一種行星輪系加載的試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種行星輪系加載的試驗裝置，包括功率流封閉系統，其中，被測行星輪系的兩端分別連接第一減速機的輸入軸和第二減速機的輸出軸，扭矩加載機構的兩端分別連接第二減速機的輸入軸和第一減速機的輸出軸，驅動電機連接第一減速機的輸入端。第一減速機輸出的功率通過扭矩加載機構傳送給第二減速機，第二減速機的輸出端通過被測行星輪系傳回給第一減速機從而實現功率流的封閉，驅動電機為系統提供動力，并補償功率流封閉系統的功率損耗。當驅動電機輸出的功率不同時，扭矩加載機構兩側的轉速不同，從而使得施加給被測行星輪系的載荷不同，完成實驗。由于本申請采用功率流封閉的方式，可避免能量的浪費，降低功率損耗。
【專利說明】
一種行星輪系加載的試驗裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及行星輪系檢測的技術領域，具體的說，是涉及一種行星輪系加載的實 驗裝置。
【背景技術】
[0002] 行星齒輪傳動系統具有承載能力高、傳動比大、傳動平穩高效、結構緊湊等諸多優 點，在機械設備中發揮著重要作用。對其進行加載實驗是檢驗其性能、進行測試診斷的前提 工作。
[0003] 現有的行星輪系加載實驗裝置中對于機械加載的方式大多為機械傳動開發式的 方式。機械傳動開放式試驗臺通常由驅動電機、被試行星輪系、陪試行星輪系、發電機四部 分組成，功率由原動機提供，經過被試件傳遞至負載。機械傳動開放式加載方式存在諸多不 足，主要表現在以下幾個方面:首先，傳動開發式的結構，功率最終有大量輸出，而導致功率 消耗大，能源浪費嚴重；（2)加載裝置復雜，需要有大功率加載設備，價格高昂；（3)需要陪試 件。
[0004] 因此，如何提供一種行星輪系加載試驗裝置，以降低功率損耗，減少能源浪費，是 本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

【發明內容】

[0005] 有鑒于此，本發明提供了一種行星輪系加載試驗裝置，以降低功率損耗，減少能源 浪費。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007] -種行星輪系加載的試驗裝置，其包括功率流封閉的系統，所述功率流封閉的系 統包括：
[0008] 第一減速機和第二減速機；
[0009] 被測行星輪系，所述被測行星輪系的一端與所述第一減速機的輸入軸連接，另一 端與所述第二減速機的輸出軸連接；
[0010] 兩側的轉速的大小和方向均可調的扭矩加載機構，所述扭矩加載機構的一側與所 述第一減速機的輸出軸連接，另一側與所述第二減速機的輸入軸連接；
[0011] 與所述第一減速機的輸入端連接的驅動電機。
[0012] 優選地，上述的試驗裝置中，所述第一減速機和所述第二減速機為軸距相同的減 速機。
[0013] 優選地，上述的試驗裝置中，所述扭矩加載機構為液力變矩器。
[0014] 優選地，上述的試驗裝置中，所述第一減速機的輸入軸、所述被測行星輪系的輸出 軸和輸入軸以及所述第二減速機的輸出軸共線。
[0015] 優選地，上述的試驗裝置中，所述第一減速機的輸出軸、所述扭矩加載機構的輸出 軸和輸入軸以及所述第二減速機的輸入軸共線。
[0016]優選地，上述的試驗裝置中，所述第一減速機的輸出軸與所述扭矩加載機構的輸 入軸通過第三聯軸器連接，所述第二減速機的輸入軸通過第四聯軸器與所述扭矩加載機構 的輸出軸連接。
[0017]優選地，上述的試驗裝置中，所述扭矩加載機構與所述第一減速機之間通過第二 軸承座支撐。
