1 前言 靜液傳動(dòng)由于具有功率大 、 密度大 、 易于實(shí)現(xiàn)工作過程的自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在工程領(lǐng)域中。但由于靜液傳動(dòng)存在著漏油 、 噪聲大和效率低等缺點(diǎn)，以及來自于機(jī)械傳動(dòng) 、 電器傳動(dòng)和交流伺服技術(shù)快速發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)等原因，進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來，其增長速度明顯減慢。因此，如何在發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，借鑒于其他傳動(dòng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 、克服自身的不足，從而設(shè)計(jì)出新型的靜液傳動(dòng)系統(tǒng)，并不斷地使其獲得進(jìn)一步地發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵問題。 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)是近年新發(fā)展起來的節(jié)能系統(tǒng)。它具有一系列的獨(dú)特特點(diǎn)，越來越引起了人 們的重視。二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，能在四個(gè)象限內(nèi)工作，回收與重新利用系統(tǒng)的制動(dòng)動(dòng)能和重物勢(shì)能；在系統(tǒng)中二次元件能無損地從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得能量，因而大大地提高了系統(tǒng)效率；系統(tǒng)中可以同時(shí)并聯(lián)多個(gè)負(fù)載，在各負(fù)載端可分別實(shí)現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律；擴(kuò)大了系統(tǒng)的工作區(qū)域，改善了系統(tǒng)的控制特性，減少了設(shè)備總投資，降低了工作過程中的能耗，節(jié)約冷卻費(fèi)用。在能源日益緊缺的今天，基于能量回收與重新利用而提 出的二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 國外從 70 年代末開始此項(xiàng)技術(shù)的研究，現(xiàn)已將它應(yīng)用 于造船工業(yè) 、 車輛傳動(dòng) 、 大型試驗(yàn)臺(tái)等領(lǐng)域，取得了顯著的節(jié)能效果。我國從 80 年代末從事二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究，目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。本文簡要回顧了這一領(lǐng)域的發(fā)展過程及最新成就，并對(duì)基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)，并對(duì) 驅(qū)動(dòng)單元的系統(tǒng)剛度特性進(jìn)行了分析。不當(dāng)之處希望得到老師的批評(píng)指正。 2 1 緒論 1.1 課題研究目的和意義 世界在發(fā)展，科技在進(jìn)步。對(duì)于新設(shè)計(jì)制造的減速器，需要利用專門的固定試驗(yàn)臺(tái)對(duì)其進(jìn)行加載試驗(yàn)，檢測(cè)各項(xiàng)工作性能和可靠性指標(biāo)是否滿足要求。減速器是用于原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的封閉傳動(dòng)裝置。由于減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊 、 傳動(dòng)效率高 、 傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠 、 使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，故在各種機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用甚廣。以往對(duì)較簡單的單項(xiàng)試驗(yàn)如疲勞壽命試驗(yàn)等，可在傳統(tǒng)的液壓式加載試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，但其功率消耗很大，效率很低。對(duì)稍復(fù)雜一些的綜合性能試驗(yàn)，可在電封閉加載試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，但在相同加載功率下，所用電器設(shè)備龐大復(fù)雜，另外雖然可實(shí)現(xiàn)功率回收，提高了效率，可由于其回收功率以電能形式回饋給電網(wǎng)，因而在動(dòng)載變化較大時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊較大，某些電器元件被燒壞的情況時(shí)有發(fā)生，所以我們要盡量避免它的發(fā)生。這也成 為了我們的主要任務(wù)。由于近年來加載試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得許多試驗(yàn)都可以在具有高動(dòng)態(tài)性能的固定試驗(yàn)臺(tái)上完成，而利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)的液壓伺服加載試驗(yàn)臺(tái)就是近年來為人們所重視的一類加載試驗(yàn)臺(tái)。這種加載系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變量泵 -定量馬達(dá)系統(tǒng)不同，它采用帶有儲(chǔ)能器的恒壓中心油源（一次元件）實(shí)現(xiàn)與各個(gè)單獨(dú)調(diào)節(jié)回路（二次元件）之間的壓力藕聯(lián)，該系統(tǒng)具有能量可回收利用，效率高，可以多用戶并行工作，遠(yuǎn)離動(dòng)力源，沖擊小，噪聲底，系統(tǒng)控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是液壓領(lǐng)域的重大突破。 近年來我國開始利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)研制新型加載試驗(yàn)設(shè) 備，在這種二次調(diào)節(jié)加載技術(shù)的理論與應(yīng)用方面，取得了一定成果和進(jìn)展，但還存在許多需要進(jìn)一步解決的問題。所以對(duì)此的研究有一定的實(shí)用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 1.2 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展與應(yīng)用 1 1.2.1 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展概況 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)是近年新發(fā)展起來的節(jié)能系統(tǒng) .