CN104280237A - 一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置及方法，通过搭建功率分流齿轮系统，并对单个支路逐级加载，确定各支路的摩擦系数，标定各支路的输出应变大小与双联齿轮轴扭矩大小的关系，计算出在不同输入扭矩下的均载系数，得到该功率分流齿轮系统的均载特性方程，本发明克服了现有均载性能实验测定装置对试验台的搭建要求高，且需要对齿轮箱施加动载，实验成本高，周期长的缺点，提供了一种简单易行的、仅需施加静载的、成本低、实验周期短的测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置和方法。

Description

一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及机械传动领域，尤其是一种测定均载性能的实验装置，还涉及一种测定均载性能的方法。

背景技术

功率分流齿轮传动系统能够满足高速、重载、轻质量、高可靠性等要求，因此被广泛应用于航空、船舶、兵器和重型机械领域。然而功率分流齿轮传动系统存在不均载的风险：在输入齿轮将输入功率同时分配给与之啮合的其它齿轮时，由于存在制造、安装的误差和构件的弹性变形，会出现功率分配不均的情况，使一路分支受载过大。功率分流式齿轮传动系统的核心技术在于实现均载，目前国内外最常用的均载方法是采用弹性均载装置以及利用齿轮的径向浮动来补偿误差和变形。

为了衡量某个功率分流齿轮系统的均载效果好坏，通常需要在不同输入扭矩下实验测定该系统的均载性能，即通过实验得出不同输入扭矩下均载系数大小。2011年，西北工业大学谷建功的博士学位论文《弧齿锥齿轮分流传动系统性能仿真研究》建立了一种弧齿锥齿轮的分流传动系统试验台，该试验台通过一个直流调速电机对齿轮箱加载，通过集流环采集齿轮的应变信号，通过应变计算到各支路的扭矩大小，从而得到均载性能。该方法对试验台的搭建要求很高，需要很多附加装置如联轴器、集流环、增速器、加载器等，且需要对齿轮箱施加动载，实验成本高，周期长。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置，以及一种利用该实验装置测定功率分流齿轮系统均载性能的方法。

本发明提出的测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置包括：待测功率分流齿轮系统的试验箱、一根加载梁、一个加载器、一个水平指示器、至少两台电阻应变仪、一套滑轮系统、两个轻质砝码盘、至少20个等质量的砝码；

所述试验箱包括功率输入轴、输入级小齿轮、两个输入级大齿轮、两个双联齿轮轴、两个输出级小齿轮、输出级大齿轮和功率输出轴，所述试验箱中的齿轮和轴组成一个齿轮系统，所述齿轮系统分成A、B两个支路，每个支路上分别有一根双联齿轮轴连接一个输入级大齿轮和一个输出级小齿轮，所述输入级大齿轮和输出级小齿轮与双联齿轮轴的连接方式均为键连接；所述输入级小齿轮通过键连接安装在功率输入轴上，且与两个输入级大齿轮分别相啮合；所述两个输出级小齿轮分别与输出级大齿轮相啮合；所述输出级大齿轮安装在功率输出轴上；

所述试验箱的功率输出轴与加载器通过键连接相连；

所述加载梁的中部有轴孔和键槽，与所述试验箱中的功率输入轴通过键连接相连；加载梁的左右两端分别任意选取一个悬挂点，且两个悬挂点关于梁的中部轴对称；所述加载梁上布置有一个水平指示器，所述水平指示器通过螺栓连接固定在所述加载梁上；

所述滑轮系统至少包括一个定滑轮和两根细绳，其中一根细绳经过定滑轮换向，且细绳两端分别连接加载梁的接近滑轮端的悬挂点和一个砝码盘；另一根细绳两端分别连接加载梁的远离滑轮端的悬挂点和另一个砝码盘，所述砝码放在砝码盘中；

所述电阻应变仪的应变片按照测量扭矩式方法搭建惠斯通电桥，并且应变片分别贴在所述两个双联齿轮轴的扭转轴段的外表面远离键槽处。

本发明还提供了一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置的方法，包括如下步骤：

步骤一：任意指定某一旋转方向为顺时针方向，通过顺时针与逆时针循环逐步加载砝码，确定支路A的摩擦系数，具体过程为：

1.1只安装功率分流齿轮系统的支路A，使整个试验箱只有一个支路受载；

1.2在加载梁的两端砝码盘各加一个砝码，使得两端的载荷保持相同，根据砝码的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

