實物樣機試驗平臺搭建的研究

鐘明燈

（閩南理工學院，福建 石獅 362700）

0 引言

開展機械無級變速器性能試驗研究的目的在于通過測試其有關性能指標，考核其結構設計的合理性，以及加工制造、裝配和調試的工藝性等。試驗結果的分析將有助于改進變速器的結構及加工、裝配工藝。因此，試驗平臺的優劣，對檢驗樣機的性能測試影響很大，才能更好地驗證研制階段的理論分析。

1 實驗對象參數及實驗前的準備工作

1.1 實驗對象及主要參數

本文主要針對自行研制的對心式低脈動度脈動式無級變速器的新型機進行試驗研究，其工作原理參照參考文獻[3]，主要參數為：額定輸入功率：P1=1kW；額定輸入轉速：n1=1000rpm；傳動比范圍：i1H=8.161～209.048。

1.2 試驗前的準備工作

把裝配好的樣機安裝在機械傳動性能綜合測試實驗臺上。安裝過程中主要考慮了以下四種情況：

（1）高度的一致性：由于在所有的實驗設備中，磁粉制動器的工作高度最高，在實驗臺的搭建過程中要以磁粉制動器作為基準高度，其它設備（包括樣機）都要與它相配套，應保證所有傳動軸的軸心在同一高度（同軸度對傳遞動力很重要）。

（2）聯軸器要合理選擇：選擇或加工的聯軸器要與所有跟它連接的設備的軸徑相配套。聯軸器的類型宜選用彈性聯軸器，以更好地滿足要求，并補償小的安裝誤差。同時由于輸出端的轉矩傳感器的兩端與聯軸器的聯接過長，故應對其軸向用內六角圓柱頭螺釘把它與傳感器的軸鎖緊軸向定位，防止轉動后聯軸器的滑動。

（3）連接牢固，松緊合適，試運行后再檢查牢固連接：應使各設備牢牢地固定在實驗臺上，并且保證各傳動軸連接處的連接縫隙合適，不要太緊，也不要太松。在運行一段時間后，要重新檢查安裝的牢固性，如有松動，應再進行加緊。

（4）機器宜低速工作。安裝檢測后，發現輸入軸的轉速跟彈簧的回復速度不相匹配，噪音比較大，為了能正確測試機器的性能，了解該樣機的情況，我們在樣機前增加一個皮帶減速輪裝置，這樣能保證壓緊機構能夠始終保持與滾子軸承的接觸，防止連桿由于慣性太大而與凸輪表面脫離。

1.3 樣機潤滑油的選取

一般情況下，機械無級變速器潤滑油必須按照原設計要求或說明書上的規定，采用專用的無級變速器潤滑油。若用普通機油代替，則將不能使無級變速器充分發揮作用，甚至會降低傳遞的效率和使用壽命，因此，必須十分重視機械無級變速器使用的油液[1]。

機械無級變速器專用油的主要作用有以下幾點[1]：①傳遞動力；②減輕摩擦部件的磨損；③吸收、散發集積在摩擦部件的熱量；④清洗摩擦件表面。綜合以上的參考原則，我們對樣機潤滑油的選取主要是根據參考文獻[4]中的選取原則，本文選用的是Ub-2系列無級變速器專用油，Ub系列無級變速器專用油是由廣州機械科學研究院研制的，其性能達到同類進口油的要求，具有摩擦系數較低，很好的冷卻效果等優點。它能較好地實現減輕變速器摩擦部件的磨損、局部的過熱和減少摩擦阻力等方面的要求。

1.4 樣機的試運行

我們按照文獻[2]的相關規定先加入專用的潤滑油對試驗樣機進行試運行。通過試運行，我們可以發現它的一些問題。如上一小節的注意事項4中發生的情況，在試運轉時，在輸入轉速高時，機器振動大，觀察發現壓緊機構和發生機構中的連桿均不能正常工作，后面我改進后增加了皮帶減速輪裝置后，運行就很平穩。經過綜合改進后，檢驗可知其運轉基本平穩，無異常震動及噪音，各連接件、緊固件不松動，各密封處不漏油，說明后續試驗可以陸續展開。

