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1、国际计算机通信与信息系统杂志（IJCCIS） Vol2. No1. ISSN: 09761349 July Dec 201011变变速器扭矩速器扭矩试验试验台的台的设计设计与开与开发发摘要摘要变速器是大多数机械系统的动力传输驱动器中不可或缺的元素。因此，很有必要在齿轮投入使用之前确保它的传动性能，以确保系统的无故障运行。 在变速器的性能测试中，检查额定速度下的转矩承载能力是非常重要的。本篇论文阐述了一个扭矩试验台的设计和开发，它可以对具有多盘制动系统的变速器进行 0.5-10 kN-m 的承载能力测试。而将扭矩试验台的实验测量数据校准后与理论计算进行比较，可以观察到实验与理论计算之间具有良好的
2、一致性。关键词：关键词：变速器 设计 扭矩 校准 一、简介一、简介变速箱是大多数机械系统不可或缺的动力传输装置，如汽车，机械和起重机等。工业齿轮传动的主要功能是在可接受的噪音、振动和温度水平下，可靠地传递原动机和从动件设备之间的转矩和旋转运动。当一个或多个的前述操作特性超过允许的限制，就可能导致变速器出现故障。制造公司或客户必须承担齿轮系统在操作期间出现故障的大成本和时间的损失。因此，在齿轮传动系统投入使用之前确保它们的质量对保证系统的无故障运行是十分必要的。在测试变速箱性能的时候，测试不同速度下转矩的承载能力是很重要的。目前，环传动有限公司并没有任何测试扭矩的装置。因此，在扭矩的测量中，公司
3、需要根据 ISO（国际标准化组织）和 AGMA（美国齿轮制造商协会）标准进行理论计算指定转矩额定值。因此，有一个变速器试验台来确保变速器的质量对他们来说是非常重要的。扭矩试验台是每一个齿轮制造企业必须具备的基本设施。为了满足扭矩试验台的上述需要，进行了文献调查，以确定其功能和规格。从上面的文献中研究发现，市场上不同类型的扭矩试验台的机构设计和控制方案都有一些优点和缺点。 对于背对背排列需要两个类似的变速器，它可能无法在一些情况下使用。在数码网络扭矩方法中，飞轮被用于施加转矩，这不适合予高扭矩测量。这两种方国际计算机通信与信息系统杂志（IJCCIS） Vol2. No1. ISSN: 09761
4、349 July Dec 201012法都不适用这种情况。多盘制动扭矩测试系统（扭矩施加）是合适的，因为它可以以不同的速度提供广泛的扭矩（从 500 N-M 至 10 KN-m）。制动盘部分润湿，能够避免磨损和控制制动盘的温度。用于驱动多盘式制动器系统，执行器是必要的。在研究不同的制动元件时，发现液压作动器适用于向多盘制动系统施加压力 4。因为它通过控制压力与压力控制阀组合的速率使平滑接合得到快速响应。通过查阅文献资料，发现在扭矩测量的过程中，罐式称重传感器可提供高扭矩测量，因为这种负载电池适用于高扭矩或负荷范围，也消除了需要事先检查的程序 5 。最后，决定了要开发一个适合不同的变速器的液压驱
5、动多片式制动器制动力矩试验台，在额定转速下的最大扭矩为 10 kNm。二、方法论二、方法论所提出的系统具有多片制动器总成作为主要和核心组成部分。该组件被安装在支架和固定在轴之间的支架上。多片制动系统被用于在变速器上施加转矩。对于制动器的制动，我们使用液压制动器。制动系统通过直接连接或齿轮的帮助与变速器连接。由于轴与变速箱连接，制动力被传送到变速箱，同时传到扭力臂（扭力臂与制动总成固定）。扭矩臂反过来施加相同的力到负载单元上。为了保持制动盘的正常温度，设计了适当的冷却系统。整个系统分为以下几个子系统，即，A.制动器总成B. 驱动系统C.冷却系统D. 扭矩测量和显示装置三、三、 设计与制造设计与制
6、造要设计一个变速箱的扭矩试验台是一个创新的想法。在概念设计的基础上，将主系统划分为具有如下特定功能的多个子系统。A. 制动器总成B. 驱动系统C. 冷却系统动系统D. 扭矩测量和显示装置描绘不同子系统的试验台的概述如图2 所示。国际计算机通信与信息系统杂志（IJCCIS） Vol2. No1. ISSN: 09761349 July Dec 201013图 2 所设计的扭矩试验台概要A.制动器总成制动器总成制动器总成是试验台的主要部分。在制动器总成的设计过程中，遵循下列步骤。材料的选择“参考文献 6 ,7”，各组成部分的设计与分析如制动盘、活塞、气缸、扭力臂、轴承、油封、活塞环等的选择。一些重
7、要的计算如下。为了找到刹车盘的数量，我们使用了统一的磨损标准来设计刹车盘。“参考文献8,9”公式一其中，M t 为最大转矩，F 是工作力，Z 是匹配的表面数目， 为摩擦系数，D10为外制动盘的内径以及 d2I 是内制动盘的外径。制动盘的总数为 27。轴基本上是为压碎，剪切，扭转和弯曲载荷类型而设计的。最理论大剪应力被用于确定轴的直径，因为该轴的材料是球墨铸铁。公式二其中， 是最大剪应力，d 为轴的直径，K B 和 k t 分别为冲击和疲劳因子，M b 为弯曲力矩。轴的最小直径为 120mm。B.驱动系统驱动系统手动液压致动器具有用于 20 条能力。C.热计算和冷却系统的设计热计算和冷却系统的设
