汽车驱动桥论文-驱动桥齿轮机械闭式试验台新型加载系统的研制

1、汽车驱动桥论文-驱动桥齿轮机械闭式试验台新型加载系统的研制        【关键词】驱动桥闭式试验台,加载器方案,测控系统,研制实施【摘要】本文阐述了驱动桥齿轮机械闭式试验台对加载器功能的特殊要求，对现有加载器的诸多方案进行了对比、选择，最终研制出完全满足美国、日本驱动桥齿轮试验规范要求的新型加载器及其测控系统。一.引言： 随着国内外汽车工业的飞速发展，我厂齿轮研究所产品试验    g×00×0×××××&

2、#215;××000000×××a×000×0××b×000×0××c0000×0×0××d000××00××a×000×00×0××0a××××b××0×c××××d××0000种类如此繁多的加载器之所以能够

3、共存，是由于它们各自有其特点与适用范围。现重点介绍几种常用的典型加载器，例如：1.扭杆式加载器是简式加载器的一种，其结构见图1。在突缘处是一对普通刚性联轴节，通过扭杆使两个半联轴节相对扭转一个角度位移，然后将其锁紧，这样在系统内就施加了载荷。它的缺点是不能在运转过程在加载。由于结构简单，50年代60年代初期，国内汽车变速器试验中应用较多。在德国慕尼黑工业大学尼曼教授所创建的齿轮试验室已把这种加载器所构成的试验台标准化，并用这种试验手段进行了30多年有价值的试验。 图1 图22.扭角调节器是也是简式加载器的结构之一，见图2所示，其内部结构实际上是一套蜗轮传动付，其扭转角度不受限制，且可以自锁。缺

4、点是只能靠人力在静止状态加载。图33.液压加载器是我厂研制，使用已有30多年的另一种简式加载器。其结构由液压箱、摆动油缸及控制器构成。见图3所示，摆动油缸的扭矩由液压推动叶片产生，叶片数一般为24片，当叶片数为3时，转角为100°。扭矩范围为5006000nm，其扭矩随液压变化的规律比较稳定，适用于程序控制，载荷可以精细调节，也可以反向加载，缺点是扭转角受限。它在简式加载器中应该是一种操作轻便、性能较好的加载装置。4.摇摆箱式加载器是属支反力式的一种加载器，在国内早期应用较广。其结构见图4，带有悬挂重砣杠杆的平衡减速器，在重砣q作用下，驱使齿轮1和齿轮2按箭头所示方向转动，但是齿轮3

5、、4阻止其转动，遂使齿轮互相咬紧。这样，封闭系统内就被施加上了载荷。这种加载方式结构简单，可以在运转过程中调整和测量施加的载荷。但是增大扭转角度，改变载荷方向困难；且在运转中发生明显的抖动，影响试验的准确性。图45.如图5所示是一种美国格里申公司在50年代研制的世界上最早出现的同轴力矩式加载器，它是由两套同轴式啮合传动系统串联而成见图13(d)、(f)，施载装置为双向作用控制式微电机，传递扭矩方向可以任意改变。6.如图6所示是前苏联60年代研制的另一种同轴力矩式加载器，它是由两套相同的同轴式啮合传动系统串联而成见图13 (g)，施载装置为双向作用控制式微电机。后由全苏建筑与道路研究所对这种加载

6、器作了系列化设计，极限封闭端力矩为25010000nm;封闭端转速达14002500r/min;施载电机功率为0.0930.6kw;两级传动比达13300：1。7.如图7所示是某大学研制的目前国内通用性较好的一种同轴力矩式加载器。它也是由两套同轴式啮合传动系统串联而成见图13 (g)、(f)，施载装置为双向作用控制式微电机，封闭端极限扭矩为±25000nm;封闭端极限转速达6500r/min。8.如图8所示的同轴力矩式加载器是国内为解决国产船用齿轮箱（内有液压式多盘摩擦离合器）的耐久试验而提出的，它也是由两套相同的同轴式啮合传动系统串联而成见图13 (a)。所使用的施载装置为小型（或

7、微型）水力测功机。三.新加载器方案的选定：我厂驱动桥齿轮机械闭式试验台改造前的结构原理，见图9所示，采用叶片式液压加载器方案，其缺点是即使叶片数选最少为2时，这时的扭转角也只能增加到127°。由于系统内有4根半轴，系统的刚性比较低，当时的解决方案就是增加一个扭角调节器。在每次试验开始前，先将扭角调节器调整出一个初始角度，然后再用液压加载器加载进行试验。该试验台使用的扭矩一般不大于1000nm,转速一般不高于750r/min。但是随着汽车工业的发展，主机厂试验规范要求的试验转速越来越高，加载扭矩也越来越大，于是我们将新加载器设计转速定为3500r/min;设计扭矩定为2500nm。由于

