關(guān)于8200 型扭矩倍增器穩(wěn)定性研究

孫博文

(沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110043)

1 8200 穩(wěn)定性問題

8200 型扭矩倍增器出廠說明書中對(duì)其輸入端扭矩示值誤差范圍規(guī)定為±5%。根據(jù)現(xiàn)場使用要求，其裝配穩(wěn)定性應(yīng)在輸入扭矩值波動(dòng)的±2%內(nèi)。通過對(duì)8200輸入端扭矩值兩年內(nèi)(2008 年7 月～2010 年10 月)的穩(wěn)定性結(jié)果所做的分析，8200 輸入端扭矩值的穩(wěn)定性不符合±2%，而且扭矩值的變化為不規(guī)則變化，并非都是由機(jī)械磨損造成的線性變化。

2 扭矩值不規(guī)則變化的原因

校準(zhǔn)8200 型扭矩倍增器時(shí)所使用的設(shè)備為0.5 級(jí)的扭矩測量儀，每次校準(zhǔn)時(shí)，首先將8200 固定在扭矩測量儀上，并預(yù)扭至少3 次，然后開始校準(zhǔn)。表面上看校準(zhǔn)8200 的過程沒有什么問題。但每個(gè)周期校準(zhǔn)結(jié)果變化較大的原因何在?

其實(shí)，每次校準(zhǔn)時(shí)都忽略了一個(gè)問題——8200 的安裝位置。安裝位置又與校準(zhǔn)結(jié)果有什么關(guān)系呢?首先應(yīng)了解8200 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，見圖1。8200 是由齒輪傳動(dòng)的方式將輸入端的扭矩進(jìn)行放大，而輸出端的扭矩值經(jīng)過三次放大得到的。其中齒輪之間每個(gè)齒都有固定的齒與它配合。每次校準(zhǔn)8200 時(shí)，其校準(zhǔn)的位置跟上一次的校準(zhǔn)位置是不相同的。

3 在不同角度位置校準(zhǔn)8200

選擇一臺(tái)新的8200 型扭矩倍增器。通過8200 輸入端、輸出端的中心劃一條直線，將此時(shí)校準(zhǔn)8200 的位置設(shè)為起始位置。并在輸出端的旋轉(zhuǎn)齒盤上做好標(biāo)記。旋轉(zhuǎn)輸入端使輸出端的標(biāo)記與起始直線的夾角依次為0°，30°，60°，90°，120°，150°，180°，210°，240°，270°，300°，330°。并在對(duì)應(yīng)角度位置測量輸出端扭矩值為的1200，1600，2000 Nm 時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入端的扭矩值，校準(zhǔn)結(jié)果見表1。

圖1 8200 型扭矩倍增器齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)簡易圖

4 對(duì)不同角度校準(zhǔn)8200 的結(jié)果分析

根據(jù)表3 中的測量數(shù)據(jù)，以0°校準(zhǔn)位置的校準(zhǔn)結(jié)果為基準(zhǔn)，將示值變化范圍上下限控制在該點(diǎn)的±2%，做出8200 輸入端扭矩值不同角度的穩(wěn)定性框圖，見圖2。

由圖2 可以得出以下結(jié)論:沒有使用過的8200 不存在機(jī)械磨損，所以3 條曲線的變化形式一致。不同角度校準(zhǔn)8200 時(shí)，輸入端扭矩變化不符合±2%的范圍。影響輸入端扭矩變化的主要原因不是機(jī)械磨損，而是變換位置后齒輪之間各個(gè)齒的咬合問題。

圖2 變換位置后8200 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性圖

表1 不同角度輸入輸出對(duì)應(yīng)扭矩值

5 如何校準(zhǔn)8200 并使其達(dá)到最佳使用效果

影響8200 示值變化的主要原因是齒輪之間的咬合位置，是否可以將8200 輸出端在不同位置時(shí)的測量結(jié)果都作為校準(zhǔn)結(jié)果?

首先通過8200 輸入端、輸出端的中心劃一條直線，并在輸出端的旋轉(zhuǎn)齒盤上、輸入端的旋轉(zhuǎn)盤上和8200 的中線做好標(biāo)記。將此位置規(guī)定為起始位置。然后開始空轉(zhuǎn)輸入端的旋轉(zhuǎn)盤，當(dāng)輸入端旋轉(zhuǎn)12 周后，其標(biāo)記與中心線重合，而輸出端旋轉(zhuǎn)齒盤上的標(biāo)記旋轉(zhuǎn)一周并超出中心線，與中心線產(chǎn)生6°的夾角。由此可以推出當(dāng)輸出端的齒盤旋轉(zhuǎn)60 周后，才有可能回到起始位置。也就是說輸出端的齒盤在旋轉(zhuǎn)第一周0°與第二周0°時(shí)，8200 齒輪配合不完全一樣。所以不可能對(duì)8200 輸出端在不同為位置的測量結(jié)果作為校準(zhǔn)結(jié)果。

