1、變速器扭矩試驗臺的設計與開發摘要 變速器是大多數機械系統的動力傳輸驅動器中不可或缺的元素。因此，很有必要在齒輪投入使用之前確保它的傳動性能，以確保系統的無故障運行。 在變速器的性能測試中，檢查額定速度下的轉矩承載能力是非常重要的。本篇論文闡述了一個扭矩試驗臺的設計和開發，它可以對具有多盤制動系統的變速器進行 0.5-10 kN-m 的承載能力測試。而將扭矩試驗臺的實驗測量數據校準后與理論計算進行比較，可以觀察到實驗與理論計算之間具有良好的一致性。關鍵詞：變速器 設計 扭矩 校準 一、簡介 變速箱是大多數機械系統不可或缺的動力傳輸裝置，如汽車，機械和起重機等。工業齒輪傳動的主要功能是在可接受的噪

2、音、振動和溫度水平下，可靠地傳遞原動機和從動件設備之間的轉矩和旋轉運動。當一個或多個的前述操作特性超過允許的限制，就可能導致變速器出現故障。制造公司或客戶必須承擔齒輪系統在操作期間出現故障的大成本和時間的損失。因此，在齒輪傳動系統投入使用之前確保它們的質量對保證系統的無故障運行是十分必要的。在測試變速箱性能的時候，測試不同速度下轉矩的承載能力是很重要的。目前，環傳動有限公司并沒有任何測試扭矩的裝置。因此，在扭矩的測量中，公司需要根據ISO（國際標準化組織）和AGMA（美國齒輪制造商協會）標準進行理論計算指定轉矩額定值。因此，有一個變速器試驗臺來確保變速器的質量對他們來說是非常重要的。扭矩試驗臺

3、是每一個齒輪制造企業必須具備的基本設施。為了滿足扭矩試驗臺的上述需要，進行了文獻調查，以確定其功能和規格。 從上面的文獻中研究發現，市場上不同類型的扭矩試驗臺的機構設計和控制方案都有一些優點和缺點。 對于背對背排列需要兩個類似的變速器，它可能無法在一些情況下使用。在數碼網絡扭矩方法中，飛輪被用于施加轉矩，這不適合予高扭矩測量。這兩種方法都不適用這種情況。 多盤制動扭矩測試系統（扭矩施加）是合適的，因為它可以以不同的速度提供廣泛的扭矩（從500 N-M至10 KN-m）。制動盤部分潤濕，能夠避免磨損和控制制動盤的溫度。用于驅動多盤式制動器系統，執行器是必要的。在研究不同的制動元件時，發現液壓作動

4、器適用于向多盤制動系統施加壓力4。因為它通過控制壓力與壓力控制閥組合的速率使平滑接合得到快速響應。通過查閱文獻資料，發現在扭矩測量的過程中，罐式稱重傳感器可提供高扭矩測量，因為這種負載電池適用于高扭矩或負荷范圍，也消除了需要事先檢查的程序 5 。最后，決定了要開發一個適合不同的變速器的液壓驅動多片式制動器制動力矩試驗臺，在額定轉速下的最大扭矩為10 kNm。二、方法論所提出的系統具有多片制動器總成作為主要和核心組成部分。該組件被安裝在支架和固定在軸之間的支架上。多片制動系統被用于在變速器上施加轉矩。對于制動器的制動，我們使用液壓制動器。制動系統通過直接連接或齒輪的幫助與變速器連接。由于軸與變速

5、箱連接，制動力被傳送到變速箱，同時傳到扭力臂（扭力臂與制動總成固定）。扭矩臂反過來施加相同的力到負載單元上。為了保持制動盤的正常溫度，設計了適當的冷卻系統。整個系統分為以下幾個子系統，即，A.制動器總成B. 驅動系統C.冷卻系統D. 扭矩測量和顯示裝置三、 設計與制造要設計一個變速箱的扭矩試驗臺是一個創新的想法。在概念設計的基礎上，將主系統劃分為具有如下特定功能的多個子系統。A. 制動器總成B. 驅動系統C. 冷卻系統動系統D. 扭矩測量和顯示裝置描繪不同子系統的試驗臺的概述如圖2所示。圖2 所設計的扭矩試驗臺概要A.制動器總成 制動器總成是試驗臺的主要部分。在制動器總成的設計過程中，遵循下列

6、步驟。材料的選擇“參考文獻 6 ,7”，各組成部分的設計與分析如制動盤、活塞、氣缸、扭力臂、軸承、油封、活塞環等的選擇。一些重要的計算如下。為了找到剎車盤的數量，我們使用了統一的磨損標準來設計剎車盤。“參考文獻8,9”公式一 其中，M t為最大轉矩，F是工作力，Z是匹配的表面數目，為摩擦系數，D10為外制動盤的內徑以及d2I是內制動盤的外徑。制動盤的總數為27。軸基本上是為壓碎，剪切，扭轉和彎曲載荷類型而設計的。最理論大剪應力被用于確定軸的直徑，因為該軸的材料是球墨鑄鐵。公式二其中，是最大剪應力，d為軸的直徑，K B和k t分別為沖擊和疲勞因子，M b為彎曲力矩。軸的最小直徑為120mm。B.

