CN107036826A - 一种低功耗双联传动轴加载测试机构 - Google Patents

一种低功耗双联传动轴加载测试机构 Download PDF

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Abstract

本发明属于载荷试验装置领域，并公开了一种低功耗双联传动轴加载测试机构，包括机架及左齿轮箱、左驱动电机、上中轴、右齿轮箱、谐波齿轮、右驱动电机和下中轴，左齿轮箱包括左箱体、左上齿轮和左下齿轮，上中轴与左上端架用于固定左双联传动轴；右齿轮箱包括右箱体、右上齿轮和右下齿轮，上中轴与右上端架用于固定右双联传动轴；谐波齿轮包括外刚轮、内柔轮、滚轮和波发生器。本发明通过左驱动电机的转动给双联传动轴加载转速，通过调节右驱动电机的转动给双联传动轴加载扭矩，谐波齿轮降速增扭矩的作用使右驱动电机只需输出较小的扭矩就可能使内柔轮与外钢轮产生比较大的扭矩，从而给双联传动轴加载比较大的扭矩，能有效节约能源。

Description

一种低功耗双联传动轴加载测试机构
技术领域
本发明属于载荷试验装置领域，更具体地，涉及一种低功耗双联传动轴加载测试机构。
背景技术
传动轴是汽车传动系统的主要部件，在汽车行驶过程中起着传递速度和扭矩的作用。相比较与其他普通的传动轴，双联传动轴结构复杂，能传递更高的转速和更大的扭矩。为保证使用安全，在出厂前需要对双联传动轴做转速、扭矩加载测试。现有的测试设备直接只通过一个电机来给双联传动轴同时加载扭矩和转速的载荷，加载功率较大，耗能也较大。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低功耗双联传动轴加载测试机构，该机构让两个驱动电机分别给双联传动轴加载转速和扭矩，在双联传动轴扭矩加载不变的情况下极大降低了电机的扭矩输出，从而极大的降低加载功率，能有效节约能源。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，包括机架及共同安装在所述机架上的左齿轮箱、左驱动电机、上中轴、右齿轮箱、谐波齿轮、右驱动电机和下中轴，其中，
所述左齿轮箱包括左箱体、左上齿轮和左下齿轮，所述左上齿轮和左下齿轮均设置在所述左箱体内并且两者相互啮合，所述左上齿轮通过所述左驱动电机驱动旋转，所述左上齿轮固定连接有左上端架；
所述上中轴可转动安装在所述机架上并且其位于所述左上端架的右方，所述上中轴与所述左上端架之间预留有用于容纳左双联传动轴的空间并且两者用于共同配合固定所述左双联传动轴；
所述右齿轮箱包括右箱体、右上齿轮和右下齿轮，所述右上齿轮和右下齿轮均设置在所述右箱体内并且两者相互啮合，所述右上齿轮上固定连接有右上端架，所述右上端架位于所述上中轴的右方，所述右上端架与所述上中轴之间预留有用于容纳右双联传动轴的空间并且两者用于共同配合固定所述右双联传动轴；
所述谐波齿轮包括外刚轮、内柔轮、滚轮和波发生器，所述外刚轮的内齿与所述内柔轮的外齿啮合，所述滚轮安装在所述波发生器上并且贴着所述内柔轮的内壁，所述外刚轮通过第一连接轴与所述右下齿轮连接,所述内柔轮通过第二连接轴连接有右下端架，并且所述右下端架通过所述下中轴与所述左下齿轮连接,所述波发生器通过所述右驱动电机驱动旋转。
优选地，所述左驱动电机为三相异步电机。
优选地，所述右驱动电机为伺服电机。
