汽車驅(qū)動橋論文-驅(qū)動橋齒輪機械閉式試驗臺新型加載系統(tǒng)的研制

1、汽車驅(qū)動橋論文-驅(qū)動橋齒輪機械閉式試驗臺新型加載系統(tǒng)的研制        【關(guān)鍵詞】驅(qū)動橋閉式試驗臺,加載器方案,測控系統(tǒng),研制實施【摘要】本文闡述了驅(qū)動橋齒輪機械閉式試驗臺對加載器功能的特殊要求，對現(xiàn)有加載器的諸多方案進行了對比、選擇，最終研制出完全滿足美國、日本驅(qū)動橋齒輪試驗規(guī)范要求的新型加載器及其測控系統(tǒng)。一.引言： 隨著國內(nèi)外汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，我廠齒輪研究所產(chǎn)品試驗    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種類如此繁多的加載器之所以能夠

3、共存，是由于它們各自有其特點與適用范圍?，F(xiàn)重點介紹幾種常用的典型加載器，例如：1.扭桿式加載器是簡式加載器的一種，其結(jié)構(gòu)見圖1。在突緣處是一對普通剛性聯(lián)軸節(jié)，通過扭桿使兩個半聯(lián)軸節(jié)相對扭轉(zhuǎn)一個角度位移，然后將其鎖緊，這樣在系統(tǒng)內(nèi)就施加了載荷。它的缺點是不能在運轉(zhuǎn)過程在加載。由于結(jié)構(gòu)簡單，50年代60年代初期，國內(nèi)汽車變速器試驗中應(yīng)用較多。在德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)尼曼教授所創(chuàng)建的齒輪試驗室已把這種加載器所構(gòu)成的試驗臺標(biāo)準(zhǔn)化，并用這種試驗手段進行了30多年有價值的試驗。 圖1 圖22.扭角調(diào)節(jié)器是也是簡式加載器的結(jié)構(gòu)之一，見圖2所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)實際上是一套蝸輪傳動付，其扭轉(zhuǎn)角度不受限制，且可以自鎖。缺

4、點是只能靠人力在靜止?fàn)顟B(tài)加載。圖33.液壓加載器是我廠研制，使用已有30多年的另一種簡式加載器。其結(jié)構(gòu)由液壓箱、擺動油缸及控制器構(gòu)成。見圖3所示，擺動油缸的扭矩由液壓推動葉片產(chǎn)生，葉片數(shù)一般為24片，當(dāng)葉片數(shù)為3時，轉(zhuǎn)角為100°。扭矩范圍為5006000nm，其扭矩隨液壓變化的規(guī)律比較穩(wěn)定，適用于程序控制，載荷可以精細(xì)調(diào)節(jié)，也可以反向加載，缺點是扭轉(zhuǎn)角受限。它在簡式加載器中應(yīng)該是一種操作輕便、性能較好的加載裝置。4.搖擺箱式加載器是屬支反力式的一種加載器，在國內(nèi)早期應(yīng)用較廣。其結(jié)構(gòu)見圖4，帶有懸掛重砣杠桿的平衡減速器，在重砣q作用下，驅(qū)使齒輪1和齒輪2按箭頭所示方向轉(zhuǎn)動，但是齒輪3

5、、4阻止其轉(zhuǎn)動，遂使齒輪互相咬緊。這樣，封閉系統(tǒng)內(nèi)就被施加上了載荷。這種加載方式結(jié)構(gòu)簡單，可以在運轉(zhuǎn)過程中調(diào)整和測量施加的載荷。但是增大扭轉(zhuǎn)角度，改變載荷方向困難；且在運轉(zhuǎn)中發(fā)生明顯的抖動，影響試驗的準(zhǔn)確性。圖45.如圖5所示是一種美國格里申公司在50年代研制的世界上最早出現(xiàn)的同軸力矩式加載器，它是由兩套同軸式嚙合傳動系統(tǒng)串聯(lián)而成見圖13(d)、(f)，施載裝置為雙向作用控制式微電機，傳遞扭矩方向可以任意改變。6.如圖6所示是前蘇聯(lián)60年代研制的另一種同軸力矩式加載器，它是由兩套相同的同軸式嚙合傳動系統(tǒng)串聯(lián)而成見圖13 (g)，施載裝置為雙向作用控制式微電機。后由全蘇建筑與道路研究所對這種加載

