CN107631872A - 一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，所述功率封闭斜齿轮试验台包括1个受试齿轮箱，1个陪试齿轮箱，二者完全相同，1个测量输入转速的转速编码器，1个测量输入转矩的转矩编码器，1个测量输出转速的转速编码器，1个测量输出转矩的转矩编码器，1个加载器，1台交流电机，2对完全相同的输入端轴承，2对完全相同的输出端轴承。包括如下步骤：根据已知量，计算空载条件下齿轮传动效率、计算载荷条件下齿轮传动效率、计算载荷条件下总功率、计算输入端轴承的径向载荷、计算输出端轴承的径向载荷、计算轴承摩擦损失、计算齿轮啮合效率。本发明利用测量结果，解决了功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的计算问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮啮合效率的计算方法，尤其是涉及一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法。
背景技术
齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构。齿轮啮合效率是齿轮传动效率重要的组成部分，齿轮啮合效率的高低直接关系到装置性能和能源消耗。高啮合效率齿轮设计已经成为重要的发展方向。
试验是对理论进行验证的有效手段。功率封闭斜齿轮试验台的测量结果无法直接获得齿轮啮合效率。目前，国内外尚缺乏一种有效利用功率封闭斜齿轮试验台的测量结果来计算齿轮啮合效率的方法，这就限制了对齿轮啮合效率理论计算方法的验证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，该方法能够有效地利用测量结果，完成功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的计算。
本发明的技术解决方案是：一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，所述功率封闭斜齿轮试验台包括1个受试齿轮箱，1个陪试齿轮箱，受试齿轮箱和陪试齿轮箱的规格、型号、制造工艺和水平完全相同，1个测量输入转速的转速编码器，1个测量输入转矩的转矩编码器，1个测量输出转速的转速编码器，1个测量输出转矩的转矩编码器，1个加载器，1台交流电机，2对输入端轴承，2对输入端轴承的规格、型号、制造工艺和水平完全相同，2对输出端轴承，2对输出端轴承的规格、型号、制造工艺和水平完全相同，其特征在于步骤如下：
步骤1：已知受试齿轮箱主动齿轮齿数Z1、受试齿轮箱从动齿轮齿数Z2、受试齿轮箱主动齿轮法面模数mn、受试齿轮箱主动齿轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动齿轮螺旋角β、空载条件下测量输入转速的转速编码器测得的输入转速n11、空载条件下测量输入转矩的转矩编码器测得的输入转矩T11、空载条件下测量输出转速的转速编码器测得的输出转速n12、空载条件下测量输出转矩的转矩编码器测得的输出转矩T12、载荷条件下测量输入转速的转速编码器测得的输入转速n21、载荷条件下测量输入转矩的转矩编码器测得的输入转矩T21、载荷条件下测量输出转速的转速编码器测得的输出转速n22、载荷条件下测量输出转矩的转矩编码器测得的输出转矩T22、输入端轴承摩擦系数μb1、输入端轴承的内径dbore1、输出端轴承摩擦系数μb2、输出端轴承的内径dbore2；
步骤2：使用步骤1中的空载条件下输入扭矩T11、空载条件下输入转速n11、空载条件下输出扭矩T12、空载条件下输出转速n12，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式，计算得到空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηs；
步骤3：使用步骤1中的载荷条件下输入扭矩T21、载荷条件下输入转速n21、载荷条件下输出扭矩T22、载荷条件下输出转速n22，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式，计算得到载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηT；
步骤4：使用步骤1中的载荷条件下输出扭矩T22、载荷条件下输出转速n22和步骤3中计算的载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηT，通过载荷条件下总功率计算公式，计算得到载荷条件下总功率Pc；
步骤5：使用步骤1中的载荷条件下输入扭矩T21、受试齿轮箱主动轮齿数Z1、受试齿轮箱主动轮法面模数mn、受试齿轮箱主动轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动轮螺旋角β，通过轴承径向力计算公式，计算得到输入端轴承的径向载荷Wb1；
步骤6：使用步骤1中的载荷条件下输出扭矩T22、受试齿轮箱从动轮齿数Z2、受试齿轮箱主动轮法面模数mn、受试齿轮箱主动轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动轮螺旋角β，通过轴承径向力计算公式，计算得到输出端轴承的径向载荷Wb2；
步骤7：使用步骤1中的载荷条件下输入转速n21、载荷条件下输出转速n22、输入端轴承摩擦系数μb1、输入端轴承的内径dbore1、输出端轴承摩擦系数μb2、输出端轴承的内径dbore2、步骤5中计算的输入端轴承的径向载荷Wb1和步骤6中计算的输出端轴承的径向载荷Wb2，通过轴承摩擦损失计算公式，计算得到轴承摩擦损失PB；
