鐘明燈

（閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700）

0 引言

開展機(jī)械無級(jí)變速器性能試驗(yàn)研究的目的在于通過測(cè)試其有關(guān)性能指標(biāo)，考核其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，以及加工制造、裝配和調(diào)試的工藝性等。試驗(yàn)結(jié)果的分析將有助于改進(jìn)變速器的結(jié)構(gòu)及加工、裝配工藝。因此，試驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)劣，對(duì)檢驗(yàn)樣機(jī)的性能測(cè)試影響很大，才能更好地驗(yàn)證研制階段的理論分析。

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象參數(shù)及實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及主要參數(shù)

本文主要針對(duì)自行研制的對(duì)心式低脈動(dòng)度脈動(dòng)式無級(jí)變速器的新型機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)研究，其工作原理參照參考文獻(xiàn)[3]，主要參數(shù)為：額定輸入功率：P1=1kW；額定輸入轉(zhuǎn)速：n1=1000rpm；傳動(dòng)比范圍：i1H=8.161～209.048。

1.2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

把裝配好的樣機(jī)安裝在機(jī)械傳動(dòng)性能綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。安裝過程中主要考慮了以下四種情況：

（1）高度的一致性：由于在所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，磁粉制動(dòng)器的工作高度最高，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建過程中要以磁粉制動(dòng)器作為基準(zhǔn)高度，其它設(shè)備（包括樣機(jī)）都要與它相配套，應(yīng)保證所有傳動(dòng)軸的軸心在同一高度（同軸度對(duì)傳遞動(dòng)力很重要）。

（2）聯(lián)軸器要合理選擇：選擇或加工的聯(lián)軸器要與所有跟它連接的設(shè)備的軸徑相配套。聯(lián)軸器的類型宜選用彈性聯(lián)軸器，以更好地滿足要求，并補(bǔ)償小的安裝誤差。同時(shí)由于輸出端的轉(zhuǎn)矩傳感器的兩端與聯(lián)軸器的聯(lián)接過長，故應(yīng)對(duì)其軸向用內(nèi)六角圓柱頭螺釘把它與傳感器的軸鎖緊軸向定位，防止轉(zhuǎn)動(dòng)后聯(lián)軸器的滑動(dòng)。

（3）連接牢固，松緊合適，試運(yùn)行后再檢查牢固連接：應(yīng)使各設(shè)備牢牢地固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，并且保證各傳動(dòng)軸連接處的連接縫隙合適，不要太緊，也不要太松。在運(yùn)行一段時(shí)間后，要重新檢查安裝的牢固性，如有松動(dòng)，應(yīng)再進(jìn)行加緊。

（4）機(jī)器宜低速工作。安裝檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)輸入軸的轉(zhuǎn)速跟彈簧的回復(fù)速度不相匹配，噪音比較大，為了能正確測(cè)試機(jī)器的性能，了解該樣機(jī)的情況，我們?cè)跇訖C(jī)前增加一個(gè)皮帶減速輪裝置，這樣能保證壓緊機(jī)構(gòu)能夠始終保持與滾子軸承的接觸，防止連桿由于慣性太大而與凸輪表面脫離。

1.3 樣機(jī)潤滑油的選取

一般情況下，機(jī)械無級(jí)變速器潤滑油必須按照原設(shè)計(jì)要求或說明書上的規(guī)定，采用專用的無級(jí)變速器潤滑油。若用普通機(jī)油代替，則將不能使無級(jí)變速器充分發(fā)揮作用，甚至?xí)档蛡鬟f的效率和使用壽命，因此，必須十分重視機(jī)械無級(jí)變速器使用的油液[1]。

機(jī)械無級(jí)變速器專用油的主要作用有以下幾點(diǎn)[1]：①傳遞動(dòng)力；②減輕摩擦部件的磨損；③吸收、散發(fā)集積在摩擦部件的熱量；④清洗摩擦件表面。綜合以上的參考原則，我們對(duì)樣機(jī)潤滑油的選取主要是根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]中的選取原則，本文選用的是Ub-2系列無級(jí)變速器專用油，Ub系列無級(jí)變速器專用油是由廣州機(jī)械科學(xué)研究院研制的，其性能達(dá)到同類進(jìn)口油的要求，具有摩擦系數(shù)較低，很好的冷卻效果等優(yōu)點(diǎn)。它能較好地實(shí)現(xiàn)減輕變速器摩擦部件的磨損、局部的過熱和減少摩擦阻力等方面的要求。