6、器作了系列化設(shè)計，極限封閉端力矩為25010000nm;封閉端轉(zhuǎn)速達(dá)14002500r/min;施載電機功率為0.0930.6kw;兩級傳動比達(dá)13300：1。7.如圖7所示是某大學(xué)研制的目前國內(nèi)通用性較好的一種同軸力矩式加載器。它也是由兩套同軸式嚙合傳動系統(tǒng)串聯(lián)而成見圖13 (g)、(f)，施載裝置為雙向作用控制式微電機，封閉端極限扭矩為±25000nm;封閉端極限轉(zhuǎn)速達(dá)6500r/min。8.如圖8所示的同軸力矩式加載器是國內(nèi)為解決國產(chǎn)船用齒輪箱（內(nèi)有液壓式多盤摩擦離合器）的耐久試驗而提出的，它也是由兩套相同的同軸式嚙合傳動系統(tǒng)串聯(lián)而成見圖13 (a)。所使用的施載裝置為小型（或

7、微型）水力測功機。三.新加載器方案的選定：我廠驅(qū)動橋齒輪機械閉式試驗臺改造前的結(jié)構(gòu)原理，見圖9所示，采用葉片式液壓加載器方案，其缺點是即使葉片數(shù)選最少為2時，這時的扭轉(zhuǎn)角也只能增加到127°。由于系統(tǒng)內(nèi)有4根半軸，系統(tǒng)的剛性比較低，當(dāng)時的解決方案就是增加一個扭角調(diào)節(jié)器。在每次試驗開始前，先將扭角調(diào)節(jié)器調(diào)整出一個初始角度，然后再用液壓加載器加載進行試驗。該試驗臺使用的扭矩一般不大于1000nm,轉(zhuǎn)速一般不高于750r/min。但是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，主機廠試驗規(guī)范要求的試驗轉(zhuǎn)速越來越高，加載扭矩也越來越大，于是我們將新加載器設(shè)計轉(zhuǎn)速定為3500r/min;設(shè)計扭矩定為2500nm。由于

8、扭角調(diào)節(jié)器不容易動平衡，上高速時會抖 轉(zhuǎn)接箱 加載齒輪箱 扭角調(diào)節(jié)器 減速器 皮帶傳動 試驗樣品 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 液壓加載器 轉(zhuǎn)接箱 電機 圖9動，我們首先想到的是取消扭角調(diào)節(jié)器，這樣要使液壓加載器增大扭角，就要將葉片式液壓加載器方案改變?yōu)槁菪揭簤杭虞d器的方案。其結(jié)構(gòu)見圖10所示，由液壓推動活塞往復(fù)移動，活塞不轉(zhuǎn)動，在活塞心部的大導(dǎo)程螺母就迫使螺桿轉(zhuǎn)動，活塞移動一個導(dǎo)程，螺桿就轉(zhuǎn)動360°，這樣在系統(tǒng)內(nèi)就施加了載荷。但是螺旋式液壓加載器設(shè)計、制做，不是我廠的技術(shù)優(yōu)勢。于是我們委托某大學(xué)液壓教研室設(shè)計、研制這種加載器。這種加載器的工藝難點：一是配磨螺旋副；二是主軸心部的深孔加工（配壓

9、閥對活塞a面供油時，液壓油從主軸心部走，供油孔深度較大）。最終因此深孔無法加工，不得不改變配壓閥原設(shè)計方案：將原配壓閥僅在b方向供油，改為兩個配壓閥在a、b兩個方向供油，這樣在a方向的配壓閥密封圈內(nèi)徑就由原來60mm增大到170mm。由于液壓加載器供油用的配壓閥，不能隨主軸旋轉(zhuǎn)，這樣配壓閥高壓密封圈由于工作線速度的限制，試驗臺主軸轉(zhuǎn)速要達(dá)到1500r/min以上就比較困難，于是試制工作中止。但是我們認(rèn)為如上圖所示的原設(shè)計方案仍然不失為一個好方案。在廣泛調(diào)研中，我們又發(fā)現(xiàn)某大學(xué)與某廠共同研制的滾珠螺旋加載器，其結(jié)構(gòu)原理見圖11，實際上是表1中d型方案的改進。圖中螺旋輪3、4旋向相反，外裝滾珠套筒