[0018] 優選地，上述的試驗裝置中，所述第一減速機的輸入軸通過第一聯軸器與所述被 測行星輪系的輸出軸相連，所述第二減速機的輸出軸通過第二聯軸器與所述被測行星輪的 輸入軸相連。
[0019] 優選地，上述的試驗裝置中，所述被測行星輪系與所述第二減速機之間通過第一 軸承座支撐。
[0020] 優選地，上述的試驗裝置中，還包括用于支撐所述功率流封閉的系統的支座。
[0021] 經由上述的技術方案可知，本發明公開了一種行星輪系加載的試驗裝置，包括功 率流封閉系統，該功率流封閉系統包括第一減速機、第二減速機、被測行星輪系、扭矩加載 機構和驅動電機，其中，被測行星輪系的兩端分別連接第一減速機的輸入軸和第二減速機 的輸出軸，而扭矩加載機構的兩端分別連接第二減速機的輸入軸和第一減速機的輸出軸， 驅動電機連接第一減速機的輸入端。本申請中將行星輪系加載機構設置為功率流封閉式的 結構，即第一減速機輸出的功率通過扭矩加載機構傳送給第二減速機，第二減速機的輸出 端通過被測行星輪系傳回給第一減速機從而實現功率流的封閉，此外，設置的驅動電機為 系統提供動力，并補償功率流封閉系統的功率損耗。在實際工作中，由于扭矩加載機構的兩 側的轉速的大小和方向可調，使得當驅動電機輸出的功率不同時，扭矩加載機構兩側的轉 速不同，從而使得施加給被測行星輪系的載荷不同，完成實驗。由于本申請采用功率流封閉 的方式，可避免能量的浪費，降低功率損耗。
【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0023] 圖1是本發明實施例提供的行星輪系加載試驗裝置的主視圖；
[0024] 圖2是本發明實施例提供的行星輪系加載試驗裝置的俯視圖；
[0025] 圖3是本發明實施例提供的行星輪系加載試驗裝置的結構示意圖；
[0026] 圖4是本發明實施例提供的行星輪系加載試驗裝置的傳動示意圖。
[0027]圖中：1-驅動電機;2-第一減速機;3-基腳;4-液力變矩器;5-第二減速機;6-第七 聯軸器;7-第一聯軸器;8-被測行星輪系;9-第六聯軸器；10-第一軸承座；11-第一傳動軸； 12-第二聯軸器；13-第四聯軸器；14-第五聯軸器；15-第二軸承座；16-第二傳動軸；17-第三 聯軸器;18-支座;19-軸承。
【具體實施方式】
[0028]本發明的核心是提供一種行星輪系加載試驗裝置，以降低功率損耗，減少能源浪 費。
[0029] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0030] 如圖1-圖4所示，本發明公開了一種行星輪系加載的試驗裝置，包括功率流封閉系 統，該功率流封閉系統包括第一減速機2、第二減速機5、被測行星輪系8、扭矩加載機構和驅 動電機1，其中，被測行星輪系8的兩端分別連接第一減速機2的輸入軸和第二減速機5的輸 出軸，而扭矩加載機構的兩端分別連接第二減速機5的輸入軸和第一減速機2的輸出軸，驅 動電機1連接第一減速機2的輸入端。本申請中將行星輪系加載機構設置為功率流封閉式的 結構，即第一減速機2輸出的功率通過扭矩加載機構傳送給第二減速機5,第二減速機5的輸 出端通過被測行星輪系8傳回給第一減速機2從而實現功率流的封閉，此外，設置的驅動電 機1為系統提供動力，并補償功率流封閉系統的功率損耗。在實際工作中，由于扭矩加載機 構的兩側的轉速的大小和方向可調，使得當驅動電機1輸出的功率不同時，扭矩加載機構兩 側的轉速不同，從而使得施加給被測行星輪系8的載荷不同，完成實驗。由于本申請采用功 率流封閉的方式，可避免能量的浪費，降低功率損耗。