优选地，还包括可转动安装在所述机架上的左转台，所述左转台上固定安装所述左箱体。
优选地，所述左转台通过左回转主轴可转动安装在所述机架上，所述机架上还安装有左转台驱动电机，所述左转台驱动电机的驱动轴上安装有左驱动齿轮，所述左转台上设置有与所述左驱动齿轮啮合的左齿圈。
优选地，还包括可转动安装在所述机架上的右转台，所述右转台上固定安装所述右箱体。
优选地，所述右转台通过右回转主轴可转动安装在所述机架上，所述机架上还安装有右转台驱动电机，所述右转台驱动电机的驱动轴上安装有右驱动齿轮，所述右转台上设置有与所述右驱动齿轮啮合的右齿圈。
优选地，通过调节所述左驱动电机和右驱动电机的转速，可使谐波齿轮的外刚轮与内柔轮产生形变进而产生扭矩，从而可将此扭矩传递给所述左双联传动轴和右双联传动轴,进而可对所述左双联传动轴和右双联传动轴均加载扭矩和速度。
优选地，所述左上齿轮和左下齿轮均为斜齿轮。
优选地，所述右上齿轮和右下齿轮均为斜齿轮。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明通过左驱动电机的转动给双联传动轴加载转速，通过右驱动电机与左驱动电机的转速差来给双联传动轴加载扭矩，并通过谐波齿轮的内柔轮来把扭矩传输出去给双联传动轴，这样通过两个电机来分别加载转速和扭矩，而且由于谐波齿轮具有较大的传动比，谐波齿轮降速增扭矩的作用使右驱动电机只需输出较小的扭矩就可能使内柔轮与外钢轮产生比较大的扭矩，从而给双联传动轴加载比较大的扭矩，能有效节约能源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明撤去机架后的结构示意图；
图3是本发明中谐波齿轮的示意图；
图4是本发明中左转台驱动电机驱动左转台工作的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图4，一种低功耗双联传动轴加载测试机构，包括机架24及共同安装在所述机架24上的左齿轮箱2、左驱动电机1、上中轴5、右齿轮箱8、谐波齿轮10、右驱动电机9和下中轴13，其中，
所述左齿轮箱2包括左箱体、左上齿轮和左下齿轮，所述左上齿轮和左下齿轮均设置在所述左箱体内并且两者相互啮合，所述左上齿轮通过所述左驱动电机1驱动旋转，所述左上齿轮固定连接有左上端架3；
所述上中轴5可转动安装在所述机架24上并且其位于所述左上端架3的右方，所述上中轴5与所述左上端架3之间预留有用于容纳左双联传动轴4的空间并且两者用于共同配合固定所述左双联传动轴4；
所述右齿轮箱8包括右箱体、右上齿轮和右下齿轮，所述右上齿轮和右下齿轮均设置在所述右箱体内并且两者相互啮合，所述右上齿轮上固定连接有右上端架7，所述右上端架7位于所述上中轴5的右方，所述右上端架7与所述上中轴5之间预留有用于容纳右双联传动轴6的空间并且两者用于共同配合固定所述右双联传动轴6；
所述谐波齿轮10包括外刚轮16、内柔轮17、滚轮19和波发生器18，所述外刚轮16的内齿与所述内柔轮17的外齿啮合，所述滚轮19安装在所述波发生器18上并且贴着所述内柔轮17的内壁，所述外钢轮16通过第一连接轴与所述右下齿轮连接,从而通过所述右下齿轮带动旋转,所述内柔轮17上通过第二连接轴连接有右下端架11，并且所述右下端架11通过所述下中轴13与所述左下齿轮固定连接,所述波发生器18通过所述右驱动电机9驱动旋转.
