实物样机试验平台搭建的研究

2013-07-05钟明灯

机电产品开发与创新 2013年1期

钟明灯

（闽南理工学院，福建石狮 362700）

0 引言

开展机械无级变速器性能试验研究的目的在于通过测试其有关性能指标，考核其结构设计的合理性，以及加工制造、装配和调试的工艺性等。试验结果的分析将有助于改进变速器的结构及加工、装配工艺。因此，试验平台的优劣，对检验样机的性能测试影响很大，才能更好地验证研制阶段的理论分析。

1 实验对象参数及实验前的准备工作

1.1 实验对象及主要参数

本文主要针对自行研制的对心式低脉动度脉动式无级变速器的新型机进行试验研究，其工作原理参照参考文献[3]，主要参数为：额定输入功率：P1=1kW；额定输入转速：n1=1000rpm；传动比范围：i1H=8.161～209.048。

1.2 试验前的准备工作

把装配好的样机安装在机械传动性能综合测试实验台上。安装过程中主要考虑了以下四种情况：

（1）高度的一致性：由于在所有的实验设备中，磁粉制动器的工作高度最高，在实验台的搭建过程中要以磁粉制动器作为基准高度，其它设备（包括样机）都要与它相配套，应保证所有传动轴的轴心在同一高度（同轴度对传递动力很重要）。

（2）联轴器要合理选择：选择或加工的联轴器要与所有跟它连接的设备的轴径相配套。联轴器的类型宜选用弹性联轴器，以更好地满足要求，并补偿小的安装误差。同时由于输出端的转矩传感器的两端与联轴器的联接过长，故应对其轴向用内六角圆柱头螺钉把它与传感器的轴锁紧轴向定位，防止转动后联轴器的滑动。

（3）连接牢固，松紧合适，试运行后再检查牢固连接：应使各设备牢牢地固定在实验台上，并且保证各传动轴连接处的连接缝隙合适，不要太紧，也不要太松。在运行一段时间后，要重新检查安装的牢固性，如有松动，应再进行加紧。

（4）机器宜低速工作。安装检测后，发现输入轴的转速跟弹簧的回复速度不相匹配，噪音比较大，为了能正确测试机器的性能，了解该样机的情况，我们在样机前增加一个皮带减速轮装置，这样能保证压紧机构能够始终保持与滚子轴承的接触，防止连杆由于惯性太大而与凸轮表面脱离。

1.3 样机润滑油的选取

一般情况下，机械无级变速器润滑油必须按照原设计要求或说明书上的规定，采用专用的无级变速器润滑油。若用普通机油代替，则将不能使无级变速器充分发挥作用，甚至会降低传递的效率和使用寿命，因此，必须十分重视机械无级变速器使用的油液[1]。

机械无级变速器专用油的主要作用有以下几点[1]：①传递动力；②减轻摩擦部件的磨损；③吸收、散发集积在摩擦部件的热量；④清洗摩擦件表面。综合以上的参考原则，我们对样机润滑油的选取主要是根据参考文献[4]中的选取原则，本文选用的是Ub-2系列无级变速器专用油，Ub系列无级变速器专用油是由广州机械科学研究院研制的，其性能达到同类进口油的要求，具有摩擦系数较低，很好的冷却效果等优点。它能较好地实现减轻变速器摩擦部件的磨损、局部的过热和减少摩擦阻力等方面的要求。

1.4 样机的试运行

我们按照文献[2]的相关规定先加入专用的润滑油对试验样机进行试运行。通过试运行，我们可以发现它的一些问题。如上一小节的注意事项4中发生的情况，在试运转时，在输入转速高时，机器振动大，观察发现压紧机构和发生机构中的连杆均不能正常工作，后面我改进后增加了皮带减速轮装置后，运行就很平稳。经过综合改进后，检验可知其运转基本平稳，无异常震动及噪音，各连接件、紧固件不松动，各密封处不漏油，说明后续试验可以陆续展开。

2 试验设备和试验方法

2.1 试验设备

三相异步电动机，JN-338型扭矩传感器，JN-338MA型数字式转矩转速测量仪，型号为CZ-20的磁粉制动器，WIJ-3A型稳流电源。

试验条件的选择应该要注意以下几个方面：①选择适合输入轴、输出轴的扭矩传感器。根据目前实验室的条件限制，输入轴我们选的是量程0～100N·m，额定转速6000rpm的扭矩传感器；输出轴选的是量程0～1000N·m，额定转速2000rpm的扭矩传感器；②试验的转矩转速测量仪必须能够正常读数，同时精度的设定也应该满足我们的设计要求；③提供负载的磁粉制动器应该要增加一个冷却装置，由于开展试验时气温不高仅10度左右，我们选用自来水来冷却；④试验过程中，要保持输入转速和速比不变，通过改变输出转矩或手轮调速，使输入、输出功率随其变化而变化。试验时，受到皮带轮减速和联轴器的影响，输入端的转速有±5rpm的偏差，我们选取的输入转速为n1=570rpm，输出转矩按M2=20N.m，30N.m，……，逐步加载到预定功率要求。

2.2 试验方法

我们选择四个方面来对样机进行实验研究：①空载试验。它的方法是：在其额定的输入转速下，在输出转速范围内选取3～5个转速点，运转不小于1小时。检验可知其运转基本平稳，无异常震动及噪音，各连接件、紧固件不松动，各密封处不漏油，说明空载试验合格；②跑合试验。空跑试验后进行跑合试验，在输出转速范围内选取4～6点（可以包括其最低点和最高转速点）以及相应负荷（20N·m，30N·m，40N·m，……，150N·m）逐级加载，累计试验时间不少于4小时。等样机完全跑合好后，换上新的润滑油，就可以进行其它动态性能试验研究；③效率与负载试验。变速器的传动效率试验分为空载功率损失试验和负载传动效率试验。进行空载功率损失试验时，将输出传感器9与实验样机7之间的联轴器断开，使被测样机处于完全空载状态下，连续调节变速手柄，测得在不同输出转速下变速器的输入功率，即为空载功率损失；进行负载传动效率试验时，保证输入转速为额定转速，在不同输出转速下分别逐级加载，记录各输出转速下输入功率P1、输出功率P2、传动效率η及输出转速n2；④脉动度试验。进行脉动度试验时，按在不同传动比下由空载开始，逐级加载，直至出现显著振动现象，且传动效率明显下降为止。记下各不同传动比和各不同载荷下的一组输出转速速度波动数据，输入功率P1、传动比i1H和传动效率η。

3 试验流程图和实验平台效果图

3.1 试验流程图

本试验是在机械传动性能综合测试实验台上进行的，试验线路如图1所示，实物在工作台上安装后的效果如图2所示。主拖动电机1为额定功率为1kW，额定转速为1500rpm的三相异步电动机，由于输入轴的输入转速要与压紧机构的弹簧的回复速度相适应，我们通过减速轮来实现我们设计所要求的恒定输入转速570rpm，而不是设计参数中的1000rpm。各部件间的联轴器均采用弹性柱销联轴器。传感器4和9均采用JN-338型扭矩传感器，其所测数据（功率，转速和转矩）均反馈在5和10的JN-338M-A型数字式转矩转速测量仪上。加载装置12采用磁粉制动器，其型号为CZ-20，其对被测试无级变速器7进行加载的过程由13的WIJ-3A型稳流电源来控制，随着电流的增大，输出端的负载也逐渐增大。