2 試驗設備和試驗方法

2.1 試驗設備

三相異步電動機，JN-338型扭矩傳感器，JN-338MA型數字式轉矩轉速測量儀，型號為CZ-20的磁粉制動器，WIJ-3A型穩流電源。

試驗條件的選擇應該要注意以下幾個方面：①選擇適合輸入軸、輸出軸的扭矩傳感器。根據目前實驗室的條件限制，輸入軸我們選的是量程0～100N·m，額定轉速6000rpm的扭矩傳感器；輸出軸選的是量程0～1000N·m，額定轉速2000rpm的扭矩傳感器；②試驗的轉矩轉速測量儀必須能夠正常讀數，同時精度的設定也應該滿足我們的設計要求；③提供負載的磁粉制動器應該要增加一個冷卻裝置，由于開展試驗時氣溫不高僅10度左右，我們選用自來水來冷卻；④試驗過程中，要保持輸入轉速和速比不變，通過改變輸出轉矩或手輪調速，使輸入、輸出功率隨其變化而變化。試驗時，受到皮帶輪減速和聯軸器的影響，輸入端的轉速有±5rpm的偏差，我們選取的輸入轉速為n1=570rpm，輸出轉矩按M2=20N.m，30N.m，……，逐步加載到預定功率要求。

2.2 試驗方法

我們選擇四個方面來對樣機進行實驗研究：①空載試驗。它的方法是：在其額定的輸入轉速下，在輸出轉速范圍內選取3～5個轉速點，運轉不小于1小時。檢驗可知其運轉基本平穩，無異常震動及噪音，各連接件、緊固件不松動，各密封處不漏油，說明空載試驗合格；②跑合試驗?？张茉囼灪筮M行跑合試驗，在輸出轉速范圍內選取4～6點（可以包括其最低點和最高轉速點）以及相應負荷（20N·m，30N·m，40N·m，……，150N·m）逐級加載，累計試驗時間不少于4小時。等樣機完全跑合好后，換上新的潤滑油，就可以進行其它動態性能試驗研究；③效率與負載試驗。變速器的傳動效率試驗分為空載功率損失試驗和負載傳動效率試驗。進行空載功率損失試驗時，將輸出傳感器9與實驗樣機7之間的聯軸器斷開，使被測樣機處于完全空載狀態下，連續調節變速手柄，測得在不同輸出轉速下變速器的輸入功率，即為空載功率損失；進行負載傳動效率試驗時，保證輸入轉速為額定轉速，在不同輸出轉速下分別逐級加載，記錄各輸出轉速下輸入功率P1、輸出功率P2、傳動效率η及輸出轉速n2；④脈動度試驗。進行脈動度試驗時，按在不同傳動比下由空載開始，逐級加載，直至出現顯著振動現象，且傳動效率明顯下降為止。記下各不同傳動比和各不同載荷下的一組輸出轉速速度波動數據，輸入功率P1、傳動比i1H和傳動效率η。

3 試驗流程圖和實驗平臺效果圖

3.1 試驗流程圖

本試驗是在機械傳動性能綜合測試實驗臺上進行的，試驗線路如圖1所示，實物在工作臺上安裝后的效果如圖2所示。主拖動電機1為額定功率為1kW，額定轉速為1500rpm的三相異步電動機，由于輸入軸的輸入轉速要與壓緊機構的彈簧的回復速度相適應，我們通過減速輪來實現我們設計所要求的恒定輸入轉速570rpm，而不是設計參數中的1000rpm。各部件間的聯軸器均采用彈性柱銷聯軸器。傳感器4和9均采用JN-338型扭矩傳感器，其所測數據（功率，轉速和轉矩）均反饋在5和10的JN-338M-A型數字式轉矩轉速測量儀上。加載裝置12采用磁粉制動器，其型號為CZ-20，其對被測試無級變速器7進行加載的過程由13的WIJ-3A型穩流電源來控制，隨著電流的增大，輸出端的負載也逐漸增大。

3.2 試驗平臺效果圖

通過上節試驗流程圖的設計，最后在機械傳動性能綜合測試實驗臺上的實驗平臺裝置效果圖如圖2所示。

圖2 設備安裝完成的效果圖Fig.2 Results of the equipment installation renderings

4 結論

試驗平臺的搭建是一項系統工程，在綜合考慮試驗要求的條件下，試驗流程圖的制作和試驗設備的選擇都將極大地影響試驗結果。通過實驗平臺的搭建，為后續實物樣機進行性能測試提供了保障。在虛擬樣機技術日益發展的今天，對實物樣機的研制也是必不可少的一環，應該得到很好的重視。

[1]阮忠唐.機械無級變速器[M].北京:機械工業出版社，1983.

[2]阮忠唐.機械無級變速器設計與選用指南[M].北京:化學工業出版社，1999.

[3]鐘明燈.對心式低脈動度脈動式無級變速器的研制[D].福州：福州大學，2010.

[4]天津市石化通用研究所.機械無級變速器標準匯編（JB/T6950-93,JB/T7686-95,JB/T7668-95）.1997.