[0031] 具體的實施例中，將第一減速機2和第二減速機5限定為軸距相同的減速機，并安 裝于試驗臺的兩側，設置為軸距相同的減速機可便于布置第一減速機2和第二減速機5的位 置，并保證兩者之間的距離相同，便于對軸的選取。本申請中并不僅限于軸距相同的減速 機。通過上述的布置關系以及功率流封閉的系統可知，采用的兩個減速機，在實際中兩個減 速機中一者作為減速機使用，而另一者則作為增速機使用，以保證整個功率流的傳遞。 [0032]本申請中公開的扭矩加載機構為液力變矩器4,通過液力變矩器4的固有特性即其 兩端可以形成方向相反，大小不等的扭矩從而實現系統內部扭矩的加載，克服了開放式結 構耗能高、需要大功率、需要陪試件的缺點。該裝置可作為行星輪系故障診斷研究試驗的工 具。在實際中功率流封閉的系統正常運轉的條件是系統的總傳動比為i，即1 1 - 2. .， 而當第一減速機2和第二減速機5以及被測行星輪系8確定后，根據計算公式可以得知所需 要的液力變矩器4的傳動比。在本發明實施例中，通過驅動電機1可以改變功率流封閉系統 中各軸的轉速，從而改變液力變矩器4輸入端輸出端的扭矩，進而改變被測行星輪系8的加 載扭矩，也獲得了不同的封閉功率，即試驗功率。驅動電機1只需提供補償封閉系統內摩擦 損耗的功率。
[0033] 本申請中的第一減速機2的輸入軸、被測行星輪系8的輸出軸和輸入軸以及第二減 速機5的輸出軸共線，此外，第一減速機2的輸出軸、扭矩加載機構的輸入軸和輸出軸以及第 二減速機5的輸入軸共線。本申請中將第一減速機2的輸入軸（圖4中軸I)和被測行星輪系8 的輸出軸和輸入軸以及第二減速機5的輸出軸（圖4中軸II)水平布置，并且第一減速機2的 輸出軸（圖4中軸III)和扭矩加載機構的輸出軸和輸入軸以及第二減速機5的輸入軸（圖4中 軸IV)也設置為水平，即這兩部分水平布置的軸系平行。
[0034] 為了實現整個試驗裝置的安裝，扭矩加載機構與第一減速機2之間通過第二軸承 座15支撐，并將第一減速機2的輸出軸通過第三聯軸器17與扭矩加載機構的輸入軸連接在 一起，扭矩加載機構的輸出軸與第二減速機5的輸入軸通過第四聯軸器13連接，在實際中， 扭矩加載機構的安裝位置靠近第二減速機5，因此，在扭矩加載機構與第一減速機2之間設 置了第二軸承座15,并設置了用于連接第一減速機2和液力變矩器4的第一傳動軸11，并將 第三聯軸器17設置在第二軸承座15與第一減速機2之間，以連接第一減速機2的輸出軸與第 一傳動軸11的一端;在第二軸承座15與扭矩加載機構之間設置第五聯軸器，以連接第一傳 動軸12的另一端與液力變矩器4的輸入軸。本申請通過上述布置的目的在于將液力變矩器4 與待測行星輪系8兩者錯開，以減小液力變矩器4與待測行星輪系8相對時的兩組平行軸系 之間的距離。在上述設置的過程中需要保證第一減速機2和第二減速機5的中心距必須保證 錯位安裝的扭矩加載機構和待測行星輪系與系統內的其他部件不會產生干涉。在第一軸承 座10和第二軸承座15內均設置有軸承19,用于與對應傳動軸的配合。
[0035] 結合上述的描述可知，在實際中第一減速機2的輸入軸通過第一聯軸器7與被測行 星輪系8的輸出軸相連，而被測行星輪系8的初入軸則與第二減速機5的輸出軸通過第二聯 軸器12連接。在實際中，被測行星輪系8的安裝位置靠近第一減速機2,因此，為了保證被測 行星輪系8與第二減速機5的穩定連接，在被測行星輪系8與第二減速機5之間設置了第一軸 承座10和用于連接的第二傳動軸16,并將第二聯軸器12設置在第一軸承座10與第二減速機 5之間，以連接第二傳動軸16的一端與第二減速機的輸出軸;并在被測行星輪系8與第一軸 承座10之間設置第六聯軸器9,以連接第二傳動軸16的另一端與被測行星輪系的輸入軸。本 申請中公開的驅動電機1與第一減速機2的輸入軸之間通過第七聯軸器6連接。
[0036] 更進一步的實施例中還設置了支座18,該支座18作為整個實驗裝置的安裝基礎， 用于支撐功率流封閉的系統，即上述的部件均安裝在該支座18上。該支座為平板結構，為了 改變整個支座的高度，在支座的底面還設置有基腳3,以調節整個支座18的位置。
