齒輪箱加載實(shí)驗(yàn)方法淺析

劉立銳 劉靜 張華平 李彬 牛學(xué)良

摘要 ?：齒輪箱的加載實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證齒輪箱開發(fā)成功與否的重要驗(yàn)證手段。因此高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)方法不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以為企業(yè)為社會(huì)節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：加載實(shí)驗(yàn);扭力桿;被試齒輪箱;陪試齒輪箱

引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，工業(yè)的飛速發(fā)展，齒輪箱作為一種關(guān)鍵工業(yè)部件被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。齒輪箱的可靠性和耐久性是衡量齒輪箱性能的重要指標(biāo)。齒輪箱的加載實(shí)驗(yàn)和疲勞實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)齒輪箱可靠性和耐久性重要手段。

一、開放功率流加載實(shí)驗(yàn)方法

圖1所示為開放功率流加載實(shí)驗(yàn)方法結(jié)構(gòu)圖，電機(jī)通過變頻器可以為被測(cè)試齒輪箱提供所需轉(zhuǎn)速和扭矩。變頻器可以讀出測(cè)試電機(jī)的電壓U和電流I;齒輪箱輸入軸和輸出軸通過聯(lián)軸器與扭矩轉(zhuǎn)速傳感器相連接，兩處扭矩轉(zhuǎn)速傳感器分別可以讀出齒輪箱的輸入扭矩T1、輸入轉(zhuǎn)速N1 輸出扭矩T2、輸出轉(zhuǎn)速N2。此實(shí)驗(yàn)臺(tái)既可以為齒輪箱提供加載實(shí)驗(yàn)，又可以做效率測(cè)試。

1.1開放功率流加載實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)：

1. 能為齒輪箱提供加載實(shí)驗(yàn);

2. 能測(cè)試齒輪箱和電機(jī)的總效率，齒輪箱的機(jī)械效率，電機(jī)的效率;

3. 實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建所需設(shè)備成本較低;

4. 適應(yīng)用于50Kw以內(nèi)小功率齒輪箱的加載或效率實(shí)驗(yàn);

5. 適用于各種結(jié)構(gòu)的齒輪箱加載實(shí)驗(yàn)。

1.2開放功率流加載實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)：

1.電機(jī)所消耗的功率通過制動(dòng)器轉(zhuǎn)換為熱量。制動(dòng)器的熱量通過水循環(huán)散出，造成電力資源和水資源的浪費(fèi)，不建議做長(zhǎng)時(shí)間的加載實(shí)驗(yàn);

2.由于將電能全部轉(zhuǎn)換為熱能浪費(fèi)嚴(yán)重，一般只適應(yīng)小功率齒輪箱的加載實(shí)驗(yàn)。

二、電封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法

電封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)圖如圖2所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、被試齒輪箱、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、加載電機(jī)分別固定于底板。由于加載電機(jī)無法提供過大的加載扭矩，因常采用兩臺(tái)完全相同的齒輪箱輸出相連來對(duì)齒輪箱加載測(cè)試。（如驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩滿足齒輪箱輸出要求可不需陪試箱）如圖3所示驅(qū)動(dòng)電機(jī)與傳動(dòng)單元LDJ1連接，為系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)扭矩T和轉(zhuǎn)速N，加載電機(jī)與傳動(dòng)單元LDJ2連接為系統(tǒng)提供負(fù)載。其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能傳遞給被試齒輪箱。兩扭矩轉(zhuǎn)速傳感器分別測(cè)量系統(tǒng)輸入和輸出的轉(zhuǎn)速、扭矩。加載電機(jī)被驅(qū)動(dòng)后處于發(fā)電狀態(tài)，所發(fā)電能通過逆變返回至驅(qū)動(dòng)電機(jī)電能被驅(qū)動(dòng)電機(jī)再次使用。由于加載電機(jī)所產(chǎn)生的電能被回收利用，因此整個(gè)系統(tǒng)所消耗的能量為系統(tǒng)克服摩擦所消耗的電能。約為齒輪箱加載功率的25%-35%。電封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法與開放功率流加載實(shí)驗(yàn)方法基本實(shí)驗(yàn)原理相同、也可測(cè)試齒輪箱的效率（如有陪試箱效率取平方根）其測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試原理與開放功率流式加載實(shí)驗(yàn)方法基本相同不再贅述。

2.1電封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)

1.能為齒輪箱提供加載實(shí)驗(yàn)。

2.可以測(cè)試齒輪箱和加電機(jī)的總效率，齒輪箱的機(jī)械效率，電機(jī)的效率;

3.加載實(shí)驗(yàn)消耗的電能約為齒輪箱加載功率的25%-35%。是一種低能耗的實(shí)驗(yàn)方法;

4.適應(yīng)于功率在0Kw-500Kw中小型齒輪箱的長(zhǎng)時(shí)間加載實(shí)驗(yàn);

5.適用于各種結(jié)構(gòu)的齒輪箱加載實(shí)驗(yàn)。

2.2電封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)

1.變頻器，電機(jī)、控制柜的等元器件價(jià)格較昂貴，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建費(fèi)用較高;

2.電氣元件較多實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建和系統(tǒng)調(diào)試較復(fù)雜。

3.如齒輪箱扭矩超出加載電機(jī)能力范圍必須增加陪試箱才可完成實(shí)驗(yàn)。

三、機(jī)械封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法

如圖4所示該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、皮帶、帶輪、聯(lián)軸器、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、扭力臂、加載杠桿、被試齒輪箱、陪試齒輪箱、制動(dòng)器、變頻控制器等部件組成。實(shí)驗(yàn)原理如下：被試齒輪箱和陪試齒輪箱輸出軸通過連軸承剛性連接，兩輸入軸之間的扭矩傳感器，扭力臂依次用聯(lián)軸器相連。制動(dòng)器連接陪試齒輪箱輸入軸另外一側(cè)（加載時(shí)使用）。其中電機(jī)和帶輪為齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力，被試齒輪箱和陪試齒輪箱的輸入軸依次通過扭矩傳感器、扭力臂用聯(lián)軸器相連。通過控制扭力臂的扭轉(zhuǎn)變形為齒提供加載扭矩，具體數(shù)值可從扭矩傳感器中讀出。

3.1機(jī)械封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)

1.通過扭力桿的彈性變形為系統(tǒng)提供加載扭矩，電機(jī)提供的扭矩用來服整個(gè)系統(tǒng)摩擦阻力，因此消耗功率約為齒輪箱測(cè)試功率的15-20%。是一種較為節(jié)能的實(shí)驗(yàn)方法;

2.由于整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中只有扭矩傳感器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器，因此整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建的費(fèi)用較，低是一種較經(jīng)濟(jì)的測(cè)試方法;

3.由于采用扭力桿為齒輪箱加載，理論上齒輪箱功率多大都可以實(shí)現(xiàn)，因此適用于500Kw以上齒輪箱的加載測(cè)試;

4.電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單調(diào)試方便。

3.2機(jī)械封閉式加載實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)

1.只能進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)無法測(cè)試齒輪箱效率;

2.要做實(shí)驗(yàn)必須有兩臺(tái)相同的齒輪箱;

3.對(duì)于同軸輸入輸出的齒輪箱，必須增加平行軸齒輪箱做為實(shí)驗(yàn)工裝;

4.輸入輸出垂直的直角齒輪箱無法提供加載實(shí)驗(yàn)。

四、小結(jié)

通過介紹三種齒輪箱加載實(shí)驗(yàn)方法的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)，為工程技術(shù)人員在做齒輪箱加載實(shí)驗(yàn)方案或效率測(cè)試方案時(shí)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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