齿轮传动效率测定试验装置的研究进展_王成

高。故多用在中小功率非长期运转的试验中 。 耗能负载装置是功率开放型齿轮试验装置的关键 ［13 ］ 部件。目前， 常采用的耗能负载装置见表 1 。
（ 2 ） 双台试验齿轮箱直测功率法 两试验齿轮箱的规格、 结构、 型号以及制造工艺和 水平完全相同， 且能按设计功率流正反方向传递功率 。 用转速转矩传感器直接测量这两台试验齿轮箱的输入 和输出转矩与转速（ 如图 4 所示 ） ， 然后计算得到试验 齿轮箱的平均效率。
齿轮传动效率测定试验装置的研究进展
王 成 魏子尧 崔焕勇 张清萍 王文明
（ 济南大学机械工程学院， 山东 济南 250022 ） 摘
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要： 齿轮传动效率测定试验装置包括功率开放型和功率封闭型两类 。首先介绍了这两类试验装置的组 成、 工作原理和优缺点。然后， 针对典型的齿轮传动效率测定试验装置， 对其发展前景进行了展望， 包括被试齿轮箱传动效率的计算方法 、 齿轮传动效率测定试验装置的设计原理以及加载器的改进设 计等。
关键词： 齿轮 传动效率测定装置 功率开放型 文献标识码： A 中图分类号： TH132
功率封闭型
The research progress of gear transmission efficiency measuring test － bed
WANG Cheng， WEI Ziyao，CUI Huanyong，ZHANG Qingping，WANG Wenming （ School of Mechanical Engineering，University of Jinan，Jinan 250022 ，CHN） Abstract： The gear transmission efficiency measuring test － bed includes the power open type and power close principle of operation， merits and faults． Secondly， type． The paper firstly introduces their composition， some typical gear transmission efficiency test － beds are introduced，which includes the calculation of transmission efficiency，the principle of design and the improved design of loader． Accordingly，the prospect of the future trends for gear transmission efficiency measuring test － bed is put forward． Keywords： Gear； Transmission Efficiency Measuring Test － bed； Power Open Type； Power Close Type 齿轮的传动效率关系到环境污染和经济效益 ， 其 ［1 － 11 ］ 。 齿轮传动效率测 研究越来越受到人们的重视 定试验装置的设计对于理论验证至关重要 。 此外， 齿 ， 轮箱在出厂之前一般进行测试试验 这其中就包括效 率检测
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装置又分为两类： 电功率封闭型和机械功率封闭型 。 2 ． 1 电功率封闭型齿轮试验装置 图 5 为电功率封闭型齿轮试验装置构成原理图。 两台同型号的电机同时并联于电源。 运行时， 一台作 为电动机， 另一台作为发电机。 受试齿轮箱一般为减 陪试齿轮箱一般为增速器。 电动机通过受试齿 速器， 轮箱和陪试齿轮箱带动发电机运行 。发电机将电能回 输给电动机， 功率流向为一电封闭回路， 只需补充电能 差值 Δ P。
（ 5 ） 液压泵—溢流阀 系统式
液压泵在试验齿轮箱的带动下进 行旋转， 液压油经溢流阀返回到油 箱中。试验齿轮箱 的 制 动 力矩 是 进而调整 通过调节溢流阀工作点， 液压泵的压力工作点来进行控制。
由于制动力矩与输出转速无关 ， 而仅与 液压泵的排量有关， 因此可进行不同转 速下转矩加载试验。 液压泵—溢流阀 因而更换维 系统中所有件均为标准件， 修方便。 而通过加大油箱即可以不采 用散热装置。
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类。此外， 被试齿轮箱传递功率的计算方法决定功率 试验装置的设计。因此， 本文就以上问题展开介绍。
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齿轮传动效率测定试验装置包括功率开放型齿轮 ［13 ］ 试验装置和功率封闭型齿轮试验装置两类 （ 如图 1 所示） 。其中， 功率开放型齿轮试验装置由于具有结 多应用在中小载荷非长期运转的试验 构简单等特点， 中。随着传动装置功率的增大， 大容量的原动机和耗 能负载问题难以解决， 加之人们越来越意识到节能降 耗的重要性， 这些都使开放型齿轮试验装置不能适应 发展的要求。功率封闭型齿轮试验装置克服了功率开 相比开放型试验装 放型齿轮试验装置耗能高的缺点， 置， 封闭型试验装置能节省 90% 的能耗， 因此适用于 长期运转的齿轮效率试验中。 耗能负载是功率开放型齿轮试验装置的关键部 。 件 加载器的不同将功率封闭型齿轮试验装置分为多