它具有一系列的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而越來越受到人們的重視，二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力禍聯(lián)系統(tǒng)，能在四個(gè)象限內(nèi)工作，回收與重新利用系統(tǒng)的制動(dòng)動(dòng)能和重物勢(shì)能 ;在系統(tǒng)中二次元件能無損耗地從恒壓網(wǎng)絡(luò)取 得能量，因而大大地提高了系統(tǒng)效率 ;系統(tǒng)中可以同時(shí)并聯(lián)多個(gè)負(fù)載，在各負(fù)載端可分別實(shí)現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律 ;擴(kuò)大了系統(tǒng)的工作區(qū)域，改善了系統(tǒng)的控制特性，減少了設(shè)備總投資，降低了工作過程中的能耗，節(jié)約冷卻費(fèi)用 .在能源日益緊缺的今天，基 3 于能量回收與重新利用而提出的二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，國外從 70 年代末開始此項(xiàng)技術(shù)的研究，現(xiàn)己將它應(yīng)用于造船工業(yè)、車輛傳動(dòng)、大型試驗(yàn)臺(tái)等領(lǐng)域，取得了顯著的節(jié)能效果 .由于這項(xiàng)技術(shù)的成功利用，使得液壓技術(shù)向前推進(jìn)了一大步。二次調(diào)節(jié)技術(shù)起源于德國，從事這項(xiàng)技術(shù)的研究也 主要限于德國。目前國外從事這方面研究的單位主要有德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)靜液傳動(dòng)和控制實(shí)驗(yàn)室 LHAS、亞深工業(yè)大學(xué)流體傳動(dòng)與控制研究所 RWTH 和博士力士樂有限公司 (Bosch Rexroth GmbH)。國外該研究方向的代表人物主要有德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)的 H.W.Nikolaus 教授、亞深工業(yè)大學(xué)的W.Backe 教授以及力士樂公司的 R.Kodak 先生等。 1977 年， H. W.Nikolaus 教授 2 首先提出二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng) 2 的概念。 1980 年 W.Backe教授和 H.Murrenhoff 先生開始利用單出桿變量油缸的二次元件進(jìn)行液壓直接轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究 。 1981 年， H. W.Nikolaus 教授采用雙出桿變量油缸的二次元件進(jìn)行液壓直接轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究。在這種液壓直接轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，用測(cè)速泵來作為二次元件輸出轉(zhuǎn)速的檢測(cè)和反饋元件。由于測(cè)速泵的最小感知轉(zhuǎn)速較高，當(dāng)所要求的轉(zhuǎn)速低于最小感知轉(zhuǎn)速時(shí)，不能真實(shí)地檢 。 測(cè)轉(zhuǎn)速值 ； 因此，這種系統(tǒng)的調(diào)速范圍比較小，最低工作轉(zhuǎn)速也比較高。 1982 年開始研究液壓先導(dǎo)控制二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中有機(jī)液位移反饋調(diào)速和機(jī)液力反饋調(diào)速兩種調(diào)速形式。從 1983 年開始研究電液轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電液轉(zhuǎn)角控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng) .在電液控制系統(tǒng)中，用測(cè)速電機(jī)作為二次元件輸出轉(zhuǎn)速的檢測(cè)和反饋元件，它的最小感知轉(zhuǎn)速低，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大，消耗的能量少，系統(tǒng)的效率高。此后又有一系列關(guān)于對(duì)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究，其中有對(duì)單反饋和雙反饋電液轉(zhuǎn)速控制二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究等 。 1987 年， F.Metzner 為提高系統(tǒng)的控制性能，提出了數(shù)字模擬混合轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)，將經(jīng)過電液力反饋轉(zhuǎn)速控制的二次元件 作為被控對(duì)象，用數(shù)字 PID 控制方法，實(shí)現(xiàn)位置 (轉(zhuǎn)角 )、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率控制 。 1993 年， W.Backe 和 Ch.Koegl 又研究了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制的二次調(diào)節(jié)問題，其中包括對(duì)這種系統(tǒng)中兩個(gè)參數(shù)的解禍問題的研究。 1994 年， R.Kodak 先生研究了具有高動(dòng)態(tài)特性的電液轉(zhuǎn)矩控制二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并在四輪驅(qū)動(dòng)車上進(jìn)行了實(shí)物試驗(yàn)。 1995 年，德國力士樂公司為德累斯頓工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機(jī)和汽車研究所研制了大功率、用于旋轉(zhuǎn)試件并接近于實(shí)際運(yùn)行條件的二次調(diào)節(jié)反饋控制試驗(yàn)臺(tái)。從此，這一技術(shù)開始逐漸應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中，并不斷地?cái)U(kuò)大應(yīng)用范圍。目 前在德國，這項(xiàng)技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用階段，在許多與液壓相關(guān)的領(lǐng)域獲得了成功利用。以力士樂公司為代表，在二次調(diào)節(jié)技術(shù)方面，具 4 有多項(xiàng)專利技術(shù)，用于二次調(diào)節(jié)的二次元件和控制器等也有多種系列產(chǎn)品。 1.2.2 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用 由于二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，使它在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。