1.4 樣機(jī)的試運(yùn)行

我們按照文獻(xiàn)[2]的相關(guān)規(guī)定先加入專用的潤滑油對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行。通過試運(yùn)行，我們可以發(fā)現(xiàn)它的一些問題。如上一小節(jié)的注意事項(xiàng)4中發(fā)生的情況，在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在輸入轉(zhuǎn)速高時(shí)，機(jī)器振動(dòng)大，觀察發(fā)現(xiàn)壓緊機(jī)構(gòu)和發(fā)生機(jī)構(gòu)中的連桿均不能正常工作，后面我改進(jìn)后增加了皮帶減速輪裝置后，運(yùn)行就很平穩(wěn)。經(jīng)過綜合改進(jìn)后，檢驗(yàn)可知其運(yùn)轉(zhuǎn)基本平穩(wěn)，無異常震動(dòng)及噪音，各連接件、緊固件不松動(dòng)，各密封處不漏油，說明后續(xù)試驗(yàn)可以陸續(xù)展開。

2 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

三相異步電動(dòng)機(jī)，JN-338型扭矩傳感器，JN-338MA型數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量儀，型號(hào)為CZ-20的磁粉制動(dòng)器，WIJ-3A型穩(wěn)流電源。

試驗(yàn)條件的選擇應(yīng)該要注意以下幾個(gè)方面：①選擇適合輸入軸、輸出軸的扭矩傳感器。根據(jù)目前實(shí)驗(yàn)室的條件限制，輸入軸我們選的是量程0～100N·m，額定轉(zhuǎn)速6000rpm的扭矩傳感器；輸出軸選的是量程0～1000N·m，額定轉(zhuǎn)速2000rpm的扭矩傳感器；②試驗(yàn)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量儀必須能夠正常讀數(shù)，同時(shí)精度的設(shè)定也應(yīng)該滿足我們的設(shè)計(jì)要求；③提供負(fù)載的磁粉制動(dòng)器應(yīng)該要增加一個(gè)冷卻裝置，由于開展試驗(yàn)時(shí)氣溫不高僅10度左右，我們選用自來水來冷卻；④試驗(yàn)過程中，要保持輸入轉(zhuǎn)速和速比不變，通過改變輸出轉(zhuǎn)矩或手輪調(diào)速，使輸入、輸出功率隨其變化而變化。試驗(yàn)時(shí)，受到皮帶輪減速和聯(lián)軸器的影響，輸入端的轉(zhuǎn)速有±5rpm的偏差，我們選取的輸入轉(zhuǎn)速為n1=570rpm，輸出轉(zhuǎn)矩按M2=20N.m，30N.m，……，逐步加載到預(yù)定功率要求。