步骤8：使用步骤2中计算的空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηs、步骤3中计算的载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηT、步骤4中计算的载荷条件下总功率Pc和步骤7中计算的轴承摩擦损失PB，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率计算公式，计算得到功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率ηW。
所述步骤2和步骤3中的功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式为：
式中，η为功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率，T1为输入扭矩，n1输入转速，T2为输出扭矩，n2为输出转速。
所述步骤4中的载荷条件下总功率计算公式为：
式中，PC为载荷条件下总功率，T2为输出扭矩，n2为输出转速，ηT为载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率。
所述步骤5和步骤6中的轴承径向力计算公式为：
式中，Wb为轴承径向力，T为齿轮所受扭矩，d为齿轮分度圆直径，αn为齿轮法面压力角，β为齿轮螺旋角。
所述步骤7中的轴承摩擦损失计算公式为：
式中，PB为轴承摩擦损失，μb1为输入端轴承摩擦系数，Wb1为输入端轴承的径向载荷，dbore1为输入端轴承的内径，n1为输入端转速，μb2为输出端轴承摩擦系数，Wb2为输出端轴承的径向载荷，dbore2为输出端轴承的内径，n2为输出端转速。
所述步骤8中的功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率计算公式为：
式中，ηM为功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率，ηT为载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率，ηS为空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率，PB为轴承摩擦损失，PC为载荷条件下总功率。
本发明的有益效果在于：功率封闭斜齿轮试验台的测量结果无法直接获得齿轮啮合效率，目前尚缺乏一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法。本发明根据功率封闭斜齿轮试验台测量的结果和齿轮参数，计算空载条件下齿轮传动效率、计算载荷条件下齿轮传动效率、计算载荷条件下总功率、计算输入端轴承的径向载荷、计算输出端轴承的径向载荷、计算轴承摩擦损失、计算齿轮啮合效率。
本发明能够有效地利用测量结果，完成功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的计算。本发明简便可行，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为功率封闭斜齿轮试验台原理图；
其中，1、交流电机，2、测量输入转速的转速编码器，3、测量输入转矩的转矩编码器，4、第一输入端轴承，5、陪试齿轮箱主动齿轮，6、第二输入端轴承，7、加载器，8、第三输入端轴承，9、受试齿轮箱主动齿轮，10、第四输入端轴承，11、第一输出端轴承，12、受试齿轮箱从动齿轮，13、受试齿轮箱，14、第二输出端轴承，15、测量输出转矩的转矩编码器，16、测量输出转速的转速编码器，17、第三输出端轴承，18、陪试齿轮箱从动齿轮，19、陪试齿轮箱，20、第四输出端轴承。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法的流程图。如图2所示为功率封闭斜齿轮试验台原理图。
本发明一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，它包括下列步骤：步骤1：受试齿轮箱主动齿轮齿数Z1、受试齿轮箱从动齿轮齿数Z2、受试齿轮箱主动齿轮法面模数mn、受试齿轮箱主动齿轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动齿轮螺旋角β如表1所示；空载条件下测量输入转速的转速编码器测得的输入转速n11、空载条件下测量输入转矩的转矩编码器测得的输入转矩T11、空载条件下测量输出转速的转速编码器测得的输出转速n12、空载条件下测量输出转矩的转矩编码器测得的输出转矩T12如表2所示；载荷条件下测量输入转速的转速编码器测得的输入转速n21、载荷条件下测量输入转矩的转矩编码器测得的输入转矩T21、载荷条件下测量输出转速的转速编码器测得的输出转速n22、载荷条件下测量输出转矩的转矩编码器测得的输出转矩T22如表3所示；输入端轴承摩擦系数μb1、输入端轴承的内径dbore1、输出端轴承摩擦系数μb2、输出端轴承的内径dbore2如表4所示。
表1
表2
表3
表4
步骤2：使用步骤1中的空载条件下输入扭矩T11、空载条件下输入转速n11、空载条件下输出扭矩T12、空载条件下输出转速n12，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式，计算得到空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηs。
