CN110220699A - 一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械传动技术领域，具体公开了一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，包括如下步骤：步骤一：行星轮系固定；步骤二：应变片粘贴；将至少一组应变片粘贴在行星架上，每组应变片的数量与行星轮的数量相等，每组应变片关于行星轮系的太阳轮的周向均布；步骤三：施加载荷；将行星轮系的输入元件通过加载机构输入扭矩，将行星轮系的输出元件连接负载机构。本方案通过在行星架上粘贴应变片，解决了现有技术中缺乏用于测试小模数行星轮系所受载荷情况的方法的问题。

Description

一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，具体是一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法。

背景技术

行星轮系具有结构紧凑、承载能力强、易实现较大传动比等优点，因此广泛应用于汽车、风电、机器人等领域。

行星轮系的均载情况对于整个行星轮系的性能、寿命和可靠性至关重要，在行星轮系产品制造出成品后需要对行星轮系的均载情况进行测试，以了解载荷在各行星轮间的分配情况，常规的测试行星轮系均载系数的方法主要是在旋转的轮齿的齿根处粘贴应变片，通过引电器或收发报器发出信号来测量行星轮系每个行星轮的载荷大小，评定载荷的均匀程度，这种方法虽然比较直观，但对于一般采用小模数齿轮的汽车液力自动变速器的行星齿轮而言，轮齿的齿面高度与齿根空间狭小，无法在轮齿的齿面或齿根布置应变片等测试设备。

现有研究表明，将应变片的位置选择在静止的构件上，并对静止的构件做一定的力学分析，寻找到测试点，依然可以间接地测试出各行星轮的载荷相对均匀情况，也就可以测试出整个行星轮系的均载系数(南京航空航天大学袁擎宇发表的论文《星型齿轮传动系统均载分析方法的研究》以及《东北重型机械学院学报》于1992年04期发表的《行星齿轮机构均载系数的计算方法》均有记载)，但现有技术中缺乏具体的采用这种方式测试行星轮系均载情况的方法。

发明内容

本发明旨在提供一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，以解决现有技术中缺乏用于测试小模数行星轮系所受载荷情况的方法的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：

一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：行星轮系固定；将行星轮系的行星架固定安装在测试装置上；

步骤二：应变片粘贴；将至少一组应变片粘贴在行星架上，每组应变片的数量与行星轮的数量相等，每组应变片关于行星轮系的太阳轮的周向均布；

步骤三：施加载荷；将行星轮系的输入元件通过加载机构输入扭矩，将行星轮系的输出元件连接负载机构。

相比于现有技术的有益效果：

采用该方法测试行星轮系的均载系数时，因每组应变片的数量与行星轮系的行星轮的数量相等，且每组应变片沿太阳轮周向均布，使得同一组内的各应变片粘贴位置与相邻行星轮的相对位置均相同，保证了同组应变片内每个应变片所测量数据具有可比性，进而通过应变片测量的应变来计算出粘贴位置的主应力；再根据同组应变片粘贴位置得到的主应力最大值与平均值的比值，即为采用该组应变片测量所得到的行星轮系的均载系数，对比不同组应变片测量得到的均载系数，数值最大的均载系数也即为被测试行星轮系的均载系数。

本方案通过黏贴至少一组应变片，来间接测试行星轮系的均载系数，方法操作简单，易于推广。

本方案将应变片贴在行星架上，行星架表面光滑平整、且平面面积相对轮齿的齿根大很多，解决了无法在小模数行星轮系的轮齿上粘贴应变片的问题。

本方案行星架能直接展现在测试人员面前，便于测试人员直观观察行星轮系在受到载荷后的情况，便于监测测试过程。

本方案中的行星架被固定，粘贴应变片的行星轮架不会转动，相比于现有技术中应变片粘贴在齿根上的情况，避免了应变片随轮齿一起转动而使得应变片连接的导线发生缠绕的情况。

进一步，在步骤三后还包括步骤四：载荷的卸载，载荷卸载时，停止加载机构对行星轮系输入元件扭矩的输入。

有益效果：在测试完成后，及时对载荷进行卸载，以免长期测试对被测行星轮系造成的损害。

进一步，所述步骤三和步骤四至少重复一次。

有益效果：如果后续载荷加载后应变片测试结果与之前的测试结果一致，则表示测试结果有效，对输入扭矩的重复加载和卸载，能检查测试数据的可重复性以及检查测试过程中是否存在“漂移”现象；若是仅采用一次加载载荷来测量均载系数，则可能存在偶然性，造成测量的不准确。

进一步，每组所述应变片的粘贴位置均位于行星轮轴的中轴线所在的圆周上；在行星轮系输入扭矩后，行星架的行星轮轴具有带动行星架转动的趋势，但因行星架固定，所以行星轮轴所在的圆周位置受力变形最大，将应变片粘贴在该位置上，能使得测试出来的均载系数更准确。

进一步，机架上设有支撑板，支撑板上固定连接有用于固定行星架的行星架固定板；在支撑板上固定有行星架固定板，使得当其中一个零件受到损坏时，只需要更换损坏的零件即可，降低了维修成本。