7、驅動系統手動液壓致動器具有用于20條能力。C.熱計算和冷卻系統的設計在多盤制動的情況下，散熱是主要問題。當油的溫度高于900的時候，油不再遵守它的特性。因此，制動盤會發生磨損，為了避免這樣的問題發生，我們設置了冷卻水套。扭矩測量和顯示裝置 從制動總成到測力傳感器的扭矩傳遞中，使用1000毫米的轉矩臂。對于2000千克容量的扭矩測量罐型稱重傳感器使用數字顯示,使用 100千克每米的分辨率。設計制造和裝配后按圖紙進行。試驗臺的實際情況如圖3所示。圖3扭矩試驗臺四、實驗工作在實驗工作裝置試驗臺如“圖”，并利用試驗臺的一些變速箱標定進行了以下方式。分析確定的扭矩值與不同型號的變速器測量的扭矩值進行比較

8、。將分析數據和實驗的讀數進行比較。圖4校準試驗臺的示意圖 這些結果給出了不同的壓力值范圍從2兆帕到20兆帕。使用校準的測量單位（負載傳感器，數字顯示和壓力計）。從下面參考公式中計算理論價值。公式（三）其中，P h是液壓，D是活塞外徑，d活塞的內徑。驗臺還可以進行一些變速器的占空比測試。五、結果與討論通過測試了不同類型的變速器，做了不同類型的實驗，結果討論如下。通過實驗結果和理論值的比較進行的試驗臺的校準。對一些模型做出了測試結果，其中一個如下面討論。 1.變速器型號4010-4， 11 , 規格：輸入功率P 10h, , 輸出扭矩10.5 Nm。 試驗在不同的恒定壓力值下進行了10分鐘，并每2

9、分鐘后觀察讀數，以獲得穩定的系統系統數據。圖5理論數值與實驗轉矩值的比較表1比較分析和實驗扭矩值 據觀察，在整個扭矩幅度范圍內，扭矩實驗讀數高于理論值絕對值的40-50 Nm。對百分比而言，這占了約5至0.5。此外，較高的錯誤（5%）被觀察到出現在轉矩較低的時候（和較低的壓力），而較低的錯誤（0.5%）被觀察到出現在較高轉矩值時。此錯誤的原因可能是由于未在理論計算中考慮各種原因?？赡艿脑蛉缦滤?。（1） 在分析計算中，不考慮軸承、油封及其它動件的摩擦。（2） 測試變速器有較低的工作速度（5-10轉），以這樣的速度運行時，制動板之間的粘滑現象更嚴重，這可能是錯誤的來源之一。（3） 系統的慣性。

10、（4） 當液壓壓力增大時，各部件的摩擦增大。（5） 顯示器讀數的錯誤。（6） 壓力表中的誤差也從壓力指示器中模擬顯示，所以可能產生人為誤差。 將所獲得的結果和理論計算進行比較，能夠看到實驗獲得的和理論計算的結果之間有良好的一致性。實驗數值和理論值密切配合。A.實驗值與轉矩誤差的比較 經過對試驗臺的標定，發現在系統中有三種類型的誤差：載荷單元的誤差、制動總成的誤差和數字顯示的誤差。經過試驗臺的校準后，測定每個轉矩值的總誤差，列表如“圖6”所示。圖6中誤差分析的扭矩測試裝置圖6在變速器的實際測試中，當對扭矩試驗臺進行誤差分析時，應將對應的誤差系數加入到實際測試里。變速器測試10分鐘。每2分鐘觀察和

11、記錄平均扭矩讀數，數據記錄如下表“表2”所示。表2對不同的車型進行測試（輸出扭矩）從上表中，可以觀察到所有的變速器都能在給定的速度下成功運行輸出轉矩。B.占空比測試對于變速箱來說，有必要進行占空比測試。一項變速器占空比測試的的結果如“圖7”所示。變速器型號為4005-2，輸出速度為52.4rpm，輸出轉矩940Nm。圖7理論值和實驗扭矩讀數在不同時刻的比較從上面的曲線圖中，可以觀察到扭矩值隨時間波動在936至941Nm范圍內。這一變化是可以忽略不計的（約0.5%）。C、功率與出口溫度的關系在試驗臺的標定中，溫度是一個重要的參數，因為如果機油溫度超過90 °C，潤滑油將失去其特性，導致鉆機不能有效地工作。這也是用冷卻夾套來散熱的目的。水被用作冷卻劑，水的流量被視為9.5升/分鐘。圖8 不同車型的溫度和輸入功率的比較在“圖8”中可以觀察到，隨著輸入功率的增加，溫度值也在穩定增長。六、結論 為了測量變速器的扭矩，我們設計和開發了液壓驅動多片制動系統。這個系統是專門為了測量在額定轉速下扭矩從0.5 kNm 變化到10 kNm的數值。試驗臺使用理論數值來標定。在試驗臺的標