性方程，描述了均載系數(shù)ks與輸入扭矩Tin的關(guān)系。
【文檔編號】G01M13/02GK104280237SQ201410535944
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】付晨曦, 趙寧, 趙永志, 王建輝, 李旺 申請人:西北工業(yè)大學(xué)