[0037] 在本發明實施例中，所述各傳動部件的型號的選定:對于給定的被測行星輪系8， 已知其傳動比ix。根據安裝的尺寸要求，選擇尺寸相當的液力變矩器4。由液力變矩器4的特 性可知，其傳動效率隨著傳動比的變化而變化，為了使其在高效率范圍工作，則需要液力變 矩器4的傳動比i y不小于某一傳動比值，即iY多is。顯然，封閉系統正常運轉的條件是系統的 總傳動比為1，即k-x h-_= U其中，是第一減速機的傳動比，i2是第二減速機的傳動 1I 比）。因此兩相同軸距減速機的傳動比需滿足iiXi2 = ixXiY彡ixXis，與此同時，兩個減速 機的中心距必須保證錯位安裝的液力變矩器4和行星輪系8不與系統里的其他部件產生干 涉。據上所述，查找機械手冊，確定減速機合適的型號以及傳動比。至此，傳動部件的兩個減 速機和被測行星輪系8的傳動比都已確定，再根據總傳動比為1，即可算出液力變矩器4的實 際傳動比。
[0038] 在本發明實施例中，所述行星輪系載荷的計算:在確定液力變矩器4實際傳動比的 基礎上，可以根據第一減速機2、第二減速機5、液力變矩器4和被測行星輪系8的傳動比算出 軸I的轉速m、軸II的轉速η π、軸III的轉速nm和軸IV的轉速nIV，如式（1)-式⑷所示。根據 液力變矩器4的固有特性可以計算出液力變矩器4輸入端栗輪的扭矩T B，如式(5)所示。由液 力變矩器4的變矩系數K推出液力變矩器4輸出端的扭矩Ττ，如式(6)所示。可以看出液力變 矩器4兩端的扭矩大小不同，方向相反。通過進一步推導，可以得到被測行星輪系8高速軸的 扭矩TdP低速軸的扭矩Τ Π ，分別如式(7)、式⑶所示。可以看出被測行星輪系8輸入端、輸出 端也加上了大小不等，方向相反的扭矩，從而給被測行星輪系8加上了載荷ΤΡ，如式（9)所 /Jn 〇
[0039] (1)
[0040] ⑵
[0041] ⑶
[0042] (4)
[0043] (5)
[0044] (6)
[0045] (7.)
[0046] .(8)
[0047] .. ,....., (9)
[0048] 式中，η為驅動電機輸出轉速為第一減速機的傳動比；i2為第二減速機的傳動 比；i3為被測行星輪系的傳動比；TBg為液力變矩器的公稱扭矩;nB為輸入端栗輪的轉速，輸 入端栗輪與軸III剛性連接，二者轉速相等;ηι為第一減速機的傳動效率;Π 2為第二減速機的 傳動效率。
[0049] 在本發明實施例中，所述驅動電機功率的選定:封閉系統中有循環功率Pf在循環 傳遞，但封閉系統運轉時，不可避免地產生因摩擦、攪油等引起功率損失P s，這部分功率損 失由驅動電機1來補償。這就是說，驅動電機1輸入到封閉系統的功率僅是使封閉系統運轉 起來的功率，即用于補償封閉系統內損耗的功率。由于損耗的功率很小，因此所需驅動電機 1的功率也很小，它與系統的傳動效率以及傳遞功率的大小等有關。與驅動電機1輸出端相 連接的齒輪具有總功率P，在經過第一減速機2、液力變矩器4、第二減速機5和被測行星輪系 8的傳遞之后，功率又變為Pf，如式（10)所示。系統的各傳動件串聯，總傳動效率為n s，如式 (11)所示。由此可知驅動電機1輸出端具有的功率P，如式（12)所示。從而求得驅動電機1輸 入的補償功率Ps，如式（13)所示。可以看出驅動電機1的輸入功率僅為循環功率的很小一部 分，也就是說用較小功率的驅動電機1即可以滿足機械系統內較大功率的循環，減小了功率 損耗<
[0050 (10)
[0051 (11)
[0052 .(1.2)
[0053 ( 1.3 )
[0054] 式中，n3為被測行星輪系的傳動效率，Π 4為液力變矩器的傳動效率。