第一套配備有二次調(diào)節(jié)閉環(huán)控制的產(chǎn)品是建在鹿特丹歐洲聯(lián)運(yùn)碼頭 （ ECT） 的無人駕駛集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)車 CT40；德國的科那西山特號(hào)海上浮油及化學(xué)品清污船的液壓傳動(dòng)設(shè)備配備有二次調(diào)節(jié)反饋控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使預(yù)選的撇沫泵和傳輸泵設(shè)備的轉(zhuǎn)速保持恒定，并使之 不受由于傳輸介質(zhì)黏度的變化而引起的外加轉(zhuǎn)矩變化的影響；德累斯頓工業(yè)大學(xué)通用試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用了二次調(diào)節(jié)反饋控制的四象限運(yùn)轉(zhuǎn) 、 能量回收及高反饋控制精度等特點(diǎn)。該試驗(yàn)臺(tái)能滿足實(shí)際中的嚴(yán)格要求；奔馳汽車公司也將二次調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于行駛模擬試驗(yàn)臺(tái) 、 以及在無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)的行駛驅(qū)動(dòng)。它還被用于近海起重機(jī)的驅(qū)動(dòng) 、 油田用抽油機(jī)和精軋機(jī)組的液壓系統(tǒng)中。德國在市區(qū)公共汽車上配備二次調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)后取得顯著的節(jié)能效果。如圖 1-1 所示，改造后的市區(qū)公共汽車由恒壓變量泵 2 和二次元件 4 組成的軸向柱塞單元驅(qū)動(dòng)。它在滿載啟動(dòng)時(shí)能給出大約 180Kw 的 功率，由此可使汽車在 20s 內(nèi)加速到它的最大速度 50km/h。而發(fā)動(dòng)機(jī) 1 的功率卻只有 30Kw，其中 150Kw 的差值是從液壓蓄能器 3 中獲得的。液壓蓄能器的充壓是在制動(dòng)過程中進(jìn)行的，在這個(gè)過程中二次元件作為泵來工 作，而液壓蓄能器為下次的加速過程充壓。系統(tǒng)的損失由液 1. 發(fā)動(dòng)機(jī) 2. 恒壓變量泵 3. 蓄能器 4. 二次元件 5. 汽車后橋 圖 1-1 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)在公共汽車中應(yīng)用原理圖 Fig.1-1 second-quiet fluid drivetrain system in the application of principles of the bus 綜上所述，二次調(diào)節(jié)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)能量回收和重新利用，其主要應(yīng)用在以下幾個(gè) 方面： 1) 位能回收 如液壓驅(qū)動(dòng)的卷揚(yáng)起重機(jī)械。由于卷揚(yáng)機(jī)械中有位能變化，采用二次調(diào)節(jié)傳動(dòng)技術(shù)可以回收其位能。它可用于起重機(jī)械和礦井提升機(jī)械，纜索機(jī)械的索道傳動(dòng)，船用甲板機(jī)械等； 5 2) 慣性能回收 如液壓驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)機(jī)械和實(shí)驗(yàn)裝置。應(yīng)用二次調(diào)節(jié)技術(shù)可對(duì)擺動(dòng)機(jī)械在頻繁起動(dòng) 、 制動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性能進(jìn)行回收和再利用； 3) 綜合節(jié)能 群控作業(yè)機(jī)械和實(shí)驗(yàn)裝置。對(duì)于多臺(tái)周期性工作設(shè)備可共用一個(gè)動(dòng)力能源 ,這樣既節(jié)省了費(fèi)用 ,又節(jié)約了能源 ,這在流水作業(yè)的機(jī)械和液壓實(shí)驗(yàn)裝置中十分常見。 1.3 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理與特點(diǎn) 1.3.1 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理 3 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng) （ 簡稱為二次調(diào)節(jié)系統(tǒng) ） 一般由恒壓油源 、 二次元件 （ 液壓泵/馬達(dá) ）、 工作機(jī)構(gòu)和控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，其工作原理是：在恒壓網(wǎng)絡(luò)中，通過調(diào)節(jié)二次元件斜盤傾角來改變二次元件排量，以適應(yīng)負(fù)載 （ 工作機(jī)構(gòu) ） 轉(zhuǎn)矩的變化，從而使負(fù)載按設(shè)定的規(guī)律變化。 二次調(diào)節(jié)加 載 系統(tǒng)原理如圖 1-2 所示?？赡媸奖?/馬達(dá)元件與電液伺服閥 、 變量液壓缸 、 2356 789101112131415161718E14轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng) 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)1電動(dòng)機(jī) 2恒壓變量泵 3蓄能器 4安全閥 5油箱 6,18位移傳感器 7,16變量液壓缸 8,17電液伺服閥 9,15可逆式泵 /馬達(dá)元件 10轉(zhuǎn)速傳感器 11,14控制器 12加載對(duì)象 13轉(zhuǎn)矩傳感器 圖 1-2 二次調(diào)節(jié) 加載 系統(tǒng)原理 Fig.1-2 Principle diagram of loading system with secondary regulation 位移傳感器等組合在一起，統(tǒng)稱為二次元件。電動(dòng)機(jī) 、 恒壓變量泵、蓄能器、安全閥及相應(yīng)的管路等元件構(gòu)成恒壓網(wǎng)絡(luò)，為整個(gè)加載系統(tǒng)提供穩(wěn)定的恒壓動(dòng)力源。兩個(gè)可逆式泵 /馬達(dá)元件以壓力耦聯(lián)方式并聯(lián)于恒壓網(wǎng)絡(luò)上，兩元件機(jī)械端口之間通過轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器以及加載對(duì)象剛性地連接在一起。 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)為典型的電液伺服 6 系統(tǒng)二者相互獨(dú)立，可分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足加載系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的不同要求。系統(tǒng)工作時(shí)，由控制器 11 和 14 分別向電液伺服閥 8 和 17 發(fā)出電信號(hào)，通過閥控缸 機(jī)構(gòu)（前置級(jí)排量控制）改變兩個(gè)可逆式泵 /馬達(dá)元件的斜盤擺角，從而使其排量發(fā)生變化，以適應(yīng)外負(fù)載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化。