10、5，當(dāng)電機經(jīng)蝸桿減速器驅(qū)動加載螺旋8，由橫鍵7和拉桿6使套筒5產(chǎn)生軸向移動，驅(qū)使螺旋輪3、4向相反方向轉(zhuǎn)動，于是在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生載荷。這種加載器轉(zhuǎn)速能達(dá)到3000r/min，只要螺桿足夠長，就能使扭轉(zhuǎn)角滿足使用，能動態(tài)加載，載荷精度高，但因價格高未談成。圖11最后，我們決定自己研制一種比其價位偏低，但是性能更好的加載器。通過多種方案對比選擇，我們將新加載器的設(shè)計方案鎖定在同軸力矩式加載器的方案上。為了通用性好，加載器方案的工作型式定為水平支架式，兩端由法蘭盤輸出扭矩，其結(jié)構(gòu)原理見圖12所示，加載器本身實際上是一個能高速運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：電動機、制動器和減速器。這樣就要求電動

11、機和制動器體積盡量小，其中電動機要求三相交流380供電。圖12以便容易實現(xiàn)計算機自動控制，按載荷譜加載；制動器要求工作在失電制動狀態(tài)，以便能在不耗能狀態(tài)下保持載荷精度，于是我們選擇了yej系列帶盤式制動器的微電機。不難看出減速器設(shè)計是加載器的核心技術(shù)，在我們研究了諸多同軸力矩式加載器的方案后，認(rèn)為應(yīng)該吸取它們的優(yōu)點，克服它們的缺點。其設(shè)計原則是：1.減速器結(jié)構(gòu)要緊湊，回轉(zhuǎn)半徑要小，軸向要短，重量要輕；2.結(jié)構(gòu)要盡量簡化、優(yōu)化，要軸對稱，以便容易動平衡、上高速；3.力素放大能力要盡量大，以便實現(xiàn)使用微電機輸出大扭矩。根據(jù)設(shè)計原則，減速器經(jīng)過設(shè)計計算，減速比要大于10000才能滿足加載速度和扭矩放

12、大的要求。這樣大的減速比，其內(nèi)部嚙合傳動系統(tǒng)宜選為兩級串聯(lián)。據(jù)有關(guān)資料介紹，常用的同軸嚙合傳動結(jié)構(gòu)基本型式有如下十種，見圖13所示，其中（a）（f）及（i）、（j）為2k-h型行星和諧波傳動；（g）為k-h-v型行星或擺線傳動；(h)為3k型行星傳動（注：k為齒輪，h為行星架，v為轉(zhuǎn)軸）。一般的同軸力矩式加載器采用的內(nèi)部嚙合傳動結(jié)構(gòu)無非是這些基本型式的一種或者兩種的串聯(lián)組合，或改進而成。我廠新加載器方案的減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用的嚙合傳動型式也不例外，只不過是進行了精心的優(yōu)化設(shè)計，滿足了設(shè)計原則的要求。圖13四.新加載器的測控系統(tǒng)：在新加載器機械圖紙設(shè)計完成后，又進行了測控系統(tǒng)的方案設(shè)計，其功能要求是:1.通過工控機按試驗規(guī)程自動控制過程，能實施自動等幅加載，隨機加載或按載荷譜加載，使試驗條件能逐步逼近和模擬產(chǎn)品使用的實際工況進行試驗，提高試驗水平。2.在試驗調(diào)試和試驗過程中能觀察到載荷曲線、峰值、加載時間和扭矩角度位移，便于監(jiān)控。 自動測控系統(tǒng)實現(xiàn)原理為： （1）微電機控制卡等軟件(控制部分)：通過工控軟件實施模擬或數(shù)字量控制，起動加載器實現(xiàn)同步加載和自動加載，自動補償功能、等幅及載荷譜加載等。 （2