1.3顺时针旋转加载梁，利用水平指示器确认加载梁处在水平位置，通过应变仪测量输出应变值ε_A；

1.4逆时针旋转加载梁，利用水平指示器确认加载梁处在水平位置，通过应变仪测量输出应变值ε′_A；

1.5记录一组应变值(ε_A,ε′_A)，若记录的应变值达到五组及以上，转步骤一.6，否则，在加载梁的两端砝码盘各增加一个砝码，返回步骤一.3；

1.6根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时输出应变大小ε_A与输入扭矩大小T_in的直线方程ε_A＝a_A·T_in+b_A和逆时针加载时输出应变大小ε′_A与输入扭矩大小T_in的直线方程ε′_A＝a′_A·T_in+b_A′，上述两式中a_A,b_A,a′_A,b_A′表示方程的拟合参数；

1.7根据1.6中拟合出的两个直线方程的参数，计算出支路A的摩擦系数为 $f_A=\frac{(a_A+a_A^{\′})/2}{a_A};$

步骤二：利用步骤一计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响，标定支路A上输出应变ε与双联齿轮轴实际传递扭矩T_A的关系，其具体过程为：

2.1在支路A的双联齿轮轴的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同位置P_A1,P_A2,P_A3,P_A4贴上应变片，所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上；

2.2在加载梁的两端砝码盘加相同质量的砝码，使得两端的载荷保持相同,根据砝码的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

2.3顺时针旋转加载梁任意周，利用水平指示器确认加载梁处在水平位置，通过应变仪测量并记录输出的四个位置上的一组应变值ε_A1,ε_A2,ε_A3,ε_A4，并计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_A=({\mathrm{\ϵ}}_{A1}+{\mathrm{\ϵ}}_{A2}+{\mathrm{\ϵ}}_{A3}+{\mathrm{\ϵ}}_{A4})/4;$

2.4当步骤二.3中记录的应变值达到八组及以上，转步骤二.5，否则，在加载梁的两端砝码盘各增加一个砝码，返回步骤二.3；

2.5根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值与输入扭矩大小T_in的直线方程式中a_A,b_A表示方程的拟合参数；

2.6利用步骤一中计算出的支路A的摩擦系数f_A修正上述方程，则输出应变大小ε_A与双联齿轮轴实际传递扭矩大小T_A的标定方程为ε_A＝f_A·a_A·T_A+b_A；

步骤三：通过顺时针与逆时针循环逐级加载，确定支路B的摩擦系数，具体过程为：

3.1卸掉功率分流齿轮系统的支路A，只安装支路B，使整个试验箱只有一个支路受载；

3.2在加载梁的两端砝码盘加相同质量的砝码，使得两端的载荷保持相同,根据砝码的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

3.3顺时针旋转加载梁，利用水平指示器确认加载梁处在水平位置，通过应变仪测量输出应变值ε_B；

3.4逆时针旋转加载梁，利用水平指示器确认加载梁处在水平位置，通过应变仪测量输出应变值ε′_B；

3.5记录一组应变值(ε_B,ε′_B)，若记录的应变值达到五组及以上，转步骤三.6，否则，在加载梁的两端砝码盘各增加一个砝码，返回步骤三.3；

3.6根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时输出应变大小ε_B与输入扭矩大小T_in的直线方程ε_B＝a_B·T_in+b_B，和逆时针加载时输出应变大小ε′_B与输入扭矩大小T_in的直线方程ε′_B＝a′_B·T_in+b′_B，上述两式中a_B,b_B,a′_B,b′_B表示方程的拟合参数；

3.7根据3.6中拟合出的两个直线方程的参数，计算出支路B的摩擦系数为 $f_B=\frac{(a_B+a_B^{\′})/2}{a_B};$

步骤四：利用计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响，标定支路B上输出应变ε与双联齿轮轴实际传递扭矩T_B的关系，其具体过程为：

4.1在支路B的双联齿轮轴的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同位置P_B1,P_B2,P_B3,P_B4贴上应变片，所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上；

4.2在加载梁的两端砝码盘加相同质量的砝码，使得两端的载荷保持相同，以保证对系统施加纯扭矩，根据砝码的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