另外，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，元件 9（馬達(dá)）由恒壓網(wǎng)絡(luò)獲取液壓能，并將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)加載對(duì)象和元件 15（泵），實(shí)現(xiàn)加載，元件 15（泵）將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能后又直接回饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)，重新用來驅(qū)動(dòng)元件 9（馬達(dá)），在兩個(gè)可逆式泵 /馬達(dá)元件之間形成閉式循環(huán)。這樣，恒壓油源所提供的液壓能只是用來補(bǔ)償系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失，而驅(qū)動(dòng)元件 9（馬達(dá)）所需的大部分能量都來自元件 15（泵）。此外，在該加載系統(tǒng)中，沒有節(jié) 流元件，因而避免了節(jié)流損失。由此可見，該加載系統(tǒng)在工作中不僅減少系統(tǒng)發(fā)熱，而且還可以達(dá)到節(jié)能目的。 從以上分析可以得出，實(shí)現(xiàn)各種控制目的的最終控制量是作用在變量液壓缸上，變量液壓缸不同的位置使二次元件有不同的斜盤傾角，即有不同的排量。因此，二次調(diào)節(jié)的最終控制是實(shí)現(xiàn)對(duì)變量液壓缸位置控制。 1.3.2 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)特點(diǎn) 4 1）同傳統(tǒng)的加載系統(tǒng)相比， 二次調(diào)節(jié) 加載系統(tǒng)有如下一些特點(diǎn)： a 通過改變二次元件的排量來改變輸出轉(zhuǎn)矩的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速 、 位置 、 轉(zhuǎn)矩和功率的控制。通過改變二次元件斜盤擺角的方向 （ 過零點(diǎn) ） 來改變二次元件的轉(zhuǎn)向 ； b 由于二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，所以二次元件的流量與其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積成比例； c 它是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的壓力基本保持不變。二次元件直接與恒壓油源相連，因此在系統(tǒng)中沒有原理性節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)效率； d 二次元件 （ 液壓馬達(dá) /泵 ） 可在四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)行工作，既可以工作在液壓馬達(dá)工況，也可以工作在液壓泵工況，為能量的回收和重新利用創(chuàng)造了條件 ； e 蓄能器回收的液壓能可滿足間歇性大功率的需要，在設(shè)備的啟動(dòng)過程中能利用蓄能器釋放出的能 量來加速啟動(dòng)過程，由此來提高系統(tǒng)的工作效率； f 由于蓄能器的存在使系統(tǒng)中不會(huì)形成壓力尖峰，可減少壓力限制元件的發(fā)熱，從而降低用于系統(tǒng)冷卻的功率消耗； g 與電力系統(tǒng)相似，二次元件工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)恒壓網(wǎng)絡(luò)中可以并聯(lián)多個(gè)互不相關(guān)的負(fù)載，并可實(shí)現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律，而液壓泵站只需按負(fù)載的平均功率之和進(jìn)行 7 設(shè)計(jì)安裝； h 二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了新的控制規(guī)律和控制結(jié)構(gòu)。 2）與電傳動(dòng)相比： a 閉環(huán)控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)快； b 高功率密度，重量輕，安裝空間小； c 安裝功率小。 1.4 減速器加載系統(tǒng)概述 5 減速器的種類很多 、 應(yīng)用范圍廣，用以滿足各種機(jī)械傳動(dòng)的不同要求。因此，減速器加載試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)具備扭矩、轉(zhuǎn)速可變化的條件，且其扭矩、轉(zhuǎn)速的變化應(yīng)是可單獨(dú)調(diào)節(jié)的。減速器試驗(yàn)加載系統(tǒng)主要分為開放式和封閉式兩大類。 1.4.1 開放式加載系統(tǒng) 開放式加載系統(tǒng)原理如圖 1-1 所示。驅(qū)動(dòng)單元由電動(dòng)機(jī) (或內(nèi)燃機(jī)、液壓馬達(dá)等 )、及附屬裝置組成，它負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供動(dòng)力 (功率 )，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由電機(jī)調(diào)速來實(shí)現(xiàn) ;試驗(yàn)單元主要由被測(cè)裝置、減速器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置以及其它一些測(cè)量裝置組成 ;負(fù)載模擬單元主要由測(cè)功機(jī) (或液壓加載器等 )及附屬裝置組成，加載轉(zhuǎn)矩由測(cè)功機(jī) (或液壓加載器 )調(diào)定。 開放式加載系統(tǒng)的工作原理及工作過程比較簡單，整套設(shè)備的技術(shù)含量低，制造成本相對(duì)較低，但它的致命弱點(diǎn)是需要大功率動(dòng)力，能量無法回收利用，效率低，因此其試驗(yàn)成本相對(duì)于后面所述的封閉式加載系統(tǒng)來說較高。 圖 1-3 開放式加載系統(tǒng)原理示意圖 Fig.1-3 Principle diagram of open type loading system 1.4.2 封閉式加載系統(tǒng) 封閉式加載系統(tǒng)又分為電力封閉式、機(jī)械封閉式和液壓封閉 式幾種。 1) 電力封閉式加載系統(tǒng)這種加載系統(tǒng)的原理如圖 1-2 所示。驅(qū)動(dòng)單元由交流 (或直流 )電動(dòng)機(jī)及附屬裝置組成，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由電機(jī)調(diào)速來實(shí)現(xiàn) ;試驗(yàn)單元與開放式相同 ;負(fù)載模擬單元由交流 (或直流 )發(fā)電機(jī)及附屬裝置組成，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由發(fā)電機(jī)形成。 8 圖 1-4 電力封閉式加載系統(tǒng)原理示意圖 Fig.1-4 Principle diagram of closed type electric loading system 負(fù)載發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過電網(wǎng)加以回收并反饋給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，形成封閉的功率流，從而降低試驗(yàn)?zāi)芎?，系統(tǒng)效 率高。