进一步，所述左驱动电机1为三相异步电机，所述右驱动电机9为伺服电机。
进一步，还包括可转动安装在所述机架24上的左转台14，所述左转台14上固定安装所述左箱体，所述左转台14通过左回转主轴20可转动安装在所述机架24上，所述机架24上还安装有左转台驱动电机23，所述左转台驱动电机23的驱动轴上安装有左驱动齿轮21，所述左转台14上设置有与所述左驱动齿轮21啮合的左齿圈22。
进一步，还包括可转动安装在所述机架24上的右转台12，所述右转台12上固定安装所述右箱体，所述右转台12通过右回转主轴20可转动安装在所述机架24上，所述机架24上还安装有右转台12驱动电机，所述右转台12驱动电机的驱动轴上安装有右驱动齿轮，所述右转台12上设置有与所述右驱动齿轮啮合的右齿圈22。
进一步，通过调节所述左驱动电机1和右驱动电机9的转速，使内柔轮17相对右下端架11产生扭矩，从而可让扭矩在整个加载测试机构上进行传递,对所述左双联传动轴4和右双联传动轴6均加载扭矩和速度。
进一步，所述左上齿轮和左下齿轮均为斜齿轮，所述右上齿轮和右下齿轮均为斜齿轮，以减小摩擦，节约能源。
在本加载测试机构上安装上左双联传动轴4和右双联传动轴6后，整个结构就组成了一种空间平行四边形闭环传动结构，通过该结构能实现通过两台电机分别给双联传动轴加载转速和扭矩，从而达到大幅降低双联传动轴测试设备功耗的的效果。
通过空间平行四边形闭环传动结构能实现通过左驱动电机1给双联传动轴加载转速，通过右驱动电机9给双联传动轴加载扭矩。通过两个电机分别加载转速和扭矩能大幅降低双联传动轴测试设备的功耗。
本发明的左驱动电机1安装在左齿轮箱2上，并通过该机构给双联传动轴加载速度，左齿轮箱2能将左驱动电机1的转速1:1的传递给左上端架3和左下端架15。同时将右驱动电机9产生的扭矩由左下端架15传递给左上端架3，左上端架3两端分别连接左齿轮箱2与左双联传动轴4，能将左驱动电机1产生的转速和右驱动电机9产生的扭矩由左齿轮箱2传递给左双联传动轴4，能同时给左双联传动轴4和右双联传动轴6加载转速与扭矩。上中轴5两端分别连接左双联传动轴4和右双联传动轴6，能将左驱动电机1产生的转速和右驱动电机9产生的扭矩由左双联传动轴4传递给右双联传动轴6。右上端架7分别连接右双联传动轴6与右齿轮箱8，能将左驱动电机1产生的转速由右双联传动轴6传递给右齿轮箱8。右齿轮箱8分别连接右双联传动轴6，右驱动电机9和谐波齿轮10，能将左驱动电机1产生的转速由右上端架7传递给谐波齿轮10的外刚轮16。右驱动电机9安装在右齿轮箱8上，并通过该机构给双联传动轴加载扭矩。谐波齿轮10分别连接右齿轮箱8与右下端架11，能将右驱动电机9产生的扭矩由内柔轮17传递给右下端架11。右下端架11分别连接谐波齿轮10与下中轴13，能将左驱动电机1产生的转速由下中轴13传递给谐波齿轮10的内柔轮17，能将右驱动电机9产生的扭矩由谐波齿轮10的内柔轮17传递给下中轴13。下中轴13分别连接右下端架11与左下端架15，能将左驱动电机1产生的转速由左下端架15传递给右下端架11，能将右驱动电机9产生的扭矩由右下端架11传递给左下端架15。左下端架15分别连接下中轴13与左齿轮箱2，能将左驱动电机1产生的转速由左齿轮箱2传递给下中轴13，能将右驱动电机9产生的扭矩由下中轴13传递给左齿轮箱2。
如果谐波齿轮10的外刚轮16、内柔轮17的转速均由左驱动电机1按照1:1的比例传递，则两者相对静止。当右驱动电机9提供给波发生器18的转速与左驱动电机1的转速相同时，空间平行四边形机构内加载了转速但是未加载扭矩。当右驱动电机9提供给波发生器18的转速与左驱动电机1的转速不同时，谐波齿轮10中的外刚轮16、内柔轮17产生微小的形变进而产生扭矩。谐波齿轮10具有降速增扭矩的作用，可以将右驱动电机9产生的扭矩按照传动比的倒数倍输出给内柔轮17。
具体测试步骤如下：首先，同步提高左驱动电机1与右驱动电机的转速直至额定工作速度，此时外刚轮16、内柔轮17、波发生器18相对静止，空间平行四边形机构内加载转速，未加载扭矩。然后，降低右驱动电机的转速加载扭矩，该扭矩按照传动比的倒数倍输出给内柔轮17。然后依次通过右下端架11，下中轴13，左下端架15，左齿轮箱2，左上端架3传递给左双联传动轴4，再通过上中轴5传递给右双联传动轴6，因此，可以通过两台驱动电机分别给双联传动轴加载转速与扭矩。扭矩加载后恢复右驱动电机9的转速，使右驱动电机9提供给波发生器18的转速与左驱动电机1的转速相同，从而保持空间平行四边形中已经产生的扭矩，进而给双联传动轴持续加载扭矩与转速。空间平行四边形机构卸载扭矩的过程与加载扭矩的过程相反，卸载速度的过程与加载速度的过程相反。