4.3顺时针旋转加载梁，利用水平指示器确认加载梁处在水平位置，通过应变仪测量并记录输出的四个位置上的应变值ε_B1,ε_B2,ε_B3,ε，并计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_B=({\mathrm{\ϵ}}_{B1}+{\mathrm{\ϵ}}_{B2}+{\mathrm{\ϵ}}_{B3}+{\mathrm{\ϵ}}_{B4})/4;$

4.4若记录的应变值达到八组及以上，转步骤四.5，否则，在加载梁的两端砝码盘各增加一个砝码，返回步骤四.3；

4.5根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值与输入扭矩大小T_in的直线方程

4.6利用步骤四中计算出的支路B的摩擦系数f_B修正上述方程，则输出应变大小ε_B与双联齿轮轴实际传递扭矩大小T_B的标定方程为ε_B＝f_B·a_B·T_B+b_B；

步骤五：测定在不同的砝码重量折算出的不同输入扭矩下功率分流齿轮系统的均载特性，其具体过程为：

5.1同时安装功率分流齿轮系的支路A和支路B，使整个试验箱有两个支路同时受载；

5.2在加载梁的两端砝码盘加相同质量的砝码，使得两端的载荷保持相同，以保证对系统施加纯扭矩，根据砝码的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

5.3顺时针旋转加载梁若干周，利用水平指示器确认加载梁处在水平位置，通过应变仪分别测量并记录支路A输出的四个位置P_A1,P_A2,P_A3,P_A4上的一组应变值ε′_A1,ε′_A2,ε′_A3,ε′_A4，以及支路B输出的四个位置P_B1,P_B2,P_B3,P_B4上的一组应变值ε′_B1,ε′_B2,ε′_B3,ε′₁，并分别计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_B=({\mathrm{\ϵ}}_{B1}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B2}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B3}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B4}^{\′})/4;$

5.4记录一组应变值若记录的应变值达到八组及以上，转步骤五.5，否则，在加载梁的两端砝码盘各增加一个砝码，返回步骤五.3；

5.5将支路A和B的应变均值和代入到标定方程ε_A＝f_A·a_A·T_A+b_A和ε_B＝f_B·a_B·T_B+b_B,分别计算出在不同输入扭矩T_in下，支路A和支路B上双联齿轮轴实际传递的扭矩大小和

5.6计算在不同输入扭矩T_in下的均载系数根据最小二乘原理拟合出均载系数k_s与输入扭矩T_in的直线方程k_s＝a·T_in+b，式中a,b为拟合参数，即得到了该功率分流齿轮系统的均载特性方程，描述了均载系数k_s与输入扭矩T_in的关系。

本发明的有益效果是通过对功率分流齿轮系统的单个支路进行顺时针与逆时针方向循环逐级加载，确定各支路的摩擦系数；然后通过对单个支路的顺时针逐级加载，标定各个支路的输出应变大小与双联齿轮轴实际传递的扭矩大小的关系，并利用前面确定的摩擦系数对标定方程进行修正，消除摩擦力矩的影响；对两个支路同时进行顺时针逐级加载，测量各支路的输出应变大小，代入标定方程，得到不同输入扭矩下各支路实际传递的扭矩大小；计算出在不同输入扭矩下的均载系数，根据最小二乘原理拟合均载系数与输入扭矩大小的关系，从而得到了该功率分流齿轮系统的均载特性方程，本发明克服了现有均载性能实验测定装置对试验台的搭建要求高，且需要对齿轮箱施加动载，实验成本高，周期长的缺点，提供了一种简单易行的、仅需施加静载的、成本低、实验周期短的测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置和方法。

附图说明

图1是本发明提出的实验装置和仪器布置简图。

图2是本发明所述的功率分流齿轮系统试验箱内部布置简图。

图3是本发明所述的电阻应变仪的应变片布置位置周向展开图。

图4是本发明所述测定均载性能试验方法流程图。

其中，1-功率分流齿轮系统试验箱；1a-功率输入轴；1b-输入级小齿轮；1c-输入级大齿轮；1d-双联齿轮轴；1e-输出级小齿轮；1f-输出级大齿轮；1g-功率输出轴；2-加载梁；3-加载器；4-水平指示器；5-电阻应变仪；6-滑轮系统；7-砝码盘；8-砝码。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如附图说明中图1、图2和图3所示，本发明提出的测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置和仪器包括：待测功率分流齿轮系统试验箱(1)、一根加载梁(2)、一个加载器(3)、一个水平指示器(4)、两台电阻应变仪(5)、一套滑轮系统(6)、两个轻质砝码盘(7)、20个等质量的砝码(8)。