但由于功率回收技術(shù)是一項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的技術(shù)，整套裝置的成本非常高，又由于回收過程的回收效率受加載負(fù)荷的影響較大，而且對(duì)于大功率加載系統(tǒng)來說，試驗(yàn)臺(tái)及電動(dòng)機(jī)體積龐大，另外，在系統(tǒng)動(dòng)載變化較大時(shí)，可能對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊。 2) 液壓封閉式加載系統(tǒng)這種加載系統(tǒng)的原理如圖 1-3 所示。驅(qū)動(dòng)單元由油源、液壓 馬達(dá)及相關(guān)液壓 元件組成，它負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供動(dòng)力 (功率 )，通過對(duì)液壓馬達(dá)流量和斜盤擺角的調(diào)節(jié)，來滿足對(duì)不同驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速的要求 ;負(fù)載模擬單元由液壓泵及相關(guān)液壓元件等組成，通過控制液壓泵的斜盤擺角，可模擬各種工況下的負(fù)載 轉(zhuǎn)矩。負(fù)載模擬單元產(chǎn)生的液壓能通過液壓網(wǎng)絡(luò)加以回收，并直接反饋給驅(qū)動(dòng)單元，形成封閉的功率流，從而降低試驗(yàn)?zāi)芎?，系統(tǒng)效率高。系統(tǒng)加載過程中所形成的動(dòng)載影響，基本被限制在液壓系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)電網(wǎng)的沖擊很小。 圖 1-5 液壓封閉式加載系統(tǒng)原理示意圖 Fig.1-5 Principle diagram of closed type mechanical loading system 如果將圖 1-3 中的液壓馬達(dá)和液壓泵換成二次元件，就構(gòu)成了二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)。由于二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)可充分利用計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)越性，使加載參數(shù) (轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 )的調(diào)節(jié)非常靈 活方便，所以系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能好，可對(duì)各種復(fù)雜工況進(jìn)行模擬。因此，將這種二次調(diào)節(jié)式加載系統(tǒng)用于減速器加載試驗(yàn)，是十分理想的。 1.5 論文主要研究內(nèi)容 1）對(duì)基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載系統(tǒng)進(jìn)行深入的理論分析，建立減速器加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并繪制方框圖； 9 2）對(duì)驅(qū)動(dòng)變速箱的軸及齒輪等傳動(dòng)零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并對(duì)其作校核 。 10 2 減速器模擬加載試驗(yàn)臺(tái)組成與原理 2.1 引言 減速器加載試驗(yàn)按減速器的重要性分為型式檢驗(yàn)、出廠檢驗(yàn)、溫升檢驗(yàn) 等幾種檢驗(yàn)方式。型式檢驗(yàn)主要針對(duì)最新研制的減速器的一種檢驗(yàn)方式，包括裝配及連接尺寸檢驗(yàn)，空載試驗(yàn)，效率試驗(yàn)，溫升試驗(yàn)，噪聲試驗(yàn)，超載試驗(yàn)，耐久試驗(yàn)；出廠檢驗(yàn)針對(duì)現(xiàn)有成熟減速器進(jìn)行的出廠前檢驗(yàn)，包括裝配及連接尺寸檢驗(yàn)，出廠空載試驗(yàn)，出廠溫升試驗(yàn)，出廠噪聲試驗(yàn)；溫聲試驗(yàn)主要針對(duì)檢修完畢的減速器進(jìn)行的性能測(cè)試。 本章針對(duì) 減速器模擬 加載 系統(tǒng) ，建立較為精確的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型包括有微分方程、狀態(tài)方程及變量圖、傳遞函數(shù)及方塊圖等。 2.2 試驗(yàn)臺(tái)各部分組成及其功用 減速器加載試驗(yàn)臺(tái)如圖 2-1 所示，由恒壓油源及管路系統(tǒng) 、 模擬加載系統(tǒng) 、 控制系統(tǒng) 、機(jī)械臺(tái)架四部分組成。恒壓油源為整個(gè)模擬加載單元提供恒定壓力，同各種液壓元件及管路一起構(gòu)成恒壓網(wǎng)絡(luò)。恒壓油源主要由兩臺(tái) Rexroth 公司的 A4VSO180DP 型軸向柱塞式恒壓變量泵和一臺(tái)雙聯(lián)葉片式定量泵組成，柱塞泵為系統(tǒng)提供恒定的高壓油源，葉片泵為二次元件及主泵提供背壓，并通過給系統(tǒng)補(bǔ)充冷油的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冷卻。當(dāng)然，油源部分還包括高低壓溢流閥、卸荷閥、蓄能器、油液過濾器及風(fēng)冷卻器等。模擬加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)對(duì)象減速器的驅(qū)動(dòng)和加載的模擬，它包括驅(qū)動(dòng)單元、二次輸出加載單元。驅(qū)動(dòng)單元主要 由兩個(gè) Rexroth 公司的 A4VSO250 型軸向柱塞元件串聯(lián)而成的雙聯(lián)二次元件、兩個(gè)彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成，該單元用來模擬減速器的驅(qū)動(dòng)。二次輸出加載單元主要由雙聯(lián)二次元件、兩個(gè)彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成，該單元用來模擬傳感器二次輸出端的負(fù)載。控制系統(tǒng)由 PC 計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)字顯示儀和用來 控制油源啟停的 PLC 控制器等組成，該部分主要完成整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)量和開關(guān)量的控制、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè) 、 系統(tǒng)狀態(tài)超限保護(hù)等。機(jī)械支架和試驗(yàn)平臺(tái)提供加載試驗(yàn)對(duì)象減速器 、 聯(lián)軸器及加載二次元件的支撐 和連接。其中模擬加載系統(tǒng)為整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的核心部分，也是本課題的研究對(duì)象。 2.3 模擬加載系統(tǒng)原理 由圖 2-2 可見，二套二次元件的液壓端口共同并聯(lián)于恒壓網(wǎng)絡(luò)上 ，機(jī)械端口通過各轉(zhuǎn) 11 123二次元件雙聯(lián)二次元件雙聯(lián)變速器驅(qū)動(dòng)變速器二次輸出減速器恒 壓 油 源驅(qū) 動(dòng) 模 擬 單 元 二 次 輸 出 加 載 單 元低 壓 恒 壓 網(wǎng) 絡(luò)高 壓 恒 壓 網(wǎng) 絡(luò)5 641-PC 機(jī)（上位機(jī)） 2-工控機(jī)（下位機(jī)） 3-采集卡 4-彈性聯(lián)軸器（ 4 個(gè)） 5-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（ 2 個(gè)） 6-齒輪聯(lián)軸器（ 2 個(gè)） 圖 2-1 減速器加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成 Fig. 2-1 The reducer gear experiments composition 速轉(zhuǎn)矩傳感器、彈 性聯(lián)軸器、變速器、加載試件等連接在一起。