如图2、3所示，左双联传动轴4与右双联传动轴6在实际使用中两端是成一定角度的，需要在不同角度下对其做加载测试。将左齿轮箱2、右齿轮箱8分别固定在左转台14和右转台12上，通过左转台14、右转台12旋转不同角度来匹配左双联传动轴4与右双联传动轴6的测试角度。在该匹配过程中，外齿轮驱动电机工作，驱动外齿轮旋转，因为该齿轮固定，从而使左转台14绕回转主轴20旋转。最终实现双联传动轴不同工作角度下的加载测试。
现有的只靠一个电机直接给双联传动轴同时加载转速与扭矩方案中，直接通过电机给双联传动轴加载1000牛米的扭矩和1500转/分的载荷，传动效率为98％时的计算加载功率约为160.3千瓦。而本机构在加载时，如果左驱动电机1加载速度为1500转/分，同时克服机构中的摩擦阻力，其理论设计功率约为12千瓦，实际安装使用的电机功率为15千瓦。右驱动电机9加载扭矩约为1000牛米，如果谐波齿轮10采用1:100的传动比，其理论设计功率约为2.5千瓦，实际安装使用的电机功率为3千瓦，改进后总功耗约为18千瓦，则比现有的加载方案功耗约降低90％左右。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，包括机架及共同安装在所述机架上的左齿轮箱、左驱动电机、上中轴、右齿轮箱、谐波齿轮、右驱动电机和下中轴，其中，
所述左齿轮箱包括左箱体、左上齿轮和左下齿轮，所述左上齿轮和左下齿轮均设置在所述左箱体内并且两者相互啮合，所述左上齿轮通过所述左驱动电机驱动旋转，所述左上齿轮固定连接有左上端架；
所述上中轴可转动安装在所述机架上并且其位于所述左上端架的右方，所述上中轴与所述左上端架之间预留有用于容纳左双联传动轴的空间并且两者用于共同配合固定所述左双联传动轴；
所述右齿轮箱包括右箱体、右上齿轮和右下齿轮，所述右上齿轮和右下齿轮均设置在所述右箱体内并且两者相互啮合，所述右上齿轮上固定连接有右上端架，所述右上端架位于所述上中轴的右方，所述右上端架与所述上中轴之间预留有用于容纳右双联传动轴的空间并且两者用于共同配合固定所述右双联传动轴；
所述谐波齿轮包括外刚轮、内柔轮、滚轮和波发生器，所述外刚轮的内齿与所述内柔轮的外齿啮合，所述滚轮安装在所述波发生器上并且贴着所述内柔轮的内壁，所述外刚轮通过第一连接轴与所述右下齿轮连接,所述内柔轮通过第二连接轴连接有右下端架，并且所述右下端架通过所述下中轴与所述左下齿轮连接,所述波发生器通过所述右驱动电机驱动旋转。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，所述左驱动电机为三相异步电机。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，所述右驱动电机为伺服电机。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，还包括可转动安装在所述机架上的左转台，所述左转台上固定安装所述左箱体。
5.根据权利要求4所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，所述左转台通过左回转主轴可转动安装在所述机架上，所述机架上还安装有左转台驱动电机，所述左转台驱动电机的驱动轴上安装有左驱动齿轮，所述左转台上设置有与所述左驱动齿轮啮合的左齿圈。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，还包括可转动安装在所述机架上的右转台，所述右转台上固定安装所述右箱体。
7.根据权利要求6所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，所述右转台通过右回转主轴可转动安装在所述机架上，所述机架上还安装有右转台驱动电机，所述右转台驱动电机的驱动轴上安装有右驱动齿轮，所述右转台上设置有与所述右驱动齿轮啮合的右齿圈。
8.根据权利要求1所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，通过调节所述左驱动电机和右驱动电机的转速，可使谐波齿轮的外刚轮与内柔轮产生形变进而产生扭矩，从而可将此扭矩传递给所述左双联传动轴和右双联传动轴,进而可对所述左双联传动轴和右双联传动轴均加载扭矩和速度。
9.根据权利要求1所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，所述左上齿轮和左下齿轮均为斜齿轮。
10.根据权利要求1所述的一种低功耗双联传动轴加载测试机构，其特征在于，所述右上齿轮和右下齿轮均为斜齿轮。
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