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擺線針輪減速機知識
擺線針輪減速機傳動效率動態測量研究
發佈時間:2018-08-14 22:17:00 點擊:    
採用單臺直測功率法測量減速機傳動效率,根據測試原理,利用CGQ型轉矩轉速傳感器測量擺線針輪減速機的輸入、輸出轉矩(轉速),通過微機處理計算後,得出擺線針輪減速機的效率。結果表明:具有無幹擾,測取的效率值比較穩定,幾乎不受負載變化及溫度變化的影響。適用於擺線針輪減速機、斜齒輪減速機等齒輪減速機械傳動效率的測量。

    擺線針輪減速機內部傳動裝置可分爲三部分:輸入部分、減速部分、輸出部分。在輸入軸上裝有一個錯位180°的雙偏心套,在偏心套上裝有兩個稱爲轉臂的滾柱軸承,形成H機構、兩個擺線輪的中心孔即爲偏心套上轉臂軸承的滾道,並由擺線輪與針齒輪上一組環形排列的針齒相齧合,以組成齒差爲一齒的內齧合減速機構。當輸入軸帶着偏心套轉動一週時,由於擺線輪上齒廓曲線的特點及其受針齒輪上針齒限制之故,擺線輪的運動成爲既有公轉又有自轉的平面運動。在輸入軸正轉周時,偏心套亦轉動一週,擺線輪於相反方向轉過一個齒從而得到減速,再借助W輸出機構,將擺線輪的低速自轉運動通過銷軸,傳遞給輸出軸,從而獲得較低的輸出轉速。

    減速機的傳動效率通常是指在額定輸入轉速下達到額定輸入功率(或輸入轉矩)時,輸出功率(或輸出轉矩)對額定輸入功率(或輸入轉矩乘以傳動比)的比值。減速機傳動效率的測量應在專用的試驗檯上進行,測試方法可分爲直測功率法和損失功率法,直測功率法又分爲單臺直測功率法和雙臺直測功率法。單臺直測功率法是在試驗裝置臺上,用儀器直接測量減速機的輸入、輸出轉矩和轉速,來確定效率的方法。


    實驗材料與方法

    1.實驗系統與儀器

    該套測試實驗系統由專用測試臺架、轉矩轉速測量儀器(含專用屏蔽電纜線)、操作控制器及計算機組成。

    1.1.專用測試臺架

    專用測試臺架主要由變頻電機、傳感器、擺線針輪減速機、磁粉制動器等組成。底架平臺是用2600×800×200mm鑄鐵件製成,驅動方式是通過變頻電機控制變頻器,其輸出的轉速範圍爲0~5000r/min,負載方式是選用最大爲400N·m(根據被測減速機選用)的磁粉制動器,爲減少額外功率消耗,影響測試結果準確性,傳感器與減速機之間採用錐環無鍵聯軸器聯接。

    1.2.轉矩轉速測量儀器

    輸入、輸出轉矩轉速測量值是通過航天機電有限公司生產的TR型轉矩轉速測量儀用專用蔽屏電纜線連接靜標定誤差不超過±0.2%的CQG轉矩轉速傳感器來測量的。轉矩轉速測量儀器的精度要求爲轉矩測量誤差小於0.1%,轉速測量誤差小於0.05%。

    1.3.操作控制器及計算機

    用WLKC型控制器控制激磁電流,以CZ型磁粉制動器爲負載,達到控制制動或傳遞轉矩目的,其輸出轉矩與激磁電流呈良好的性線關係而與轉速或滑差無關,並具有響應速度快結構簡單等優點。轉矩轉速測量儀帶RS232通訊串口,可連接到計算機作數據處理,計算機操作系統要求在XP或windows98以上即可。