2.2 試驗(yàn)方法

我們選擇四個(gè)方面來對(duì)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究：①空載試驗(yàn)。它的方法是：在其額定的輸入轉(zhuǎn)速下，在輸出轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選取3～5個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)不小于1小時(shí)。檢驗(yàn)可知其運(yùn)轉(zhuǎn)基本平穩(wěn)，無異常震動(dòng)及噪音，各連接件、緊固件不松動(dòng)，各密封處不漏油，說明空載試驗(yàn)合格；②跑合試驗(yàn)?？张茉囼?yàn)后進(jìn)行跑合試驗(yàn)，在輸出轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選取4～6點(diǎn)（可以包括其最低點(diǎn)和最高轉(zhuǎn)速點(diǎn)）以及相應(yīng)負(fù)荷（20N·m，30N·m，40N·m，……，150N·m）逐級(jí)加載，累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間不少于4小時(shí)。等樣機(jī)完全跑合好后，換上新的潤滑油，就可以進(jìn)行其它動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)研究；③效率與負(fù)載試驗(yàn)。變速器的傳動(dòng)效率試驗(yàn)分為空載功率損失試驗(yàn)和負(fù)載傳動(dòng)效率試驗(yàn)。進(jìn)行空載功率損失試驗(yàn)時(shí)，將輸出傳感器9與實(shí)驗(yàn)樣機(jī)7之間的聯(lián)軸器斷開，使被測(cè)樣機(jī)處于完全空載狀態(tài)下，連續(xù)調(diào)節(jié)變速手柄，測(cè)得在不同輸出轉(zhuǎn)速下變速器的輸入功率，即為空載功率損失；進(jìn)行負(fù)載傳動(dòng)效率試驗(yàn)時(shí)，保證輸入轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，在不同輸出轉(zhuǎn)速下分別逐級(jí)加載，記錄各輸出轉(zhuǎn)速下輸入功率P1、輸出功率P2、傳動(dòng)效率η及輸出轉(zhuǎn)速n2；④脈動(dòng)度試驗(yàn)。進(jìn)行脈動(dòng)度試驗(yàn)時(shí)，按在不同傳動(dòng)比下由空載開始，逐級(jí)加載，直至出現(xiàn)顯著振動(dòng)現(xiàn)象，且傳動(dòng)效率明顯下降為止。記下各不同傳動(dòng)比和各不同載荷下的一組輸出轉(zhuǎn)速速度波動(dòng)數(shù)據(jù)，輸入功率P1、傳動(dòng)比i1H和傳動(dòng)效率η。

3 試驗(yàn)流程圖和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)效果圖

3.1 試驗(yàn)流程圖

本試驗(yàn)是在機(jī)械傳動(dòng)性能綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，試驗(yàn)線路如圖1所示，實(shí)物在工作臺(tái)上安裝后的效果如圖2所示。主拖動(dòng)電機(jī)1為額定功率為1kW，額定轉(zhuǎn)速為1500rpm的三相異步電動(dòng)機(jī)，由于輸入軸的輸入轉(zhuǎn)速要與壓緊機(jī)構(gòu)的彈簧的回復(fù)速度相適應(yīng)，我們通過減速輪來實(shí)現(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)所要求的恒定輸入轉(zhuǎn)速570rpm，而不是設(shè)計(jì)參數(shù)中的1000rpm。各部件間的聯(lián)軸器均采用彈性柱銷聯(lián)軸器。傳感器4和9均采用JN-338型扭矩傳感器，其所測(cè)數(shù)據(jù)（功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩）均反饋在5和10的JN-338M-A型數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量儀上。加載裝置12采用磁粉制動(dòng)器，其型號(hào)為CZ-20，其對(duì)被測(cè)試無級(jí)變速器7進(jìn)行加載的過程由13的WIJ-3A型穩(wěn)流電源來控制，隨著電流的增大，輸出端的負(fù)載也逐漸增大。

3.2 試驗(yàn)平臺(tái)效果圖

通過上節(jié)試驗(yàn)流程圖的設(shè)計(jì)，最后在機(jī)械傳動(dòng)性能綜合測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)裝置效果圖如圖2所示。

圖2 設(shè)備安裝完成的效果圖Fig.2 Results of the equipment installation renderings

4 結(jié)論

試驗(yàn)平臺(tái)的搭建是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在綜合考慮試驗(yàn)要求的條件下，試驗(yàn)流程圖的制作和試驗(yàn)設(shè)備的選擇都將極大地影響試驗(yàn)結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，為后續(xù)實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試提供了保障。在虛擬樣機(jī)技術(shù)日益發(fā)展的今天，對(duì)實(shí)物樣機(jī)的研制也是必不可少的一環(huán)，應(yīng)該得到很好的重視。

[1]阮忠唐.機(jī)械無級(jí)變速器[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[2]阮忠唐.機(jī)械無級(jí)變速器設(shè)計(jì)與選用指南[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[3]鐘明燈.對(duì)心式低脈動(dòng)度脈動(dòng)式無級(jí)變速器的研制[D].福州：福州大學(xué)，2010.

[4]天津市石化通用研究所.機(jī)械無級(jí)變速器標(biāo)準(zhǔn)匯編（JB/T6950-93,JB/T7686-95,JB/T7668-95）.1997.