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        實(shí)物樣機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)搭建的研究

        2013-07-05 05:33:40鐘明燈
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)

        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.

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