    2.測試原理

效率是擺線針輪減速機的一個重要性指標,但由於效率需要再減速機運行狀態下測量,故通常不易進行。本文中選用一種CGQ型高性能轉矩轉速傳感器來動態測量減速機效率值。設定減速機的輸入功率爲Pi,其輸出功率爲P0,則減速機的機械效率爲,由功率轉矩關係可知:T=9550P/n  式中:P-功率(KW);T-轉矩(N·m);n-轉速(r/min)。

機械轉動軸的輸入功率爲:Pi=Tini/9550

輸出功率爲:Po=Tono/9550

由此,機械效率:

因減速機的傳動比k=ni/n0是恆定的,所以擺線針輪減速機的機械效率爲,即只要測出輸入、輸出軸的轉矩,就可測出擺線針輪減速機的機械效率。減速機傳動軸在傳遞力矩時會產生變形,而在小變形範圍內,其輸入(輸出)軸兩端橫截面的相對扭轉角與扭矩成正比。因此只要測出輸入軸(或輸出軸)兩橫截面的相對扭轉角,就可測出該軸的扭矩T。

    3.實驗方法

    3.1.根據實際用被測的減速機功率及工作轉速,計算被測扭矩應在傳感器的30%~100%額定扭矩之間,最大測量扭矩不超過120%額定扭矩,並確認被測減速機最高轉速未超過傳感器的額定轉速。這樣既可保證所選傳感器能在長期使用中的安全可靠,又可以保證傳感器在±0.2%F.S(F.S是扭矩滿量程)內的測量精度。

    3.2.被測減速機與傳感器安裝時的同軸度應確保轉矩轉速傳感器符合規定精度要求,即靜標定誤差應不超過±0.2%。減速機安裝好後,首先採用正確可靠的方法對傳感器扭矩調零。理想的調零方法是將輸出輸入分別脫開負載,在實際測試轉速下空載調零。但在實際情況下,傳感器與負載器或被測對象經常會無法脫開,這時只能啓動傳感器頂部的小電機,轉動主軸於不同的機械角度位置(如:0°、90°、180°、270°四個位置),取其各零點值的平均值作爲零點進行調零。由於傳感器頂部的小電機適合在工作轉速低於600r/min時啓動能提高扭矩測量精度,因此啓動小電機調零可能會帶來傳感器轉速特性誤差和套筒同心度誤差。

    3.3.減速機按要求進行跑合試驗,在每30min的溫度變化不超過1℃,認爲已達熱平衡狀態,以接近設計轉速範圍的算術平均值的轉速作爲試驗速度。負載試驗按被測減速機輸入端的額定輸入功率的25%、50%、75%和100%四個階段逐步加載進行,100%加載階段的運轉時間,應以潤滑劑溫升穩定爲準。

    3.4.在同一試驗階段從兩臺測量儀上讀取轉矩、轉速、功率數據,測取不少於10組,採用算術平均值原理取其平均值,以減少隨機誤差,來獲取被測量的最佳值。在測量結果數據處理時應用測量結果分散性原理,進行實驗標準偏差計算及不確定度分析。

    4.信號處理

    本測試系統是採集減速機輸入軸和輸出軸傳感器輸出的正弦信號進行處理的,主要經過濾波、整形、偏置微分電路處理後接到74LS74觸發器,得到可反映轉矩轉速的矩形波信號,以此製作信號處理電路板,置於工業控制計算機中,編制相應處理軟件,通過簡單計算即可得到減速機的輸入/輸出轉矩及輸入/輸出轉速,相應得到其效率值。

    結果與討論

    通過編制數據分析、圖形繪製打印軟件,對以上信號處理標定,可實現輸入和輸出傳感器數據同時檢測、實時顯示,經過效率試運行測試,並驗證得知效率測試數據精確。經多次測量驗證,擺線針輪減速機的效率與理論計算值是一致的,並且測取的效率值比較穩定,幾乎不受負載變化及溫度變化的影響。適用於擺線針輪減速機、斜齒輪減速機等齒輪減速機械傳動效率的測量。