二次元件 1 工作于馬達(dá)工況，用來模擬減速器發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)力，它同轉(zhuǎn)速傳感器、控制器 1 等構(gòu)成驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)；二次元件 2 工作于泵工況，用來對(duì)減速器二次輸出端加載，為轉(zhuǎn)矩控制方式，它同相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩傳感器 2、控制器 2，構(gòu)成二次輸出 加載 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，都包含有內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩種控制回路，由對(duì)應(yīng)于各二次元件的電液伺服閥、變量液壓缸、位移傳感器 LVDT 構(gòu)成閥控缸回路（內(nèi)環(huán)），再加上相應(yīng)的二次元件、轉(zhuǎn)速感器或轉(zhuǎn)矩傳感器，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)速控制回路或轉(zhuǎn)矩控制回路（外環(huán) ）。 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，二次元件 1（馬達(dá)）由恒壓網(wǎng)絡(luò)獲取液壓能，并將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)加載試件和二次元件 2（泵），實(shí)現(xiàn)模擬加載。同時(shí)，二次元件 2（泵）將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能后又直接回饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)，重新用來驅(qū)動(dòng)二次元件 1（馬達(dá)），在二次元件 1（馬達(dá)）和二次元件 2（泵）之間，功率流形成閉式循環(huán)。這樣，恒壓油源所提供的液壓能只是用來補(bǔ)償系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失，而驅(qū)動(dòng)二次元件 1（馬達(dá)）所需的大部分能量都來自二次元件 2（泵）。因此，該加載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了能量回收與利用，系統(tǒng)效率高。 12 由于二套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)同樣設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感 器和轉(zhuǎn)矩傳感器，可以任意將其調(diào)整為轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)（作為驅(qū)動(dòng)單元）和轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài) （ 作為加載單元），因此可以按被試件的要求，設(shè)置其中一套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)單元，另外 1 套作為加載單元。二 次元 件 2驅(qū) 動(dòng)變 速 器轉(zhuǎn) 速傳 感 器二 次 輸 出 變速 器轉(zhuǎn) 矩傳 感 器USUS電 液 伺 服 閥 2電 液 伺 服 閥 1恒 壓 網(wǎng) 絡(luò)恒 壓變 量 泵蓄 能 器控 制器 1二 次元 件 1控 制器 2變 量 液壓 缸 2變 量 液壓 缸 1L V D T 1 L V D T 2減速器圖 2-2 模擬加載系統(tǒng)原理圖 Fig.2-2 Principle diagram of simulation loading system 13 3 減速器加載試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)變速箱的設(shè)計(jì) 3.1 引言 減速器加載試驗(yàn)臺(tái)是大功率 、 高載荷的試驗(yàn)臺(tái)，它主要由驅(qū)動(dòng)單元、加載單元 、控制系統(tǒng)、機(jī)械支架及試驗(yàn)平臺(tái)組成。驅(qū)動(dòng)單元和加載單元是該平臺(tái)的核心部分，對(duì)于液壓加載試驗(yàn)臺(tái)來說，加載單元只有德國力士樂公司的產(chǎn)品符合要求，其它的產(chǎn)品均不能達(dá)到令人滿意的程度。我國的這類產(chǎn)品更是少之又少，而且也不能完全滿足要求，并且性能也不太穩(wěn)定。 3.2 驅(qū)動(dòng)變速箱的參數(shù)計(jì)算 6 圖 3-1 是驅(qū)動(dòng)變速箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖 7 ，從圖中可以看出 軸 、 軸分別有滑移齒輪。 軸最大輸入轉(zhuǎn)速為 2300r/min，二次加載元件最 大排量為 250ml/r，二次加載元件工作壓差為 36.39MPa，二次加載元件輸出扭矩為 6870.94N.m， 軸最大輸入扭矩為 945.46N.m， 軸最大輸入功率為 193.46kw。 m = 6Z = 2 3m = 6Z = 33m = 6Z = 4 4m = 6Z = 3 4m = 8Z = 2 0m = 8Z = 2 8m = 8Z = 3 0m = 8Z = 2 6m = 8Z = 3 9m = 8Z = 4 2m = 8Z = 2 7m = 8Z = 4 0m = 8Z = 4 2m = 8Z = 3 7i = 1 . 91i = 1 . 0 3i = 1 . 4i = 1 . 0 7i = 1 . 5 38i = 0 . 6 9 2i = 1圖 3-1 驅(qū)動(dòng)變速箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖 Fig. 3-1 driven transmissions drivetrain system 14 3.2.1 傳動(dòng)方案的確定 如何分配各級(jí)傳動(dòng)比，是傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中又一個(gè)重要問題。傳動(dòng)比分配的合理，可以見效傳動(dòng)裝置的外廓尺寸和重量，達(dá)到結(jié) 構(gòu)緊湊，降低成本的目的，還可以得到較好的潤滑條件。圖 3-2 為變速箱傳動(dòng)比的分配。 分配傳動(dòng)比如下： 8 3 8 1 6 1 7 7 8 7 = 1 0 . 0 24 2 4 1 3 9 5 3 7 7 8 3 8 1 6 1 7 4 8 7 = 9 . 1 04 2 4 1 3 9 5 6 7 7 （ 最小傳動(dòng)比 ） 8 5 8 1 6 1 7 7 8 7 = 1 0 . 5 84 0 4 1 3 9 5 3 7 7 （ 最大傳動(dòng)比 ） 8 5 8 1 6 1 7 4 8 7 = 9 . 8 04 0 4 1 3 9 5 6 7 7 3.2.2 扭矩的計(jì)算 1 0 0 1 1 9 3 . 