[0055] 在本發明實施例中，通過驅動電機1可以改變封閉系統中各軸的轉速，從而改變了 液力變矩器4輸入端輸出端的扭矩，進而改變被測行星輪系8的加載扭矩，也獲得了不同的 封閉功率，即試驗功率。驅動電機1只需提供補償封閉系統內摩擦損耗的功率。
[0056] 在本發明實施例中，可以開展被測行星輪系8的齒輪在一定扭矩和轉速下的故障 模擬試驗，可以模擬的故障類型包括正常齒輪、磨齒齒輪、膠合齒齒輪、點蝕齒齒輪、裂齒齒 輪和斷齒齒輪等。還可以針對不同位置的齒輪故障，包括內齒圈、行星輪、太陽輪等開展加 載實驗。
[0057] 本發明實施例的封閉功率的行星輪系加載試驗裝置采用功率封閉的結構節約能 源，通過液力變矩器的固有特性即其兩端可以形成方向相反，大小不等的扭矩從而實現系 統內部扭矩的加載，克服了開放式結構耗能高、需要大功率、需要陪試件的缺點。該裝置可 作為行星輪系故障診斷研究試驗的工具。
[0058] 本發明充分考慮了現有試驗裝置的困難與不足，采用功率封閉的方式，克服了開 放式結構的功耗大，做功浪費嚴重的缺點;其加載裝置為液壓式，加載簡易，結構簡單。
[0059] 本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0060] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權項】
1. 一種行星輪系加載的試驗裝置，其特征在于，包括功率流封閉的系統，所述功率流封 閉的系統包括： 第一減速機(2)和第二減速機(5); 被測行星輪系(8)，所述被測行星輪系(8)的一端與所述第一減速機(2)的輸入軸連接， 另一端與所述第二減速機(5)的輸出軸連接； 兩側的轉速的大小和方向均可調的扭矩加載機構，所述扭矩加載機構的一側與所述第 一減速機(2)的輸出軸連接，另一側與所述第二減速機(5)的輸入軸連接； 與所述第一減速機(2)的輸入端連接的驅動電機(1)。2. 根據權利要求1所述的試驗裝置，其特征在于，所述第一減速機(2)和所述第二減速 機(5)為軸距相同的減速機。3. 根據權利要求1所述的試驗裝置，其特征在于，所述扭矩加載機構為液力變矩器(4)。4. 根據權利要求1-3任一項所述的試驗裝置，其特征在于，所述第一減速機(2)的輸入 軸、所述被測行星輪系(8)的輸出軸和輸入軸以及所述第二減速機(5)的輸出軸共線。5. 根據權利要求4所述的試驗裝置，其特征在于，所述第一減速機(2)的輸出軸、所述扭 矩加載機構的輸出軸和輸入軸以及所述第二減速機(5)的輸入軸共線。6. 根據權利要求5所述的試驗裝置，其特征在于，所述第一減速機(2)的輸出軸與所述 扭矩加載機構的輸入軸通過第三聯軸器（17)連接，所述第二減速機(5)的輸入軸通過第四 聯軸器(13)與所述扭矩加載機構的輸出軸連接。7. 根據權利要求6所述的試驗裝置，其特征在于，所述扭矩加載機構與所述第一減速機 (2)之間通過第二軸承座(15)支撐。8. 根據權利要求4所述的試驗裝置，其特征在于，所述第一減速機(2)的輸入軸通過第 一聯軸器(7)與所述被測行星輪系(8)的輸出軸相連，所述第二減速機(5)的輸出軸通過第 二聯軸器(12)與所述被測行星輪(8)的輸入軸相連。9. 根據權利要求8所述的試驗裝置，其特征在于，所述被測行星輪系（8)與所述第二減 速機(5)之間通過第一軸承座(10)支撐。10. 根據權利要求1-3任一項所述的試驗裝置，其特征在于，還包括用于支撐所述功率 流封閉的系統的支座(18)。
【文檔編號】G01M13/02GK105841959SQ201610422354
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】李成, 丁皓, 朱忠奎, 蔡改改, 陸強, 程旭
【申請人】蘇州大學