所述待测功率分流齿轮系统试验箱(1)至少包括功率输入轴(1a)、输入级小齿轮(1b)、两个输入级大齿轮(1c)、两个双联齿轮轴(1d)、两个输出级小齿轮(1e)、输出级大齿轮(1f)、功率输出轴(1g)，上述齿轮和轴组成一个齿轮系统。所述齿轮系统分成A、B两个支路，每个支路上分别有一根双联齿轮轴(1d)连接一个输入级大齿轮(1c)与一个输出级小齿轮(1e)，所述输入级大齿轮(1c)和输出级小齿轮(1e)与双联齿轮轴(1d)的连接方式均为键连接。

所述输入级小齿轮(1b)通过键连接安装在功率输入轴(1a)上，且与两个输入级大齿轮(1c)分别相啮合；所述两个输出级小齿轮(1e)分别与输出级大齿轮(1f)相啮合；所述输出级大齿轮(1f)通过键连接安装在功率输出轴上(1g)。

所述功率输出轴(1g)与加载器(3)通过键连接相连。

所述加载梁(2)的中部有轴孔和键槽，与所述功率输入轴(1a)通过键连接相连；加载梁(2)的左右两端分别有一个悬挂点，且两个悬挂点关于梁的中部轴对称；所述加载梁(2)上布置有一个水平指示器(4)，所述水平指示器(4)通过螺栓连接固定在所述加载梁(2)上。

所述滑轮系统(6)至少包括一个定滑轮和两根细绳，其中一根细绳经过定滑轮换向，且细绳两端分别连接加载梁(2)的近滑轮端悬挂点和一个砝码盘(7)；另一根细绳两端分别连接加载梁(2)的远离滑轮端悬挂点和另一个砝码盘(7)。所述砝码(8)放在砝码盘(7)中。

图4是本发明所述测定均载性能试验方法流程图，本发明还提出的一种利用该实验装置测定功率分流齿轮系统均载性能的方法，包括如下步骤：

步骤一：搭建试验台。将所述加载梁(2)通过其中部的轴孔与待测功率分流齿轮系统试验箱(1)的功率输入轴(1a)相连接；将所述水平指示器(4)安装于加载梁(2)上；将所述待测功率分流齿轮系统试验箱(1)的功率输出轴(1a)与加载器(3)相连接；所述电阻应变仪(5)的应变片按照测量扭矩式方法搭建惠斯通电桥，并且应变片分别贴在所述两个双联齿轮轴(1d)的扭转轴段的外表面远离键槽处。

任意指定某一旋转方向为顺时针方向，通过顺时针与逆时针循环逐步加载砝码(8)，确定支路A的摩擦系数，具体过程为：

1.1只安装待测功率分流齿轮系统试验箱(1)的支路A，使整个试验箱只有一个支路受载；

1.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各加一个砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

1.3顺时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε_A；

1.4逆时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε′_A；

1.5记录一组应变值(ε_A,ε′_A)，若记录的应变值达到五组及以上，转步骤一.6，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤一.3；

1.6根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时输出应变大小ε_A与输入扭矩大小T_in的直线方程ε_A＝a_A·T_in+b_A和逆时针加载时输出应变大小ε′_A与输入扭矩大小T_in的直线方程ε′_A＝a′_A·T_in+b′_A，上述两式中a_A,b_A,a′_A,b′_A表示方程的拟合参数；

1.7根据1.6中拟合出的两个直线方程的参数，计算出支路A的摩擦系数为 $f_A=\frac{(a_A+a_A^{\′})/2}{a_A};$

步骤二：利用步骤一计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响，标定支路A上输出应变ε与双联齿轮轴(1d)实际传递扭矩T_A的关系，其具体过程为：

2.1在支路A的双联齿轮轴(1d)的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同位置P_A1,P_A2,P_A3,P_A4贴上应变片，所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上；

2.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

2.3顺时针旋转加载梁(2)任意周，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量并记录输出的四个位置上的一组应变值ε_A1,ε_A2,ε_A3,ε_A4，并计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_A=({\mathrm{\ϵ}}_{A1}+{\mathrm{\ϵ}}_{A2}+{\mathrm{\ϵ}}_{A3}+{\mathrm{\ϵ}}_{A4})/4;$

