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        擺線針輪減速機傳動效率動態測量研究

        發布時間:2018-06-26
        采用單臺直測功率法測量減速機傳動效率,根據測試原理,利用CGQ型轉矩轉速傳感器測量擺線針輪減速機的輸入、輸出轉矩(轉速),通過微機處理計算后,得出擺線針輪減速機的效率。結果表明:具有無干擾,測取的效率值比較穩定,幾乎不受負載變化及溫度變化的影響。適用于擺線針輪減速機、斜齒輪減速機等齒輪減速機械傳動效率的測量。

            擺線針輪減速機內部傳動裝置可分為三部分:輸入部分、減速部分、輸出部分。在輸入軸上裝有一個錯位180°的雙偏心套,在偏心套上裝有兩個稱為轉臂的滾柱軸承,形成H機構、兩個擺線輪的中心孔即為偏心套上轉臂軸承的滾道,并由擺線輪與針齒輪上一組環形排列的針齒相嚙合,以組成齒差為一齒的內嚙合減速機構。當輸入軸帶著偏心套轉動一周時,由于擺線輪上齒廓曲線的特點及其受針齒輪上針齒限制之故,擺線輪的運動成為既有公轉又有自轉的平面運動。在輸入軸正轉周時,偏心套亦轉動一周,擺線輪于相反方向轉過一個齒從而得到減速,再借助W輸出機構,將擺線輪的低速自轉運動通過銷軸,傳遞給輸出軸,從而獲得較低的輸出轉速。

            減速機的傳動效率通常是指在額定輸入轉速下達到額定輸入功率(或輸入轉矩)時,輸出功率(或輸出轉矩)對額定輸入功率(或輸入轉矩乘以傳動比)的比值。減速機傳動效率的測量應在專用的試驗臺上進行,測試方法可分為直測功率法和損失功率法,直測功率法又分為單臺直測功率法和雙臺直測功率法。單臺直測功率法是在試驗裝置臺上,用儀器直接測量減速機的輸入、輸出轉矩和轉速,來確定效率的方法。

            本文采用單臺直測功率法測量減速機傳動效率,聯接安裝形式是在試驗臺上,將減速機安裝在兩臺轉矩轉速傳感器之間,見圖1。

        驅動裝置——轉矩轉速傳感器——減速機——轉矩轉速傳感器——載荷裝置

        圖1.單臺直測功率法安裝形式框圖

            實驗材料與方法

            1.實驗系統與儀器

            該套測試實驗系統由專用測試臺架、轉矩轉速測量儀器(含專用屏蔽電纜線)、操作控制器及計算機組成。

            1.1.專用測試臺架

            專用測試臺架主要由變頻電機、傳感器、擺線針輪減速機、磁粉制動器等組成。底架平臺是用2600×800×200mm鑄鐵件制成,驅動方式是通過變頻電機控制變頻器,其輸出的轉速范圍為0~5000r/min,負載方式是選用最大為400N·m(根據被測減速機選用)的磁粉制動器,為減少額外功率消耗,影響測試結果準確性,傳感器與減速機之間采用錐環無鍵聯軸器聯接。

            1.2.轉矩轉速測量儀器

            輸入、輸出轉矩轉速測量值是通過航天機電有限公司生產的TR型轉矩轉速測量儀用專用蔽屏電纜線連接靜標定誤差不超過±0.2%的CQG轉矩轉速傳感器來測量的。轉矩轉速測量儀器的精度要求為轉矩測量誤差小于0.1%,轉速測量誤差小于0.05%。

            1.3.操作控制器及計算機

            用WLKC型控制器控制激磁電流,以CZ型磁粉制動器為負載,達到控制制動或傳遞轉矩目的,其輸出轉矩與激磁電流呈良好的性線關系而與轉速或滑差無關,并具有響應速度快結構簡單等優點。轉矩轉速測量儀帶RS232通訊串口,可連接到計算機作數據處理,計算機操作系統要求在XP或windows98以上即可。

            2.測試原理(見圖一)

            3.實驗方法

            3.1.根據實際用被測的減速機功率及工作轉速,計算被測扭矩應在傳感器的30%~100%額定扭矩之間,最大測量扭矩不超過120%額定扭矩,并確認被測減速機最高轉速未超過傳感器的額定轉速。這樣既可保證所選傳感器能在長期使用中的安全可靠,又可以保證傳感器在±0.2%F.S(F.S是扭矩滿量程)內的測量精度。

            3.2.被測減速機與傳感器安裝時的同軸度應確保轉矩轉速傳感器符合規定精度要求,即靜標定誤差應不超過±0.2%。減速機安裝好后,首先采用正確可靠的方法對傳感器扭矩調零。理想的調零方法是將輸出輸入分別脫開負載,在實際測試轉速下空載調零。但在實際情況下,傳感器與負載器或被測對象經常會無法脫開,這時只能啟動傳感器頂部的小電機,轉動主軸于不同的機械角度位置(如:0°、90°、180°、270°四個位置),取其各零點值的平均值作為零點進行調零。由于傳感器頂部的小電機適合在工作轉速低于600r/min時啟動能提高扭矩測量精度,因此啟動小電機調零可能會帶來傳感器轉速特性誤差和套筒同心度誤差。

            3.3.減速機按要求進行跑合試驗,在每30min的溫度變化不超過1℃,認為已達熱平衡狀態,以接近設計轉速范圍的算術平均值的轉速作為試驗速度。負載試驗按被測減速機輸入端的額定輸入功率的25%、50%、75%和100%四個階段逐步加載進行,100%加載階段的運轉時間,應以潤滑劑溫升穩定為準。

            3.4.在同一試驗階段從兩臺測量儀上讀取轉矩、轉速、功率數據,測取不少于10組,采用算術平均值原理取其平均值,以減少隨機誤差,來獲取被測量的最佳值。在測量結果數據處理時應用測量結果分散性原理,進行實驗標準偏差計算及不確定度分析。

            4.信號處理

            本測試系統是采集減速機輸入軸和輸出軸傳感器輸出的正弦信號進行處理的,主要經過濾波、整形、偏置微分電路處理后接到74LS74觸發器,得到可反映轉矩轉速的矩形波信號,以此制作信號處理電路板,置于工業控制計算機中,編制相應處理軟件,通過簡單計算即可得到減速機的輸入/輸出轉矩及輸入/輸出轉速,相應得到其效率值。

            結果與討論

            通過編制數據分析、圖形繪制打印軟件,對以上信號處理標定,可實現輸入和輸出傳感器數據同時檢測、實時顯示,經過效率試運行測試,并驗證得知效率測試數據精確。經多次測量驗證,擺線針輪減速機的效率與理論計算值是一致的,并且測取的效率值比較穩定,幾乎不受負載變化及溫度變化的影響。適用于擺線針輪減速機、斜齒輪減速機等齒輪減速機械傳動效率的測量。

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