进一步，所述支撑板呈“L”形；使得支撑板与机架的接触面积更大，支撑板的安装更稳定，整个测试装置的强度更高。

进一步，负载机构为输出固定板，输出固定板固定连接在支撑板上；加载机构为加载杆，加载杆转动连接在机架上，加载杆包括相交的连接段和力臂段，连接段用于与行星轮系的输入元件固定连接，力臂段用于给加载杆施加外力。

有益效果：只需要在加载杆的力臂段的自由端加载重量，比如加载砝码，力臂段和砝码共同作用即形成了对太阳轮的扭矩的输入，扭矩的加载简单，且不需要用引电器以及相关控制系统，结构简单，制作成本低。

此外，在加载砝码时，通过改变加载砝码的重量，直接改变扭矩的大小，进而实现不同扭矩下对被测行星轮系均载情况的测试。

进一步，所述负载机构为负载电机，加载机构为加载电机。

有益效果：负载电机作为负载机构处于发电模式，加载电机作为加载机构处于放电模式，采用加载电机作为加载机构，可以通过调节加载电机的转速就可实现对行星轮系输入扭矩的控制，操作简单。

此外，采用加载电机和负载电机，使得整个测试过程模拟行星轮系实际使用时的动态情况，进而使得测试出来的均载系数更加贴合被测行星轮系的实际均载情况。

进一步，所述应变片采用多轴应变花。

进一步，所述多轴应变花为三轴60°应变花；在成本控制的前提下，通过一个应变花就能同时测出三个不同方向的应变，测量更加精准且方便。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构轴测图；

图2为图1中本发明实施例一旋转90°后的结构轴测图；

图3为图1中本发明实施例一的正向剖视图。

图4为本发明实施例一中应变片粘贴位置示意图；

图5为图4中本发明实施例一A处应变片测量所得的应变图；

图6为图4中本发明实施例一B处应变片测量所得的应变图；

图7为图4中本发明实施例一C处应变片测量所得的应变图；

图8为本发明实施例一A、B、C三处应变片的主应力图；

图9为本发明实施例二的正向结构示意图；

图10为图9中本发明实施例二的正向局部剖视图；

图11为图9中本发明实施例二的支撑板安装在机架上的轴测图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：行星架固定板1、被测行星轮系2、支撑座3、加载杆4、机架5、支撑板6、输出固定板7、内齿圈8、行星架9、行星轮轴10、太阳轮11、连接段41、力臂段42、第一连接轴12、第二连接轴13、联轴器14、负载电机15、加载电机16。

实施例一

实施例一基本如附图1至图8所示：

一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：被测行星轮系2固定；将被测行星轮系2的行星架9固定安装在测试装置上，测试装置如图1至图3所示；测试装置包括机架5、加载机构、支撑板6、行星架固定板1、支撑座3和负载机构，机架5、支撑板6、行星架固定板1和支撑座3均采用铁材质，支撑板6和支撑座3均通过螺钉连接在机架5上；加载机构为输出固定板7，输出固定板7用于固定内齿圈8(本实施例内齿圈8作为被测行星轮系2的输出元件)，行星架固定板1能够通过螺钉固定连接在支撑板6的右侧面，输出固定板7能够通过螺钉固定连接在支撑板6的左侧面，支撑板6呈“L”形；输出固定板7与被测行星轮系2的内齿圈8齿形连接(内齿圈8的外圈加工有齿形，输出固定板7上加工有与内齿圈8上的齿形配合的齿槽)；加载机构为加载杆4，加载杆4转动连接在支撑座3上，加载杆4一体成型有相互垂直的连接段41和力臂段42，连接段41的中轴线与被测行星轮系2的中轴线重合，连接段41的左端与太阳轮11的轮轴右端通过花键连接，力臂段42的自由端能够悬挂砝码，通过砝码和力臂段42能够给太阳轮11施加扭矩；通过齿形连接将行星架9固定在行星架固定板1上(连接结构同输出固定板7与内齿圈8的连接方式)。

步骤二：应变片粘贴；被测行星轮系2带有三个行星轮，将一组应变片粘贴在行星架9上，应变片的数量为三个，三个应变片关于行星轮系的太阳轮11的周向均布，三个应变片均粘贴在行星轮轴10的中轴线所在的圆周上(图4中的A、B、C三处)，三个应变片贴在行星架9的行星轮轴10旁边，应变片为三轴60°应变花。

步骤三：施加载荷；将被测行星轮系2的太阳轮11通过加载机构的力臂段42输入扭矩，在力臂段42上加载砝码形成对太阳轮11的扭矩输入，输入扭矩115Nm；内齿圈8固定在输出固定板7上。