2.4当步骤二.3中记录的应变值达到八组及以上，转步骤二.5，否则，在加载梁的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤二.3；

2.5根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值与输入扭矩大小T_in的直线方程式中a_A,b_A表示方程的拟合参数；

2.6利用步骤一中计算出的支路A的摩擦系数f_A修正上述方程，则输出应变大小ε_A与双联齿轮轴(1d)实际传递扭矩大小T_A的标定方程为ε_A＝f_A·a_A·T_A+b_A；

步骤三：通过顺时针与逆时针循环逐级加载，确定支路B的摩擦系数，具体过程为：

3.1卸掉功率分流齿轮系统试验箱(1)的支路A，只安装支路B，使整个功率分流齿轮系统试验箱(1)只有一个支路受载；

3.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

3.3顺时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε_B；

3.4逆时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε′_B；

3.5记录一组应变值(ε_B,ε′_B)，若记录的应变值达到五组及以上，转步骤三.6，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤三.3；

3.6根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时输出应变大小ε_B与输入扭矩大小T_in的直线方程ε_B＝a_B·T_in+b_B，和逆时针加载时输出应变大小ε′_B与输入扭矩大小T_in的直线方程ε′_B＝a′_B·T_in+b′_B，上述两式中a_B,b_B,a′_B,b′_B表示方程的拟合参数；

3.7根据3.6中拟合出的两个直线方程的参数，计算出支路B的摩擦系数为 $f_B=\frac{(a_B+a_B^{\′})/2}{a_B};$

步骤四：利用计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响，标定支路B上输出应变ε与双联齿轮轴(1d)实际传递扭矩T_B的关系，其具体过程为：

4.1在支路B的双联齿轮轴(1d)的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同位置P_B1,P_B2,P_B3,P_B4贴上应变片，所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上；

4.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，以保证对系统施加纯扭矩，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

4.3顺时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量并记录输出的四个位置上的应变值ε_B1,ε_B2,ε_B3,ε_B4，并计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_B=({\mathrm{\ϵ}}_{B1}+{\mathrm{\ϵ}}_{B2}+{\mathrm{\ϵ}}_{B3}+{\mathrm{\ϵ}}_{B4})/4;$

4.4若记录的应变值达到八组及以上，转步骤四.5，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤四.3；

4.5根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值与输入扭矩大小T_in的直线方程

4.6利用步骤四中计算出的支路B的摩擦系数f_B修正上述方程，则输出应变大小ε_B与双联齿轮轴实际传递扭矩大小T_B的标定方程为ε_B＝f_B·a_B·T_B+b_B。

步骤五：测定在不同的砝码重量折算出的不同输入扭矩下功率分流齿轮系统的均载特性，其具体过程为：

5.1同时安装功率分流齿轮系的支路A和支路B，使整个试验箱有两个支路同时受载；

5.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，以保证对系统施加纯扭矩，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

5.3顺时针旋转加载梁若干周，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)分别测量并记录支路A输出的四个位置P_A1,P_A2,P_A3,P_A4上的一组应变值ε′_A1,ε′_A2,ε′_A3,ε′_A4，以及支路B输出的四个位置P_B1,P_B2,P_B3,P_B4上的一组应变值ε′_B1,ε′_B2,ε′_B3,ε′_B4，并分别计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_B=({\mathrm{\ϵ}}_{B1}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B2}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B3}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B4}^{\′})/4;$

5.4记录一组应变值若记录的应变值达到八组及以上，转步骤五.5，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤五.3；

5.5将支路A和B的应变均值和代入到标定方程ε_A＝f_A·a_A·T_A+b_A和ε_B＝f_B·a_B·T_B+b_B,分别计算出在不同输入扭矩T_in下，支路A和支路B上双联齿轮轴(1d)实际传递的扭矩大小和

5.6计算在不同输入扭矩T_in下的均载系数根据最小二乘原理拟合出均载系数k_s与输入扭矩T_in的直线方程k_s＝a·T_in+b，式中a,b为拟合参数，即得到了该功率分流齿轮系统的均载特性方程，描述了均载系数k_s与输入扭矩T_in的关系。

Claims (2)

1.一种测定功率分流齿轮系统均载性能的实验装置，包括待测功率分流齿轮系统的试验箱(1)、一根加载梁(2)、一个加载器(3)、一个水平指示器(4)、至少两台电阻应变仪(5)、一套滑轮系统、两个轻质砝码盘(7)和至少20个等质量的砝码(8)，其特征在于：