4 6 0 . 9 9 1 9 1 . 5 3 kw (3-1) 1 2 3 0 0 / m innr(3-2) 1111 9 1 . 5 39 5 5 0 9 5 5 0 7 9 5 . 2 72300 Nmn (3-3) 同理，其他各軸的扭矩分別為2 1 6 4 1 .9 7 Nm ；3 3 0 9 0 .5 4 Nm ； 4 4 5 7 0 .4 8 Nm ；5 6 2 7 6 .3 7 Nm ；6 6 8 7 0 .9 4 Nm 3.2.3 最大轉(zhuǎn)速的計(jì)算 1212= nn i (3-4) 2300= 2.15 = 1069.77 r/min 同理，其它各軸轉(zhuǎn)速為3 = 545.80nr/min；4 = 354.42nr/min；5 = 247.85nr/min；6 = 217.41nr/min。 15 12 =i834285402381=41i2381=41i3461=39i3461=39i45 =i45 =i77537753745674565687=77i5687=77i5687=77i5687=77i圖 3-2 驅(qū)動(dòng)變速箱傳動(dòng)比分配圖 Fig. 3-2 driven transmissions transmission than distribution maps 3.3 齒輪的設(shè)計(jì) 8 3.3.1 選擇齒輪材料 9 小齒輪選用 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，1 2 1 7 2 5 5H B S H B S ；大齒輪選用 45 號(hào)鋼 ，正火處理，2 1 6 2 2 1 7H B S H B S ； 按國家標(biāo)準(zhǔn)，分度圓上的壓力角 =20o ；對(duì)于正常齒，齒頂高系數(shù) =1ah，頂隙系數(shù) = 0.25c 。 3.3.2 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí) 按下式估取圓周速度： 13111( 0 . 0 1 3 0 . 0 2 2 )t Pvn n (3-5) 3 1 9 1 . 5 3= ( 0 . 0 1 3 0 . 0 2 2 ) 2 3 0 02300 16 =19 m/s 同理，可得其它齒輪的圓周速度：2 =11tvm/s；3 =8tvm/s；4 =5tvm/s；5 =5tvm/s；6 =4tvm/s。 各軸齒輪精度均為第 公差組， 軸的齒輪精度等級(jí)為 5， 軸、 軸的 齒輪精度等級(jí)為 7， 軸、 軸的齒輪精度等級(jí)為 8， 軸的齒輪精度等 級(jí)為 9。 3.3.3 各軸齒輪中心距的確定 1） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度確定中心距 小齒輪的轉(zhuǎn)矩：1 7 9 5 2 6 5 . 8 7 N m m ， 初取 2 1.1ttKZ。 取 0.35a ， 齒寬系數(shù)： 1 2 . 1 5 10 . 3 5 0 . 5 522da u (3-6) 查表得， 1 8 8 .9EZ M P a， 而 22 2 . 5c o s s i n c o s 2 0 s i n 2 0HZ oo確定 軸和 軸的中心距： 213( 1 ) ( )2 EHttaHZ Z ZKTauu (3-7) 23 1 . 1 7 9 5 2 6 5 . 8 7 1 8 8 . 9 2 . 5( 2 . 1 5 1 ) ( )2 0 . 3 5 2 . 1 5 5 2 4 . 4245.15mm 取 250a mm 估計(jì) 模數(shù) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) 2 5 0 1 . 7 5 5m a m m 取 4m mm 2） 同理，確定 軸和 軸的中心距： 2132323( 1 ) ( )2 1 . 1 1 6 4 1 9 7 1 . 1 7 1 8 8 . 9 2 . 5(1 . 9 6 1 ) ( )2 0 . 3 5 1 . 9 6 5 2 4 . 43 0 2 . 5 3EHttaHZ Z ZKTauumm 取 305a mm 17 估計(jì)模數(shù) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) 3 0 5 2 . 1 3 5 6 . 1m a m m 取 5m mm 3）確定 軸 和 軸 的中心距： 21323( 1 ) ( )2 1 . 1 3 0 9 0 5 3 9 . 5 8 1 8 8 . 9 2 . 5(1 . 5 4 1 ) ( )2 0 . 3 5 1 . 5 4 5 2 4 . 43 4 7 . 3 6EHttaHZ Z ZKTauumm 取 350a mm 估計(jì)模數(shù) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) 3 5 0 2 . 4 5 7m a m m 取 7m mm 4）確定 軸和 軸 的中心距： 21323( 1 ) ( )2 1 . 1 4 5 7 0 4 8 4 . 1 7 1 8 8 . 9 2 . 5(1 . 5 4 1 ) ( )2 0 . 3 5 1 . 4 3 5 2 4 . 43 8 8 . 0 8EHttaHZ Z ZKTauumm 取 390a mm 估計(jì)模數(shù) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) 3 9 0 2 . 7 3 7 . 8m a m m 取 6m mm 5）確定 軸和 軸的中心距： 21323( 1 ) ( )2 1 . 1 6 2 7 6 3 7 4 . 8 2 1 8 8 . 9 2 . 5(1 . 1 4 1 ) ( )2 0 . 3 5 1 . 1 4 5 2 4 . 44 0 9 . 7 0EHttaHZ Z ZKTauumm 取 410a mm 估計(jì)模數(shù) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) ( 0 . 0 0 7 0 . 0 2 ) 4 1 0 2 . 8 7 8 . 2m a m m 取 5m mm 3.3.4 齒輪齒數(shù)及分度圓直徑的計(jì)算 1） 軸小齒輪和 軸與其嚙合的 大齒輪齒數(shù)的確定： 18 112 2 2 5 0 3 9 . 6 8( 1 ) 4 ( 2 . 1 5 1 )az mu (3-8) 2 3 1 1 1 3 9 . 6 8 2 . 1 5 8 5 . 3 1 2z z i (3-9) 取1 1 2 34 0 , 8 5zz實(shí)際傳動(dòng)比 231185 2 . 1 2 540zi z 實(shí)(3-10) 傳動(dòng)比誤差 2 . 1 5 2 . 1 2 5 1 0 0 % 1 . 1 6 % 5 %2 . 1 5iiii 理 實(shí)理(3-11) 許用 分度圓直徑 1 1 1 1 4 4 0 1 6 0d m z m m (3-12) 2 3 2 3 4 8 5 3 4 0d m z m m 驗(yàn)算圓周速度1 1 1 3 . 1 4 1 6 0 2 3 0 0 1 9 . 2 6 / 1 2 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s m s (3-13) 選擇 5 級(jí)精度的齒 輪合適 2） 軸小齒輪和 軸與其嚙合的大齒輪齒數(shù)的確定： 213 2 2 1 22 2 3 0 5 4 1 . 2 2( 1 ) 5 ( 1 . 9 6 1 )4 1 . 2 2 1 . 9 6 8 0 . 7 9azmuz z i 取2 1 3 24 1, 8 1zz實(shí)際傳動(dòng)比 322181 1 . 9 7 5 641zi z 實(shí)傳動(dòng)比誤差 1 . 9 6 1 . 9 7 5 6 1 0 0 % 0 . 7 9 6 % 5 %1 . 