机械传动试验台的研制与应用

　　　实　验　技　术　与　管　理　　Vol121　No16　2004　

统计源期刊

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机械传动试验台的研制与应用

王雪雁,黄小龙,滕　启,姚文席

(北京机械工业学院机械工程系,北京　100085)

摘　要:本文主要阐述了开放式机械传动实验台的结构组成和特点,磁粉加载装置工作原理,回转件的转速、转矩及效率测试方法和回转件的转角及运行误差的测量方法及其应用。关键词:机械传动;加载;效率;误差

中图分类号:TP132　文献标识码:B　文章编号:1002-4956(2004)06-0101-05机械传动试验台在各个工科院校机械系几乎都是必备的教学、科研设备。它的主要

用途是研究各种回转类机械的传动性能、评价产品质量和研制开发新型传动装置。本试验台是自制设备,在进行设计前我们首先对北京市的有关同类设备进行了调研,机械传动实验台根据加载方式分主要有两种,一是封闭电功率流型机械传动实验台,采用直流电机进行模拟加载的封闭结构,其优点是组合方便,节能效果好,易于实现自动化。二是开放电功率流型传动实验台,其缺点虽然有能量消耗大,使用不经济等不足,但具有结构和控制系统简单、配置灵活、通用性好、成本低等优点,因此在机械运动实验中仍然得到了广泛的应用。本试验台即属于后者的开放电功率流型传动实验台,总投资为1417万元。1　设备的主要功能

本设备主要完成两项机械功能的测试:

(1)对回转类机械(如各种类型的减速器)的转速、转矩、机械效率的测试;(2)对回转类机械的运动误差(包括传动误差和回程误差)的测试。这两种测试方法可共用同一动力源及相关联轴器等。2　本实验台的结构组成

图1为进行第一项测试时的结构简图。图2为第二项进行运动误差测试时的结构简图。

由图2可见,在进行运动误差或转角测量时,只需将负载去掉,并将相应的传感器换一下即可。

3　实验台的加载装置

本实验台采用FZ1000DLJ/YZ型磁粉加载仪进行加载,见图1、2。此产品采用先进

收稿日期:2004-06-10

),女,研究生,工程师1作者简介:王雪雁(1964—

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11配电柜,变频器,515kwST转角显示仪磁粉加载仪等21工控机31试验台齿盘019×210米41

电机底座51交流电机Y100L2-43kw61联轴器71底座81转速转矩仪JC1A-50Nm91联轴器

101被试机械(XW3-5摆线针轮减速机i=59,SH145三环减速器i=51,ZY140C减速器i=43)111

底座121联轴器131转速转矩仪JC2C-2000Nm141底座151联轴器161磁粉加载器FZ-DZ/YZ

1000Nm171冷却水箱

图1　对回转类机械参数测试时的结构简图11配电柜,变频器,515kwST转角显示仪磁粉加载仪等21工控机31试验台齿盘019×210米41

电机底座51交流电机Y100L2-43kw61联轴器71底座81圆感应同步器91联轴器101被试机械

(XW3-5摆线针轮减速机i=59,SH145三环减速器i=51,ZY140C减速器i=43)111底座121联

轴器131圆感应同步器141底座

图2　对回转类机械运动误差测试时的结构简图

的无滑环、非饱和圆筒形结构,加载仪主要包含线圈的定子和两个旋转体组成,一个旋转体位于输入端的圆筒形主动转子处;另一个位于输出端的固定不动的圆柱形转子处。当线圈不通电时,主动转子旋转,由于离心力的作用,磁粉被甩在主动转子的内壁上,磁粉与

转子没有接触,主动转子空转,此时产生的制动力矩为零。当线圈通电时,线圈产生磁通使磁粉沿着磁通的方向呈链状连接,由于输出端的从动转子不动,从而主动转子产生制动力矩。其优点一是加载反应速度快。因为磁粉惯量很小,又无轴向移动零件,靠磁粉连接,滞后少,动作迅速。二是实现无级线性加载。通过改变滑线变阻器电阻的大小,来改变磁粉制动器的激励电流,而产生的负载转矩与激励电流在相当宽的范围(5%～100%额定转矩)内成正比关系,因此可实现无级线性加载。三是过载保护,当负载转矩过大时,主

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从动转子间的磁粉层打滑,起到过载保护的作用。4　测试方法

(1)回转件的转速、转矩及效率测试方法　交流电机用配电柜内的变频器调速,速度

范围为0～1440转/分。调速方式有两种:一是用旋转变频器上的旋钮手动调速;二是通过软件用工控机调速,通过配电柜内的加载仪表的旋钮可改变磁粉加载器的扭矩。

试验开始前应使系统空载运行3～5分钟,开启循环水对加载器进行冷却。加载试验后,由计算机可以读出输入、输出传感器所记录的转速、转矩。转速转矩的乘积为功率;输出、输入功率之比为机械效率,同时计算机可以打印出相应的曲线。下面以被测件XW3-5摆线针轮减速机i=59为例,给出实验数据记录与计算结果,见表1,所绘制的传动效率曲线见图3。

表1　实验数据记录与计算测试次数测试项目

12686145111730184416152398167016908118

3799165121821107416183504145018898218

4836163131361117118131508181019768313

5947161318113702116251315111638419

6

7

8

9

10118617195212303016262511210058919

111336131815215903111271812213429014

1214391719189310003512173618217819016

主动轴转速(n1/rpm)主动轴转矩(T1/N1m)输入功率(kw)

P1=T13n1/9743918

66191080162915134313134015048011

982165101716510571931122112141251146723131516106112608519

151111610251851913114048712

15161172927182524103115278813

161891198629152574117117768914

从动轴转速(n2/rpm)从动轴转矩(T2/N1m)输出功率(kw)

P2=T23n2/9743918

传动效率η=T2/T1

图3　ZYH140-43齿轮减速器效率测定曲线

(2)回转件的转角及运行误差的测量方法

①传动误差的测量　传动误差测量时,电机的转速不能超过10转/分,因此,手工转动电机即可。当电机转动后,通过输入传感器测量输入角位移,通过输出传感器测量输出

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角位移,配电柜内的仪表进行数码自动显示出测量的角位移,也可以通过计算机屏幕上进

行显示。瞬时传动误差=输入转角/理论传动比-输出转角,可以绘制相应的传动误差折线。下面以被测件SH145三环减速器i=51为例,给出实验数据记录与计算结果,所绘制的传动误差折线见图4。

图4　传动误差折线②回程误差的测量当输入端转动到某一个角位移时,使输出端不动,输入端反转,其反向产生的转角称为回程误差,在若干个角位移处试验,可以绘出一条回程误差折线。下面以被测件SH145三环减速器i=51为例,绘制的回程误差折线见图5。

图5　回程误差折线

5　本试验装置的特点

(1)本试验不是一种模型,而是完全符合工厂实际的试验装置　现代测试技术(指具

有一定自动化水平和精度的测试)对本科生的基本素质训练是必不可少的。

(2)本试验装置可以对所有回转类产品进行试验,通过编制测试软件等可以实现开放式实验的目的。

(3)本试验台提供了一套基础试验装置,可以承担研究生的试验或承接外单位产品试验项目。

(4)可以继续进行试验项目的拓展和振动试验,故障诊断试验等。

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