所述试验箱(1)包括功率输入轴(1a)、输入级小齿轮(1b)、两个输入级大齿轮(1c)、两个双联齿轮轴(1d)、两个输出级小齿轮(1e)、输出级大齿轮(1f)和功率输出轴(1g)，所述试验箱(1)中的齿轮和轴组成一个齿轮系统，所述齿轮系统分成A、B两个支路，每个支路上分别有一根双联齿轮轴(1d)连接一个输入级大齿轮(1c)和一个输出级小齿轮(1e)，所述输入级大齿轮(1c)和输出级小齿轮(1e)与双联齿轮轴(1d)的连接方式均为键连接；所述输入级小齿轮(1b)通过键连接安装在功率输入轴(1a)上，且与两个输入级大齿轮(1c)分别相啮合；所述两个输出级小齿轮(1e)分别与输出级大齿轮(1f)相啮合；所述输出级大齿轮(1f)安装在功率输出轴上(1g)；

所述试验箱的功率输出轴(1g)与加载器(3)通过键连接相连；

所述加载梁(2)的中部有轴孔和键槽，与所述试验箱(1)中的功率输入轴(1a)通过键连接相连；加载梁(2)的左右两端分别任意选取一个悬挂点，且两个悬挂点关于梁的中部轴对称；所述加载梁(2)上布置有一个水平指示器(4)，所述水平指示器(4)通过螺栓连接固定在所述加载梁(2)上；

所述滑轮系统至少包括一个定滑轮和两根细绳，其中一根细绳经过定滑轮换向，且细绳两端分别连接加载梁(2)的接近滑轮端的悬挂点和一个砝码盘(7)；另一根细绳两端分别连接加载梁(2)的远离滑轮端的悬挂点和另一个砝码盘(7)，所述砝码(8)放在砝码盘(7)中；

所述电阻应变仪(5)的应变片按照测量扭矩式方法搭建惠斯通电桥，并且应变片分别贴在所述两个双联齿轮轴的扭转轴段的外表面远离键槽处。

2.一种利用权利要求1所述装置测定功率分流齿轮系统均载性能的方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：任意指定某一旋转方向为顺时针方向，通过顺时针与逆时针循环逐步加载砝码(8)，确定支路A的摩擦系数，具体过程为：

1.1只安装功率分流齿轮系统的支路A，使整个试验箱(1)只有一个支路受载；

1.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各加一个砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

1.3顺时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε_A；

1.4逆时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε′_A；

1.5记录一组应变值(ε_A,ε′_A)，若记录的应变值达到五组及以上，转步骤一.6，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤一.3；

1.6根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时输出应变大小ε_A与输入扭矩大小T_in的直线方程ε_A＝a_A·T_in+b_A和逆时针加载时输出应变大小ε′_A与输入扭矩大小T_in的直线方程ε′_A＝a′_A·T_in+b′_A，上述两式中a_A,b_A,a′_A,b′_A表示方程的拟合参数；

1.7根据1.6中拟合出的两个直线方程的参数，计算出支路A的摩擦系数为 $f_A=\frac{(a_A+a_A^{\′})/2}{a_A};$

步骤二：利用步骤一计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响，标定支路A上输出应变ε与双联齿轮轴实际传递扭矩T_A的关系，其具体过程为：

2.1在支路A的双联齿轮轴(1d)的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同位置P_A1,P_A2,P_A3,P_A4贴上应变片，所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上；

2.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同,根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

2.3顺时针旋转加载梁(2)任意周，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量并记录输出的四个位置上的一组应变值ε_A1,ε_A2,ε_A3,ε_A4，并计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_A=({\mathrm{\ϵ}}_{A1}+{\mathrm{\ϵ}}_{A2}+{\mathrm{\ϵ}}_{A3}+{\mathrm{\ϵ}}_{A4})/4;$

2.4当步骤二.3中记录的应变值达到八组及以上，转步骤二.5，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤二.3；

2.5根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值与输入扭矩大小T_in的直线方程式中a_A,b_A表示方程的拟合参数；

2.6利用步骤一中计算出的支路A的摩擦系数f_A修正上述方程，则输出应变大小ε_A与双联齿轮轴实际传递扭矩大小T_A的标定方程为ε_A＝f_A·a_A·T_A+b_A；

