多功能機械傳動測試平臺的設計

李雙岑 張攀

摘 要： 根據現代機械傳動教學研究的需要，本文提出了一種多功能機械傳動測試平臺。該平臺以齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動為研究對象，快速實現不同類型傳動裝置的拆裝和調節，最終完成對各種傳動裝置傳動性能的測試。以不同機械傳動裝置為基礎，搭建了模塊化的多功能試驗平臺，通過試驗得到了預期的效果。

關鍵詞： 測試平臺；傳動性能；模塊化；多功能

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A

1引言

機械傳動裝置是實際工程應用中最為普遍的一類關鍵零部件。隨著現代機電一體化技術的進步，機械傳動系統在各方面參數性能上都得到了極大的優化，使得產品可以符合不同實際工況下人們對傳動裝置性能的要求。工程技術人員都希望能設計出一臺振動小、噪聲低、效率高的機械，而對傳動裝置的設計、研究以及性能的測試都是研究的熱點。機械傳動試驗平臺是傳動裝置或傳動機構基礎科學研究和綜合性能試驗的實驗平臺，為后期產品的優化以及運動分析提供實驗依據及參考，因此具有十分重要的意義[1]。

2多功能機械傳動測試平臺設計方案及工作原理

根據對傳統測試平臺的分析和改進，本文提出了一種新型開放功率式測試平臺。開放功率式測試平臺是指功率從動力模塊輸出后，經過機械傳動模塊產生消耗，最后傳到加載模塊，加載模塊把傳遞的功率消耗掉，因此其中能量或者說功率是開放的。其結構原理圖如圖1所示。

開放功率式測試平臺的特點是制造、安裝便捷，加工成本低廉，結構緊湊，加載相對靈活，對測試裝置要求相對不高，滿足實際應用要求。

圖2為多功能機械傳動測試平臺主要部件布局示意圖，它分為齒輪傳動測試部分和帶、鏈傳動測試兩個部分。在齒輪傳動測試部分源電機作為動力源。本文采用了兩種磁粉制動器，一種為單軸，一種為雙軸，它們的安裝定位尺寸一樣。單軸的磁粉制動器用于齒輪傳動測試部分的加載，雙軸的磁粉制動器用于傳遞動力。若采用雙軸的磁粉制動器，即源電機同時還擔任帶、鏈傳動的動的動力源。所以對于帶、鏈傳動測試部分，電機的動力源可以有兩個，加載模塊也可以有兩個。當動力源為齒輪傳動測試的源電機時，加載模塊采用燈泡負載，通過燈泡的亮度直觀反映負載變化情況，此時磁粉制動器為雙軸的；當動力源為帶、鏈傳動測試部分的電機時，加載模塊為磁粉制動器，此時磁粉制動器為單軸的。因此，本機械傳動測試平臺既能完成單一的齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動的測試，也能通過部件模塊化拆裝，便捷地完成多級傳動的綜合性能測試實驗。

3 多功能機械傳動測試平臺測試內容

多功能機械傳動測試平臺可以完成對傳動裝置多方面性能的測試，包括齒輪傳動的性能測試以及帶、鏈傳動的性能測試。主要包括以下幾個方面。

（1）跑合實驗：測試正反轉的跑合，包括高低速跑合和空載、負載情況下的跑合，主要觀察傳動相關部位熱現象，監測有無異常現象。

（2）溫升實驗：溫度的測試是針對齒輪傳動的，主要測試齒輪傳動過程的相關部位的溫度變化。將溫度傳感器置于傳動裝置箱體的潤滑油中，測試油溫變化；采用非接觸式的紅外溫度傳感器測試輸入軸、輸出軸軸承端的溫度。通過記錄相關數據，繪制曲線圖，評估傳動裝置的性能。

（3）傳動效率實驗：通過轉矩轉速傳感器測量各傳動裝置輸入軸、輸出軸的轉矩和轉速數據，通信傳輸給上位機，結合理論公式并經過數據處理從而確定出不同工況下的傳動效率。

（4）齒輪的接觸疲勞強度實驗：根據標準號為GB/T 14229-1993的《齒輪接觸疲勞強度試驗方法》，通過對被測傳動裝置進行負荷運轉實驗，可以測試齒輪的接觸疲勞強度。

（5）振動噪聲實驗：齒輪、帶、鏈在傳動過程中都有周期性嚙合的特點，振動和噪音是必然的，利用振動和噪音測試儀器可以便捷測出數據。

（6）帶傳動滑差率實驗：帶的打滑是帶傳動的一個特性，通過逐步加載實驗可以觀察并分析帶的彈性滑動及打滑現象，繪制出滑差率曲線。

（7）鏈傳動的多邊形效應實驗：觀察鏈傳動多邊形現象和測其角速度不均勻系數。

（8）齒輪回程誤差實驗：通過編碼器測量被測減速器輸入軸和輸出軸各自的角位移，與理論值相比較，通過數據處理得到其回程誤差[2-3]。

4 結束語

本文的多功能機械傳動測試平臺整合了齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動的三大傳動，相對于市面上常見的單一測試平臺有巨大優勢。其中齒輪傳動包括各種中心距、不同類型的減速器，并且測試不同的待測減速器時不用另加墊塊，安裝調節十分方便；帶傳動包括普通平帶、V帶、同步帶，每種類型的帶的傳動比、中心距也有不同的變化；鏈傳動包括滾子鏈和齒型鏈，也有不同中心距，不同的傳動比。總之，可測項目多，基本可滿足實際教學科研需要。

本文中的測試平臺采用可自主拼接的結構，采用多種類型的電機、機械傳動裝置、加載裝置、傳感器和工控機等模塊組成。實驗人員還可以通過不同類型的實驗，選擇合適的加載設備或被測實驗對象，進行相關控制實驗、原理驗證性實驗、綜合性實驗、創新性實驗等，因此具有很好的科研價值。■

參考文獻

[1]樓紅偉，馬振書，孫華剛. 大型多功能機械傳動試驗臺[J]. 機械傳動，2013，37（09）：136-139.

[2]孫孟琴. 機械傳動性能的實驗教學[J]. 科技視界，2015（31）：141.

[3]溫虎，向中凡，姚紅梅. 一種新型多功能機械傳動試驗臺的設計[J]. 機械傳動，2004（02）：58-60.