CN102162780A - 扭力轴数控强力扭转测试试验台 - Google Patents

Abstract

一种能够对履带式行走车辆的扭力轴进行大扭矩测试的数控试验设备。采用伺服电机作为动力源，连接磁粉制动机构，通过大传动比行星齿轮的传动机构，带动十字滑块组合机构、前后装夹机构实现对被测扭力轴施加扭转力矩。同时采用工控机作为人机界面，可对不同车型的扭力轴工艺参数进行设置。包括扭转方向、扭转角度、扭转次数、最大予扭角时保持时间等，并具有测试参数显示和记录功能。可实时显示角度与扭转力矩变化曲线。实现对扭力轴的预扭强化，以挥扭力轴芯部材料的承载潜能，提高扭力轴在实际行驶过程中的安全性及使用寿命。

Description

扭力轴数控强力扭转测试试验台

本发明涉及一种针对扭力轴进行工艺试验的设备，采用数控技术，精确地确定材料的应变角、扭矩、扭转角、残余变形角、残余角总和等材料性能数据。

目前，公知的大扭力试验机普遍采用液压站结构，控制精度低，采样数据少，维修困难。为了克服上述不足，本发明提供一种采用伺服电机作为驱动系统，可按数控指令精确控制转动角度。采用工控机作为人机界面，可对不同车型的扭力轴工艺参数进行设置。包括扭转方向、扭转角度、扭转次数、最大予扭角时保持时间等，并具有测试参数显示和记录功能。可实时显示角度与扭转力矩变化曲线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该试验台由机械系统和电气控制系统组成。机械系统主要由动力源、制动机构、传动机构、间隙滑块组合机构、前后装夹机构、辅助上料机构以及防护系统等组成。其中，动力源采用伺服电机；制动系统采用磁粉制动器；传动系统选用大扭矩、大减速比的行星齿轮减速机；间隙滑块组合机构是由一组不完全配合的十字输入、输出滑块组成；前后装夹机构是由工件夹头、滑座组成。电气控制系统由伺服系统、显示系统、检测装置等组成。工作时，伺服电机通过制动器、减速器、间隙滑块机构对扭力轴施加扭转力矩，通过一对编码器在线检测扭力轴扭转角度，两个力传感器测试扭矩数值，和电气控制系统实现闭环控制，可以精确控制扭力轴的扭转角度和扭转力矩。在扭转过程中，通过相应的检测装置，还可以实时检测对扭力轴施加的扭矩，以便进行其它相应的分析处理。

本发明的有益效果是，能够准确、直观地确定出扭力轴的合适的预扭应变角，最大限度地发挥材料承载能力。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1扭力轴数控强力扭转测试试验台。

图1中，机械系统主要由动力源1、制动机构2、传动机构3、间隙滑块组合机构4、前装夹机构5、辅助上料机构6、后装夹机构7等组成。

动力源1主要采用伺服电机作为控制元件，可以精确控制扭转角度的输出。

制动机构2主要采用磁粉制动器作为控制元件，制动的目的是保证扭力轴缓慢释放至自用状态，释放过程中速度可控制，防止扭力轴释放扭转惯量过大造成释放速度过快，对传动系统造成反向冲击损害；以及与伺服系统可控速度不匹配，造成角度误差，使数控系统记录角度出现错误。

传动机构3采用三级行星齿轮减速机传动。减速机内的太阳轮、行星轮、内齿圈采用特殊加工工艺处理，得到高硬耐磨表面，降低了噪音，提高了整机的效率和使用寿命。减速机的传动比为1∶1800，传动扭矩可以达到80000Nm。