步骤三：通过顺时针与逆时针循环逐级加载，确定支路B的摩擦系数，具体过程为：

3.1卸掉功率分流齿轮系统的支路A，只安装支路B，使整个试验箱(1)只有一个支路受载；

3.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同,根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

3.3顺时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε_B；

3.4逆时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量输出应变值ε′_B；

3.5记录一组应变值(ε_B,ε′_B)，若记录的应变值达到五组及以上，转步骤三.6，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤三.3；

3.6根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时输出应变大小ε_B与输入扭矩大小T_in的直线方程ε_B＝a_B·T_in+b_B，和逆时针加载时输出应变大小ε′_B与输入扭矩大小T_in的直线方程ε′_B＝a′_B·T_in+b′_B，上述两式中a_B,b_B,a′_B,b′_B表示方程的拟合参数；

3.7根据3.6中拟合出的两个直线方程的参数，计算出支路B的摩擦系数为 $f_B=\frac{(a_B+a_B^{\′})/2}{a_B};$

步骤四：利用计算出的摩擦系数消除摩擦力矩的影响，标定支路B上输出应变ε与双联齿轮轴(1d)实际传递扭矩T_B的关系，其具体过程为：

4.1在支路B的双联齿轮轴(1d)的扭转轴段外表面的圆周方向每隔90°共四处不同位置P_B1,P_B2,P_B3,P_B4贴上应变片，所述四处不同位置不要求在轴的同一横截面上；

4.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，以保证对系统施加纯扭矩，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

4.3顺时针旋转加载梁(2)，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)测量并记录输出的四个位置上的应变值ε_B1,ε_B2,ε_B3,ε_B4，并计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_B=({\mathrm{\ϵ}}_{B1}+{\mathrm{\ϵ}}_{B2}+{\mathrm{\ϵ}}_{B3}+{\mathrm{\ϵ}}_{B4})/4;$

4.4若记录的应变值达到八组及以上，转步骤四.5，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤四.3；

4.5根据最小二乘原理，拟合出顺时针加载时四个输出应变大小的均值与输入扭矩大小T_in的直线方程

4.6利用步骤四中计算出的支路B的摩擦系数f_B修正上述方程，则输出应变大小ε_B与双联齿轮轴(1d)实际传递扭矩大小T_B的标定方程为ε_B＝f_B·a_B·T_B+b_B；

步骤五：测定在不同的砝码(8)重量折算出的不同输入扭矩下功率分流齿轮系统的均载特性，其具体过程为：

5.1同时安装功率分流齿轮系的支路A和支路B，使整个试验箱(1)有两个支路同时受载；

5.2在加载梁(2)的两端砝码盘(7)加相同质量的砝码(8)，使得两端的载荷保持相同，以保证对系统施加纯扭矩，根据砝码(8)的重量和悬挂点到中心点的力臂大小折算出输入扭矩T_in的大小；

5.3顺时针旋转加载梁(2)若干周，利用水平指示器(4)确认加载梁(2)处在水平位置，通过应变仪(5)分别测量并记录支路A输出的四个位置P_A1,P_A2,P_A3,P_A4上的一组应变值ε′_A1,ε′_A2,ε′_A3,ε′_A4，以及支路B输出的四个位置P_B1,P_B2,P_B3,P_B4上的一组应变值ε′_B1,ε′_B2,ε′_B3,ε′_B4，并分别计算其均值 ${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ϵ}}}_B=({\mathrm{\ϵ}}_{B1}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B2}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B3}^{\′}+{\mathrm{\ϵ}}_{B4}^{\′})/4;$

5.4记录一组应变值若记录的应变值达到八组及以上，转步骤五.5，否则，在加载梁(2)的两端砝码盘(7)各增加一个砝码(8)，返回步骤五.3；

5.5将支路A和B的应变均值和代入到标定方程ε_A＝f_A·a_A·T_A+b_A和ε_B＝f_B·a_B·T_B+b_B,分别计算出在不同输入扭矩T_in下，支路A和支路B上双联齿轮轴(1d)实际传递的扭矩大小和

5.6计算在不同输入扭矩T_in下的均载系数根据最小二乘原理拟合出均载系数k_s与输入扭矩T_in的直线方程k_s＝a·T_in+b，式中a,b为拟合参数，即得到了该功率分流齿轮系统的均载特性方程，描述了均载系数k_s与输入扭矩T_in的关系。