8200 型扭矩倍增器在使用與校準(zhǔn)時(shí)首先規(guī)定一個(gè)位置零點(diǎn)，并在以后使用和校準(zhǔn)中都以該零點(diǎn)作為起始位置點(diǎn)。依照此方法對(duì)這臺(tái)新購進(jìn)的8200 型扭矩倍增器進(jìn)行校準(zhǔn)，結(jié)果見表2。

根據(jù)表2 中的測量數(shù)據(jù)，將示值變化范圍上下限控制在第一次測量點(diǎn)的±2%，做出8200 輸入端扭矩值同角度的穩(wěn)定性框圖見圖3。

圖3 同位置8200 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性框圖

表2 同角度輸入輸出對(duì)應(yīng)扭矩值( 角度位置0°)

由圖3 得出通過限制位置零點(diǎn)的辦法，完全可以將8200 型扭矩倍增器的穩(wěn)定性控制在±2%以內(nèi)。

6 不同角度與同角度校準(zhǔn)8200 型扭矩倍增器的不確定度

6.1 不同角度校準(zhǔn)時(shí)的不確定度

6.1.1 建立數(shù)學(xué)模型

式中:F校為8200 型扭矩倍增器輸入端的實(shí)測扭矩值;F標(biāo)為扭矩儀輸入端的標(biāo)準(zhǔn)扭矩值。

以2000 Nm 為例，數(shù)據(jù)見表1，由12 次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的分散性引入的A 類不確定度u11為

6.1.2 由標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度

校準(zhǔn)時(shí)采用的是0.5 級(jí)扭矩測量儀，8200 的標(biāo)準(zhǔn)放大比為1∶ 11.1，輸出2000 Nm 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)輸入扭矩為180.18 Nm，屬于均勻分布，包含因子k =。所以由輸出端引入的不確定度為

6.1.3 由輸入扭矩同軸度引入的不確定度

校準(zhǔn)時(shí)輸入端的扭矩傳感器在上，被校8200 在下，通過轉(zhuǎn)接器連接。校準(zhǔn)時(shí)其同軸度對(duì)輸入端校準(zhǔn)結(jié)果的影響為±0.5 Nm，屬于均勻分布，包含因子k。所以由同軸度引入的不確定度為

6.1.4 由加力過程中力的不均勻性引入的不確定度

本套校準(zhǔn)裝置是采用人員手動(dòng)加力來實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)的，所以加力的不均勻性對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果有一定的影響。通過實(shí)驗(yàn)，稍快加力與稍慢加力的校準(zhǔn)結(jié)果相差大約為0.8 Nm。屬于均勻分布，包含因子。所以由加力過程中力的不均勻性入的不確定度為

6.1.5 由各個(gè)分量合成標(biāo)準(zhǔn)不確度uc

各個(gè)分量不相關(guān)則相關(guān)系數(shù)為0，由此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc為:

6.1.6 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

本次不確定度采用簡易評(píng)定，其包含因子k =2，被測8200 型扭矩倍增器在不同角度輸出為2000 Nm時(shí)，輸入扭矩的擴(kuò)展不確定度為

6.2 同角度校準(zhǔn)時(shí)的不確定度

以2000 Nm 為例(數(shù)據(jù)見表2)，由12 次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的分散性引入的A 類不確定度u21為

同角度校準(zhǔn)時(shí)的B 類不確定度評(píng)定與不同角度的一致，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc2為

本次不確定度采用簡易評(píng)定，其包含因子k =2，被測8200 型扭矩倍增器在同角度輸出為2000 Nm 時(shí)，輸入扭矩的擴(kuò)展不確定度為

通過兩次測量不確定度的評(píng)定，得出同角度校準(zhǔn)結(jié)果要比不同角度校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性提高了7 倍。

7 結(jié)論

8200 型扭矩倍增器穩(wěn)定性較差的主要原因是由于每次校準(zhǔn)時(shí)的位置變化。所以8200 型扭矩倍增器在日常使用時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):①出廠時(shí)的使用范圍是1200 ～12000 Nm，所以在日常使用時(shí)1200 Nm 以下不應(yīng)該使用;②1200 ～12000 Nm 之間使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)先將8200 的位置零點(diǎn)做好標(biāo)記;③輸入扭矩時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用等級(jí)較高的扭矩扳子;④使用前應(yīng)對(duì)8200 型扭矩倍增器、扭矩扳子預(yù)扭，消除齒輪之間的間隙;⑤加力過程中應(yīng)均勻施加扭矩;⑥使用完畢后不能隨意轉(zhuǎn)動(dòng)8200 型扭矩倍增器輸入端，避免其位置零點(diǎn)的變化。8200 型扭矩倍增器在日常校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):①針對(duì)日常使用時(shí)的位置零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn);②校準(zhǔn)前應(yīng)將8200 型扭矩倍增器扭矩對(duì)好零點(diǎn)，至少3 次;③校準(zhǔn)過程中，加力平穩(wěn)，一次性達(dá)到被測扭矩值，不能在被測扭矩點(diǎn)左右微調(diào)輸入扭矩值;④校準(zhǔn)結(jié)束后，要在報(bào)告中注明位置零點(diǎn)，不要隨意變化位置零點(diǎn);⑤對(duì)低于出廠性能較多的扭矩倍增器應(yīng)在報(bào)告中注明。