间隙滑块组合机构4由一组不完全配合的十字输入、输出滑块组件组成，在扭转过程中输入、输出滑块只有一面接触传递扭力，另一面有间隙。在释放过程中，输入滑块由伺服电机控制回转，输出滑块由扭力轴释放的回转扭力控制其回转运动。刚释放时，由于扭力轴释放的速度快，输出滑块与输入滑块接触面紧密配合，输出滑块速度与输入滑块的速度同步，角度一致。当扭力轴扭力释放完毕后，进入扭力轴自由状态，输出滑块不再转动，输入滑块在伺服电机的作用下仍在运动，接触面脱离，则输入、输出滑块不同时运动，存在运动角度误差，输入滑块再继续运动一定角度，系统测出输入、输出滑块角度差值达到预定角度时，伺服电机停止运动，试验机完成此次扭转、释放过程，试验机停止运动，准备进入下一次扭转、释放工序。

前装夹机构5采用主轴箱及与扭力轴大端花键匹配的花键结构。

辅助上料装置6由两个V型托架组成，人工将扭力轴放到V型托架上，辅助人工完成工件装夹，减轻工人的劳动强度。扭力轴托起高度可以手动进行调整，可以适应不同规格的扭力轴装夹。

后装夹机构7由可滑动尾座、扭矩测量装置两部分组成。滑动尾座采用与扭力轴小端花键匹配的花键结构。为满足不同产品的生产要求，后尾座采用滑台结构，可根据工件长度进行手动予进给，经人工调整前支撑花键转角位置，使之与工件轴花键精确啮合，然后人工夹紧工件，实现对工件的定位夹紧。后尾座安装了扭矩在线检测装置，适时检测对扭力轴施加的扭矩。

电气控制系统由驱动系统、显示系统、检测装置等组成。

1、驱动系统采用伺服电机调速控制系统，可按数控指令精确转动角度，采用双编码器测量扭转角度，可精确显示扭转角度，通过程序精确计算出残余角的数值。

2、显示系统

可以显示扭转方向、扭转角度、扭矩数值、扭转次数、残余变形角、变形角总和、角度与扭转力矩变化曲线等扭矩试验的相关参数，并且可以在工作界面上调整工艺参数，操作方便快捷。

3、检测系统

检测系统分为扭矩检测系统和角度检测系统。

扭矩检测系统由两个扭矩传感器组成，可以分别测试正扭转和反扭转的力，通过伺服系统计算生成扭矩数值。

角度测量系统由两个编码器组成，分别检测扭力轴的扭转角度和伺服电机的转动角度，两个编码器分别装在十字滑块输入、输出滑块上，在扭转释放过程中，当两个角度不一致，即可判断扭力轴处在自由状态，防止伺服电机继续反转释放，造成反扭错误。

Claims (3)

1.扭力轴数控强力扭转测试试验台，针对行走机械的扭力轴进行给定的大角度强力扭转(最大扭矩80000Nm)，使扭力轴按设计要求产生一定残余变形角，以提高扭力轴的机械性能。本试验台是可以明确显示、记录扭矩、扭转角度、残余变形角和残余角总和的专用设备。能够更准确地确定出合适的预扭应变角，最大限度地发挥材料的承载性能。

2.根据权利要求1所述的扭力轴数控强力扭转测试试验台，主要由机械系统和电气控制系统组成。机械系统主要由动力源、制动机构、传动机构、间隙滑块组合机构、前装夹机构、辅助上料机构及后装夹机构等组成。工作时，伺服电机通过制动器、减速器、间隙滑块组合机构对扭力轴施加扭转力矩，通过一对编码器在线检测扭力轴扭转角度，两个力传感器测试扭矩数值，和电气控制系统实现闭环控制，控制扭力轴的扭转角度和扭转力矩。

3.根据权利要求1所述的扭力轴数控强力扭转测试试验台，其特征是采用伺服电机驱动系统，按数控指令精确转动角度；采用双编码器测量扭转角度，可精确测量和显示扭转角度，通过程序精确计算出残余角的数值；采用扭矩传感器测量扭转力矩，通过A/D转换对扭力轴的扭矩进行测试、读取、显示。