步骤四：载荷的卸载；载荷卸载时，停止对行星轮系太阳轮11扭矩的输入，即将砝码从加载杆4的力臂段42取下。

步骤五：重复步骤三和步骤四一次。

步骤六：计算均载系数；根据应变片显示的应变来计算每个应变片粘贴位置所受的主应力。

因应变片采用的是三轴60°应变花，因而每个应变片粘贴位置的主应力的计算公式如下：

其中S_n为应变片粘贴位置所受的主应力，E、μ分别为行星架所用材料的弹性模量与泊松比，ε₁、ε₂、ε₃分别为同一应变片上三个轴向的敏感栅所测的应变。

在本实施例中，n为3，三个应变片分别粘贴在图4的A、B、C三处，A处应变片测量所得的应变如图5所示；B处应变片测量所得的应变如图6所示；C处应变片测量所得的应变如图7所示；通过主应力的计算公式得到的A、B、C三处应变片的主应力如图8所示，具体数值为：A处的主应力为2.2Mpa，B处的主应力为12.3Mpa,C处的主应力为9Mpa。

接着通过均载系数公式计算行星轮系的均载系数，均载系数的计算公式如下：

k_r为行星轮系的均载系数；n为应变片总数；S_n为应变片粘贴位置所受的主应力；

(S_n)_max为n个应变片中测量得到的最大主应力。

将本实施例得到的数据,依据均载系数的计算公式得到被测行星轮系2的均载系数如下：

本实施例在加载砝码时，通过改变加载砝码的重量，直接改变扭矩的大小，进而实现不同扭矩下对被测行星轮系2均载情况的测试。

采用该实施例，利用一组应变片来间接测试被测行星轮系2的均载系数，方法操作简单，易于实现；且该过程无需使用其他驱动装置，结构简单，制作成本低。

行星架9被固定，被测行星轮系2不发生宏观运动，避免了应变片在贴好后导线随着行星轮的转动而缠绕的问题。

应变片贴在行星架9上，行星架9表面光滑平整、且平面面积相对轮齿的齿根大很多，解决了无法在小模数行星轮系的轮齿上粘贴应变片的问题。

此外，行星架9能直接展现在测试人员面前，便于测试人员直观观察被测行星轮系2在受到载荷后的情况，便于监测测试过程。

实施例二

实施例二具体如图9至图11所示。

实施例二与实施例一的不同在于所采用的加载机构和负载机构的不同，实施例二中的负载机构为负载电机15，加载机构为加载电机16。

结合图9和图10，负载电机15的输入轴和内齿圈8之间连接有第一连接轴12，第一连接轴12的左端通过联轴器14与负载电机15的输入轴固定连接，第一连接轴12的右端与内齿圈8花键连接，第一连接轴12转动连接在左边的支撑座3上(实施例一中，支撑座3只有一个，实施例二中的支撑座3为两个)。

加载电机16的输出轴和太阳轮11之间连接有第二连接轴13，第二连接轴13的右端通过联轴器14与加载电机16的输出轴固定连接，第二连接轴13的左端与太阳轮11的轮轴花键连接，第二连接轴13转动连接在右边的支撑座3上。

具体实施过程如下：

因加载机构和负载机构的不同，使得在针对小模数行星轮系均载系数的测试方法中，步骤三施加载荷的方式也不同，在本实施例二中，施加载荷的方式为：加载电机16启动后，加载电机16通过第二连接轴13带动太阳轮11转动，给太阳轮11输入扭矩，而负载电机15相当于行星轮系带动汽车行进时汽车受到的负载(即阻力)，使得整个测试过程模拟行星轮系实际使用时的动态情况，进而使得通过本实施例二的装置测试出来的均载系数更加贴合被测行星轮系2的实际均载情况。

在动态情况下通过应变片获取的应变同样采用实施例一中步骤六的方式进行均载系数的计算，在此不做赘述。

此外，本实施例二采用加载电机16对被测行星轮系2输入扭矩，对输入扭矩的控制精度高，能通过调节加载电机16的转速，实现被测行星轮系2在不同载荷下的均载系数的测试。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：行星轮系固定；将行星轮系的行星架固定安装在测试装置上；

步骤二：应变片粘贴；将至少一组应变片粘贴在行星架上，每组应变片的数量与行星轮的数量相等，每组应变片关于行星轮系的太阳轮的周向均布；

步骤三：施加载荷；将行星轮系的输入元件通过加载机构输入扭矩，将行星轮系的输出元件连接负载机构。

2.根据权利要求1所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，在步骤三后还包括步骤四：载荷的卸载，载荷卸载时，停止加载机构对行星轮系输入元件扭矩的输入。

3.根据权利要求2所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，所述步骤三和步骤四至少重复一次。

4.根据权利要求1所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，每组所述应变片的粘贴位置均位于行星轮轴的中轴线所在的圆周上。

5.根据权利要求4所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，机架上设有支撑板，支撑板上固定连接有用于固定行星架的行星架固定板。

6.根据权利要求5所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，所述支撑板呈“L”形。

7.根据权利要求5所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，负载机构为输出固定板，输出固定板固定连接在支撑板上；加载机构为加载杆，加载杆转动连接在机架上，加载杆包括相交的连接段和力臂段，连接段用于与行星轮系的输入元件固定连接，力臂段用于给加载杆施加外力。

8.根据权利要求5所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，所述负载机构为负载电机，加载机构为加载电机。

9.根据权利要求4所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，所述应变片采用多轴应变花。

10.根据权利要求9所述的针对小模数行星轮系均载系数的测试方法，其特征在于，所述多轴应变花为三轴60°应变花。