（ 4 ） 电机消功器式
直流发电机和耗能可变电阻为耗 能负载装置。 通过 改 变 原 动机 的 磁通和电压来改变试验齿轮箱的 转速。通过改变直 流 发 电 机的 磁 通或耗能可变电阻的阻值来改变 受试齿轮装置的转矩。
结构简单， 布置灵活， 可在工作过程中 加载且稳定可靠。 缺点是需要专用的 供电机组和增速装置而且占用较大面 积， 因此需要较高的成本。
功率开放型齿轮试验装置常采用直测功率法 ， 可 以分为： （ 1 ） 单台试验齿轮箱直测功率法 用转速转矩传感器直接测量单台试验齿轮箱的输 入和输出转速与转矩（ 如图 3 所示 ） ， 计算试验齿轮箱 的效率。
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功率封闭型齿轮试验装置
与开放型相比， 功率封闭型试验装置的电动机功 率只需补偿试验过程中功率损失， 因而可以极大地节 省能耗。功率封闭型齿轮试验装置的功率流向为一封 闭回路。 根据封闭能量形式的不同， 功率封闭型齿轮试验
表2
电机类型
电功率封闭型齿轮试验装置
优缺点 优点： 可采用程序定 值控制器， 实现无级 变速和加载。 缺点： 电机功率必须大于 或等于受试齿轮箱 和陪试齿轮箱所需 的功率， 对电器的调 投资 试 要 求 较 高， 大， 主要适用于中小 功率的试验。 感应电机封闭型齿 轮试验装置具有结 构简 单、 安 装 方 便、 组成部件几乎都可 以从市场买到和能 进行变载试验等优 点。 不 适 于 多 阶 变 速载荷谱试验。
工作过程和工作原理 两台同型号的 他激式 直流电机 并接于电源， 受试齿轮箱为减速 器， 陪试齿轮箱为增速器， 总传 直流电动机 动比为 1 。 工作时， 通过受试齿轮 箱和陪 试齿轮箱 带动发电机运转， 而发电机的直 流功率又可回输给直流电动机， 从而实现既能 加载又 可节能的 目的。 通过调 磁方式 调节受 试 齿轮箱和陪试齿轮箱所受载荷。
* 山东省优秀中青年科学家科研奖励基金 （ BS2011ZZ002 ） ； 济南大学科研基金（ XKY1012 ） ； 济南大学博士基金（ XBS1022 ） · 45 ·
表1
耗能负载名称 结构简图
功率开放型齿轮试验装置常采用的耗能负载
工作过程和工作原理 功率由原动机输入， 机械制动器与 试验齿轮箱的输出轴相连， 通过调 节制动器的制动力矩， 可以得到不 同的载荷。 优缺点 具有结构简单、 制造方便、 使用灵活和 有一定测量精度等优点。 缺点是会产 生大量热量， 因此需强制冷却； 工作载 荷随时间波动； 制动轮磨损快且速度不 能过高。
内力型 加载器
： ①结构复杂， 连接件多， 易产生振
刚性联轴器式、 紧定螺钉 式、 紧定螺钉弹簧式和蜗 杆式等。
动噪声， 控制精度低； ② 无法模拟多工况， 试验与实际 结果差别大； ③必须有陪试齿轮箱。 根据加载器是否消耗功率， 机械功率封闭型又分 为加载器不消耗功率的全封闭型和加载器需消耗部分 功率的非全封闭型两类。 2． 2． 1 机械功率全封闭型齿轮试验装置 机械功率全封闭型齿轮试验装置只消耗系统的摩 擦功， 电动机补充的功率一般只占封闭功率的 10% ～ 15% ， 故多用在长期运转的试验中。 加载器是机械功 常采用 率全封闭型齿轮试验装置的关键部件。 目前， 的加载器装置见表 3 2． 2． 2
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外力型 加载器
螺旋槽套筒式、 叶片液压 式、 滑 动 单 斜 齿 轮 式、 滑 动双斜齿轮式、 滑动蜗杆 式、 内斜齿式和滚珠螺旋 式等。
可在系 统运动 过程中 进 行 加 载、 卸载和变载。 但外力传动 路线的接通较为复杂。
力矩型 加载器
摇摆齿轮箱式、 行星传动 式和双 NGW － 谐波传动 式等。
［13 ］
（ 3 ） 交流 整流子 电机
优点： 调速和加载方 便， 运 行 平 稳 可 靠， 两台同型号的 交流整 流子电机 所有零部件均可外 并接于电源， 受试齿轮箱为减速 购， 因此安装调试周 器， 陪试齿轮箱为增速器， 总传 期短， 多用于大功率 1 。 动比为 通过改变同相电刷在 传动试验。 缺点： 驱 电刷转盘上的位置， 来控制电机 动效率低， 传输环节 的转速。通过调节电机的转速， 多， 因此环路损失 使一台电机变成电动机， 另一台 大， 控 制 系 统 复 杂， 变为发电机。 占地面积大， 投资费 用大。
设计了一种高转速、
大转矩、 高精度的电封闭式汽车变速器加载试验台 ， 用于模拟被试装置在道路上行驶的工作条件 。电功率 封闭型齿轮试验装置由于要求原动机和发电机的功率 容量不小于试验齿轮箱功率且需要与之配套的电能回 收控制系统， 因此投资昂贵， 操作较为复杂， 且电能一 般仅能回收 60% ～ 70% 。 根据电机不同， 电功率封闭型齿轮试验装置又可 以分为： 直流电机封闭型、 感应电机封闭型和交流整流 子电机封闭型 3 种， 具体见表 2