9 6iiii 理 實(shí)理許用 分度圓直徑 2 1 2 1 5 4 1 2 0 5d m z m m 3 2 3 2 5 8 1 4 0 5d m z m m 驗(yàn)算圓周速度 2 1 2 3 . 1 4 2 0 5 1 0 6 9 . 7 7 1 1 . 4 8 / 1 2 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s m s 選擇 7 級(jí)精度的齒輪合適 3） 軸小齒輪和 軸與其嚙合的大齒輪齒數(shù)的確定： 19 314 3 3 1 32 2 3 5 0 3 9 . 3 7( 1 ) 7 ( 1 . 5 4 1 )3 9 . 3 7 1 . 5 4 6 0 . 6 3azmuz z i 取3 1 4 33 9 , 6 1zz實(shí)際傳動(dòng)比 433161 1 . 5 639zi z 實(shí)傳動(dòng)比誤差 1 . 5 4 1 . 5 6 1 0 0 % 1 . 3 % 5 %1 . 5 4iiii 理 實(shí)理許用 分度圓直徑 3 1 3 1 7 3 9 2 7 3d m z m m 4 3 4 3 7 6 1 4 2 7d m z m m 驗(yàn)算圓周速度 3 1 3 3 . 1 4 2 7 3 5 4 5 . 8 7 . 5 4 1 / 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s m s 選擇 7 級(jí)精度的齒輪合適 4） 軸小齒輪和 軸與其嚙合的大齒輪齒數(shù)的確定： 415 3 4 1 42 2 3 9 0 5 3 . 4 9 8( 1 ) 6 ( 1 . 4 3 1 )5 3 . 4 9 8 1 . 4 3 7 6 . 5azmuz z i 取4 1 5 35 3 , 7 7zz實(shí)際傳動(dòng)比 534177 1 . 4 5 2 853zi z 實(shí)傳動(dòng)比誤差 1 . 4 3 1 . 4 5 2 8 1 0 0 % 1 . 5 9 % 5 %1 . 4 3iiii 理 實(shí)理許用 分度圓直徑 4 1 4 1 6 5 3 3 1 8d m z m m 5 3 5 3 6 7 7 4 6 2d m z m m 驗(yàn)算圓周速度 4 1 4 3 . 1 4 3 1 8 3 5 4 . 4 2 5 . 8 9 8 / 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s m s 選擇 8 級(jí)精度的齒輪合適 5） 軸小齒輪和 軸 與其嚙合的大齒輪齒數(shù)的確定： 20 516 1 5 1 42 2 4 1 0 7 6 . 6 4( 1 ) 6 ( 1 . 1 4 1 )7 6 . 6 4 1 . 1 4 8 7 . 3 6azmuz z i 取5 1 6 17 7 , 8 7zz實(shí)際傳動(dòng)比 615187 1 . 1 2 9 8 777zi z 實(shí)傳動(dòng)比誤差 1 . 1 4 1 . 1 2 9 8 7 1 0 0 % 1 . 0 1 3 % 5 %1 . 1 4iiii 理 實(shí)理許用 分度圓直徑 5 1 5 16 1 6 16 7 7 3 8 56 8 7 4 3 5d m z m md m z m m 驗(yàn)算圓周速度 5 1 5 3 . 1 4 3 8 5 2 4 7 . 8 5 4 . 9 9 / 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s m s 選擇 8 級(jí)精度的齒輪合適 . 3.3.5 齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算 1) 軸齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算 軸小齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算： 分度圓直徑： 11 11 11=d m Z=4 40 =160 mm 齒頂高： 11 11=aah h m(3-14) =14 =4mm 齒根高： 1 1 a 1 1= ( h + c )fhm(3-15) = (1 + 0 .2 5 ) 4 =5mm 全齒高： 21 *1 1 a 1 1= ( 2 h + c ) mh (3-16) = ( 2 1 + 0 . 2 5 ) 4 =9mm 齒頂圓直徑： 1 1 1 1 1 1=2aad d h(3-17) = 160 2 4 =168 mm 齒根圓直徑： 1 1 1 1 1 1=2ffd d hm(3-18) = 160 2 5m =150 mm 基圓直徑： 1 1 1 1= c o sbdd (3-19) = 1 6 0 c o s 2 0o =150 mm 齒距： 11 11=pm(3-20) =4 =12.56 mm 齒厚： 1111 = 2ms (3-21) 4=2=6.28 mm 齒槽寬： 1111 = 2me (3-22) 4=2 22 =6.28 mm 基圓齒距： 1 1 1 1= c o sbpp (3-23) = 1 3 co s 2 0 o =12.22 mm 法向齒距： 1 1 1 1= = 1 2 . 2 2nbppmm (3-24) 頂隙： 11 11=c c m(3-25) =0.25 4 =1mm 同理可得 軸大齒輪傳動(dòng)幾何尺寸：分度圓直徑12=168dmm，齒頂高12=4ahmm，齒根高12=5fhmm，全齒高12=9hmm，齒頂圓直徑12 =176admm，齒根圓直徑12 = 158fdmm，基圓直徑12 =158bdmm，齒距直徑12 = 12.56pmm，齒厚直徑12= 6.28smm，齒槽寬12= 6.28emm，基圓齒距12 = 12.22bpmm，法向齒距12 = 12.22npmm，頂隙12=1cmm。 2） 其它各軸齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 軸大齒輪傳動(dòng)幾何尺寸：分度圓直徑23= 340dmm，齒頂圓直徑23 = 348admm，齒根圓直徑23 = 330fdmm，基圓直徑23 = 319bdmm，其余傳動(dòng)幾何尺寸與 軸大齒輪傳動(dòng)幾何尺寸相同。 軸中齒輪傳動(dòng)幾何尺寸：分度圓直徑22= 332dmm，齒頂圓直徑22 = 340admm，齒根圓直徑22 = 322fdmm，基圓直徑22 = 312bdmm，其余傳動(dòng)幾何尺寸與 軸大齒輪傳動(dòng)幾何尺寸相同。 軸小齒輪傳動(dòng)幾何尺寸：分度圓直徑21= 205dmm，齒頂高直徑21=5ahmm，齒根高21 = 6.25fhmm，全齒高直徑21 = 11.25hmm，齒頂圓直徑21= 215admm，齒根圓直徑21 = 192.5fdmm，基圓直徑21 = 192.6bdmm， 齒距直徑21=15.7pmm，齒厚直徑21= 7.85smm，齒槽寬21= 7.85emm ，基圓齒距21 = 14.75bpmm ，法向齒距21 = 14.75npmm ，頂隙 23 21=1.25cmm。 軸大齒輪傳動(dòng)幾何尺寸：分度圓直徑3 =405dmm，齒頂圓直徑3 = 415admm，齒根圓直徑3 = 392.5fdmm，基圓直徑3 = 381bdmm，其余傳動(dòng)幾何尺寸與 軸小齒輪傳動(dòng)幾何尺寸相同。 軸小齒輪傳動(dòng)幾何尺寸：分度圓直徑31= 273dmm，齒頂高直徑31=7ahmm，齒根高31 = 8.75fhmm，全齒高直徑31 = 15.75hmm，齒頂圓直徑31 = 287admm，齒根圓直徑31 = 255.5fdmm ，基圓直徑31= 257bdmm ， 齒距直徑31 = 21.98pmm ，齒厚直徑31 = 10.99smm，齒槽寬31 = 10.99emm，基圓齒距31 = 20.65bpmm，法向齒距21 = 20.65npmm，頂隙31=1.75cmm。 軸小齒輪傳動(dòng)幾何尺寸：分度圓直徑41= 318