步骤3：使用步骤1中的载荷条件下输入扭矩T21、载荷条件下输入转速n21、载荷条件下输出扭矩T22、载荷条件下输出转速n22，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式，计算得到载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηT。
步骤4：使用步骤1中的载荷条件下输出扭矩T22、载荷条件下输出转速n22和步骤3中计算的载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηT，通过载荷条件下总功率计算公式，计算得到载荷条件下总功率Pc。
步骤5：使用步骤1中的载荷条件下输入扭矩T21、受试齿轮箱主动轮齿数Z1、受试齿轮箱主动轮法面模数mn、受试齿轮箱主动轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动轮螺旋角β，通过轴承径向力计算公式，计算得到输入端轴承的径向载荷Wb1。
步骤6：使用步骤1中的载荷条件下输出扭矩T22、受试齿轮箱从动轮齿数Z2、受试齿轮箱主动轮法面模数mn、受试齿轮箱主动轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动轮螺旋角β，通过轴承径向力计算公式，计算得到输出端轴承的径向载荷Wb2。
步骤7：使用步骤1中的载荷条件下输入转速n21、载荷条件下输出转速n22、输入端轴承摩擦系数μb1、输入端轴承的内径dbore1、输出端轴承摩擦系数μb2、输出端轴承的内径dbore2、步骤5中计算的输入端轴承的径向载荷Wb1和步骤6中计算的输出端轴承的径向载荷Wb2，通过轴承摩擦损失计算公式，计算得到轴承摩擦损失PB。
步骤8：使用步骤2中计算的空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηs、步骤3中计算的载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηT、步骤4中计算的载荷条件下总功率Pc和步骤7中计算的轴承摩擦损失PB，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率计算公式，计算得到功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率ηW。
空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηS、载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率ηT、载荷条件下总功率PC、输入端轴承的径向载荷Wb1、输出端轴承的径向载荷Wb2、轴承摩擦损失PB、功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率ηM的结果如表5所示。
表5
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，所述功率封闭斜齿轮试验台包括1个受试齿轮箱，1个陪试齿轮箱，受试齿轮箱和陪试齿轮箱的规格、型号、制造工艺和水平完全相同，1个测量输入转速的转速编码器，1个测量输入转矩的转矩编码器，1个测量输出转速的转速编码器，1个测量输出转矩的转矩编码器，1个加载器，1台交流电机，2对输入端轴承，2对输入端轴承的规格、型号、制造工艺和水平完全相同，2对输出端轴承，2对输出端轴承的规格、型号、制造工艺和水平完全相同，其特征在于步骤如下：
步骤1：已知受试齿轮箱主动齿轮齿数 Z 1、受试齿轮箱从动齿轮齿数Z 2、受试齿轮箱主动齿轮法面模数m n、受试齿轮箱主动齿轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动齿轮螺旋角β、空载条件下测量输入转速的转速编码器测得的输入转速n 11、空载条件下测量输入转矩的转矩编码器测得的输入转矩T 11、空载条件下测量输出转速的转速编码器测得的输出转速n 12、空载条件下测量输出转矩的转矩编码器测得的输出转矩T 12、载荷条件下测量输入转速的转速编码器测得的输入转速n 21、载荷条件下测量输入转矩的转矩编码器测得的输入转矩T 21、载荷条件下测量输出转速的转速编码器测得的输出转速n 22、载荷条件下测量输出转矩的转矩编码器测得的输出转矩T 22、输入端轴承摩擦系数μ b1、输入端轴承的内径d bore1、输出端轴承摩擦系数μ b2、输出端轴承的内径d bore2；
步骤2：使用步骤1中的空载条件下输入扭矩T 11、空载条件下输入转速n 11、空载条件下输出扭矩T 12、空载条件下输出转速n 12，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式，计算得到空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率η s；
步骤3：使用步骤1中的载荷条件下输入扭矩T 21、载荷条件下输入转速n 21、载荷条件下输出扭矩T 22、载荷条件下输出转速n 22，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式，计算得到载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率η T；
步骤4：使用步骤1中的载荷条件下输出扭矩T 22、载荷条件下输出转速n 22和步骤3中计算的载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率η T，通过载荷条件下总功率计算公式，计算得到载荷条件下总功率P c；