8、扭角调节器不容易动平衡，上高速时会抖 转接箱 加载齿轮箱 扭角调节器 减速器 皮带传动 试验样品 转矩转速传感器 液压加载器 转接箱 电机 图9动，我们首先想到的是取消扭角调节器，这样要使液压加载器增大扭角，就要将叶片式液压加载器方案改变为螺旋式液压加载器的方案。其结构见图10所示，由液压推动活塞往复移动，活塞不转动，在活塞心部的大导程螺母就迫使螺杆转动，活塞移动一个导程，螺杆就转动360°，这样在系统内就施加了载荷。但是螺旋式液压加载器设计、制做，不是我厂的技术优势。于是我们委托某大学液压教研室设计、研制这种加载器。这种加载器的工艺难点：一是配磨螺旋副；二是主轴心部的深孔加工（配压

9、阀对活塞a面供油时，液压油从主轴心部走，供油孔深度较大）。最终因此深孔无法加工，不得不改变配压阀原设计方案：将原配压阀仅在b方向供油，改为两个配压阀在a、b两个方向供油，这样在a方向的配压阀密封圈内径就由原来60mm增大到170mm。由于液压加载器供油用的配压阀，不能随主轴旋转，这样配压阀高压密封圈由于工作线速度的限制，试验台主轴转速要达到1500r/min以上就比较困难，于是试制工作中止。但是我们认为如上图所示的原设计方案仍然不失为一个好方案。在广泛调研中，我们又发现某大学与某厂共同研制的滚珠螺旋加载器，其结构原理见图11，实际上是表1中d型方案的改进。图中螺旋轮3、4旋向相反，外装滚珠套筒

10、5，当电机经蜗杆减速器驱动加载螺旋8，由横键7和拉杆6使套筒5产生轴向移动，驱使螺旋轮3、4向相反方向转动，于是在系统内产生载荷。这种加载器转速能达到3000r/min，只要螺杆足够长，就能使扭转角满足使用，能动态加载，载荷精度高，但因价格高未谈成。图11最后，我们决定自己研制一种比其价位偏低，但是性能更好的加载器。通过多种方案对比选择，我们将新加载器的设计方案锁定在同轴力矩式加载器的方案上。为了通用性好，加载器方案的工作型式定为水平支架式，两端由法兰盘输出扭矩，其结构原理见图12所示，加载器本身实际上是一个能高速运转的旋转体，其内部结构主要由三部分组成：电动机、制动器和减速器。这样就要求电动

11、机和制动器体积尽量小，其中电动机要求三相交流380供电。图12以便容易实现计算机自动控制，按载荷谱加载；制动器要求工作在失电制动状态，以便能在不耗能状态下保持载荷精度，于是我们选择了yej系列带盘式制动器的微电机。不难看出减速器设计是加载器的核心技术，在我们研究了诸多同轴力矩式加载器的方案后，认为应该吸取它们的优点，克服它们的缺点。其设计原则是：1.减速器结构要紧凑，回转半径要小，轴向要短，重量要轻；2.结构要尽量简化、优化，要轴对称，以便容易动平衡、上高速；3.力素放大能力要尽量大，以便实现使用微电机输出大扭矩。根据设计原则，减速器经过设计计算，减速比要大于10000才能满足加载速度和扭矩放

12、大的要求。这样大的减速比，其内部啮合传动系统宜选为两级串联。据有关资料介绍，常用的同轴啮合传动结构基本型式有如下十种，见图13所示，其中（a）（f）及（i）、（j）为2k-h型行星和谐波传动；（g）为k-h-v型行星或摆线传动；(h)为3k型行星传动（注：k为齿轮，h为行星架，v为转轴）。一般的同轴力矩式加载器采用的内部啮合传动结构无非是这些基本型式的一种或者两种的串联组合，或改进而成。我厂新加载器方案的减速器内部结构采用的啮合传动型式也不例外，只不过是进行了精心的优化设计，满足了设计原则的要求。图13四.新加载器的测控系统：在新加载器机械图纸设计完成后，又进行了测控系统的方案设计，其功能要求是:1.通过工控机按试验规程自动控制过程，能实施自动等幅加载，随机加载或按载荷谱加载，使试验条件能逐步逼近和模拟产品使用的实际工况进行试验，提高试验水平。2.在试验调试和试验过程中能观察到载荷曲线、峰值、加载时间和扭矩角度位移，便于监控。 自动测控系统实现原理为： （1）微电机控制卡等软件(控制部分)：通过工控软件实施模拟或数字量控制，起动加载器实现同步加载和自动加载，自动补偿功能、等幅及载荷谱加载等。 （2