8、计在多盘制动的情况下，散热是主要问题。当油的温度高于 900的时候，油不再遵守它的特性。因此，制动盘会发生磨损，为了避免这样的问题发生，我们设置了冷却水套。扭矩测量和显示装置扭矩测量和显示装置从制动总成到测力传感器的扭矩传递中，使用 1000 毫米的转矩臂。对于 2000 千克容量的扭矩测量罐型称重传感器使用数字显示,使用 100 千克每米的分辨率。设计制造和装配后按图纸进行。试验台的实际情况如图 3 所示。国际计算机通信与信息系统杂志（IJCCIS） Vol2. No1. ISSN: 09761349 July Dec 201014图 3 扭矩试验台四、实验工作四、实验工作在实验工作装置试验
9、台如“图”，并利用试验台的一些变速箱标定进行了以下方式。分析确定的扭矩值与不同型号的变速器测量的扭矩值进行比较。将分析数据和实验的读数进行比较。图 4 校准试验台的示意图这些结果给出了不同的压力值范围从 2兆帕到 20 兆帕。使用校准的测量单位（负载传感器，数字显示和压力计）。从下面参考公式中计算理论价值。公式（三）其中，P h 是液压，D 是活塞外径，d 活塞的内径。验台还可以进行一些变速器的占空比测试。五、结果与讨论五、结果与讨论通过测试了不同类型的变速器，做了不同类型的实验，结果讨论如下。通过实验结果和理论值的比较进行的试验台的校准。对一些模型做出了测试结果，其中一个如下面讨论。1.变速
10、器型号 4010-4， 11 ,规格：输入功率 P 10h,输出转速 5.75r.p.m,输出扭矩 10.5 Nm。试验在不同的恒定压力值下进行了 10分钟，并每 2 分钟后观察读数，以获得稳定的系统系统数据。国际计算机通信与信息系统杂志（IJCCIS） Vol2. No1. ISSN: 09761349 July Dec 201015图 5 理论数值与实验转矩值的比较表 1 比较分析和实验扭矩值据观察，在整个扭矩幅度范围内，扭矩实验读数高于理论值绝对值的 40-50 Nm。对百分比而言，这占了约 5 至0.5。此外，较高的错误（5%）被观察到出现在转矩较低的时候（和较低的压力），而较低的错误
11、（0.5%）被观察到出现在较高转矩值时。此错误的原因可能是由于未在理论计算中考虑各种原因。可能的原因如下所述。（1）在分析计算中，不考虑轴承、油封及其它动件的摩擦。（2）测试变速器有较低的工作速度（5-10 转），以这样的速度运行时，制动板之间的粘滑现象更严重，这可能是错误的来源之一。（3）系统的惯性。（4）当液压压力增大时，各部件的摩擦增大。（5）显示器读数的错误。（6）压力表中的误差也从压力指示器中模拟显示，所以可能产生人为误差。将所获得的结果和理论计算进行比较，能够看到实验获得的和理论计算的结果之间有良好的一致性。实验数值和理论值密切配合。A.实验值与转矩误差的比较实验值与转矩误差的比较
12、经过对试验台的标定，发现在系统中有三种类型的误差：载荷单元的误差、制动总成的误差和数字显示的误差。经过试验台的校准后，测定每个转矩值的总误差，列表如“图 6”所示。国际计算机通信与信息系统杂志（IJCCIS） Vol2. No1. ISSN: 09761349 July Dec 201016图 6 中误差分析的扭矩测试装置图 6 在变速器的实际测试中，当对扭矩试验台进行误差分析时，应将对应的误差系数加入到实际测试里。变速器测试 10 分钟。每 2 分钟观察和记录平均扭矩读数，数据记录如下表“表 2”所示。表 2 对不同的车型进行测试（输出扭矩）从上表中，可以观察到所有的变速器都能在给定的速度下
13、成功运行输出转矩。B.占空比测试占空比测试对于变速箱来说，有必要进行占空比测试。一项变速器占空比测试的的结果如“图 7”所示。变速器型号为 4005-2，输出速度为52.4rpm，输出转矩 940Nm。图 7 理论值和实验扭矩读数在不同时刻的比较从上面的曲线图中，可以观察到扭矩值随时间波动在 936 至 941Nm 范围内。这一变化是可以忽略不计的（约 0.5%）。C、功率与出口温度的关系、功率与出口温度的关系在试验台的标定中，温度是一个重要的参数，因为如果机油温度超过 90 C，润滑油将失去其特性，导致钻机不能有效地工作。这也是用冷却夹套来散热的目的。水被用作冷却剂，水的流量被视为 9.5
14、升/分钟。国际计算机通信与信息系统杂志（IJCCIS） Vol2. No1. ISSN: 09761349 July Dec 201017图 8 不同车型的温度和输入功率的比较在“图 8”中可以观察到，随着输入功率的增加，温度值也在稳定增长。六、结论六、结论为了测量变速器的扭矩，我们设计和开发了液压驱动多片制动系统。这个系统是专门为了测量在额定转速下扭矩从 0.5 kNm 变化到 10 kNm 的数值。试验台使用理论数值来标定。在试验台的标定中，我们发现试验台扭矩测量的最大值误差是 50 Nm（部分变速器使用试验台测试的结果与理论值一致）。 该试验台还可用于某些变速器的峰值负载测试和占空比测试。对冷却水的温度进行测量，发现结果在可接受的范围内。该试验台的总体性能毫无故障。七、致谢七、致谢作者要感谢环传输公司，萨达拉不仅给这个项目提供了一个工作机会，还提供了所有在工厂和设计公司的技术知识和实践经验。参考文献：参考文献：