步骤5：使用步骤1中的载荷条件下输入扭矩T 21、受试齿轮箱主动轮齿数Z 1、受试齿轮箱主动轮法面模数m n、受试齿轮箱主动轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动轮螺旋角β，通过轴承径向力计算公式，计算得到输入端轴承的径向载荷W b1；
步骤6：使用步骤1中的载荷条件下输出扭矩T 22、受试齿轮箱从动轮齿数Z 2、受试齿轮箱主动轮法面模数m n、受试齿轮箱主动轮法面压力角αn、受试齿轮箱主动轮螺旋角β，通过轴承径向力计算公式，计算得到输出端轴承的径向载荷W b2；
步骤7：使用步骤1中的载荷条件下输入转速n 21、载荷条件下输出转速n 22、输入端轴承摩擦系数μ b1、输入端轴承的内径d bore1、输出端轴承摩擦系数μ b2、输出端轴承的内径d bore2、步骤5中计算的输入端轴承的径向载荷W b1和步骤6中计算的输出端轴承的径向载荷W b2，通过轴承摩擦损失计算公式，计算得到轴承摩擦损失P B；
步骤8：使用步骤2中计算的空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率η s、步骤3中计算的载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率η T、步骤4中计算的载荷条件下总功率P c和步骤7中计算的轴承摩擦损失P B，通过功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率计算公式，计算得到功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率η W。
2.根据权利要求1所述的一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，其特征在于：所述步骤2和步骤3中的功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率计算公式为：
说明: 说明: 说明: 说明: 说明: 说明: F:\cpc\cases\inventions\0609133c-430b-4b45-8b3e-1a80c422cd46\new\100001\dest_path_image089.jpg
式中，η为功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率，T 1为输入扭矩，n 1输入转速，T 2为输出扭矩，n 2为输出转速。
3.根据权利要求1所述的一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，其特征在于：所述步骤4中的载荷条件下总功率计算公式为：
说明: 说明: 说明: 说明: 说明: 说明: F:\cpc\cases\inventions\0609133c-430b-4b45-8b3e-1a80c422cd46\new\100001\dest_path_image100.jpg
式中，P C为载荷条件下总功率，T 2为输出扭矩，n 2为输出转速，η T 为载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率。
4.根据权利要求1所述的一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，其特征在于：所述步骤5和步骤6中的轴承径向力计算公式为：
说明: 说明: 说明: 说明: 说明: 说明: F:\cpc\cases\inventions\0609133c-430b-4b45-8b3e-1a80c422cd46\new\100001\dest_path_image105.jpg
式中，W b为轴承径向力，T为齿轮所受扭矩，d为齿轮分度圆直径，α n为齿轮法面压力角，β为齿轮螺旋角。
5.根据权利要求1所述的一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，其特征在于：所述步骤7中的轴承摩擦损失计算公式为：
说明: 说明: 说明: 说明: 说明: 说明: F:\cpc\cases\inventions\0609133c-430b-4b45-8b3e-1a80c422cd46\new\100001\dest_path_image113.jpg
式中，P B为轴承摩擦损失，μ b1为输入端轴承摩擦系数，W b1为输入端轴承的径向载荷，d bore1为输入端轴承的内径，n 1为输入端转速，μ b2为输出端轴承摩擦系数，W b2为输出端轴承的径向载荷，d bore2为输出端轴承的内径，n 2为输出端转速。
6.根据权利要求1所述的一种用于计算功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率的方法，其特征在于：所述步骤8中的功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率计算公式为：
说明: 说明: 说明: 说明: 说明: 说明: F:\cpc\cases\inventions\0609133c-430b-4b45-8b3e-1a80c422cd46\new\100001\dest_path_image125.jpg
式中，η M为功率封闭斜齿轮试验台中齿轮啮合效率，η T为载荷条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率，η S为空载条件下功率封闭斜齿轮试验台中齿轮传动效率，P B为轴承摩擦损失，P C为载荷条件下总功率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180126 |