CN111207922B

CN111207922B - 一种大功率高转速行星变速机构试验装置

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Publication number: CN111207922B
Application number: CN202010037530.9A
Authority: CN
Inventors: 李洪武; 许晋; 程燕; 张强; 张玉东; 何融; 李亮
Original assignee: China North Vehicle Research Institute
Current assignee: China North Vehicle Research Institute
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2040-01-14
Also published as: CN111207922A

Abstract

本发明涉及一种大功率高转速行星变速机构试验装置，属于行星变速机构技术领域。针对大功率高转速柱状卧置行星变速机构，本发明提供一种用于多档位全工况磨合、性能测试、操纵件温升和振动响应的试验测试装置，提供行星变速机构精准径向定位、输入输出大跨度同心旋转、静动润滑油液充分供给、主轴轴向间隙可控功能，实现重量大、转速高、转矩大、运转平稳行星变速机构的试验测试。

Description

一种大功率高转速行星变速机构试验装置

技术领域

本发明属于行星变速机构技术领域，具体涉及一种大功率高转速行星变速机构试验装置。

背景技术

大功率高转速行星变速机构是依据车辆需求研发的新型模块化产品，包括输入轴、输出轴、外毂总成、多个行星排、多个操纵件等，通过不同操纵件结合实现不同速比输出。研发的新型行星变速机构，不仅需要进行多档位全工况磨合，而且需要测试其空损性能、加载性能、润滑流量匹配能力、操纵件温升和振动响应等。试验时，行星变速机构转速高、转矩大、运转时间长，因此需要设计一种性能稳定、工作可靠、技术指标高于被试件指标的试验装置，以完成大功率高转速行星变速机构全部试验测试。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种性能稳定、工作可靠、技术指标高于被试件指标的试验装置，以完成大功率高转速行星变速机构全部试验测试。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大功率高转速行星变速机构试验装置，包括：试验箱体3’、支撑盖4’、输出法兰8、输出油封座9、上盖板11、输入法兰12、输入支撑座16；

支撑盖4’通过定位销、连接螺栓3与试验箱体3’连接固定，上盖板11一端通过螺栓与支撑盖4’连接，另一端与试验箱体3’连接固定，输入法兰12通过花键连接行星变速机构2的输入轴1、输出法兰8通过花键连接行星变速机构2的输出主轴4；行星变速机构2通过连接螺栓3与支撑盖4’连接固定后，整体装入试验箱体3’中；输入支撑座16通过轴承支撑输入法兰12，支撑盖4’通过轴承支撑输出法兰8。

优选地，还包括输出端调整垫6、输出盖7、输出套筒10、输入调整垫13、输入盖14、输入套筒15、输入油封座17；输入油封座17用于实现试验装置的输入端密封，输出油封座9用于实现试验装置的输出端密封；输入盖14、输入套筒15和输入调整垫13用于实现输出主轴4右侧限位，输出盖7、输出套筒10和输出端调整垫6用于实现输出主轴4左侧限位。

优选地，在输入支撑座16内，由双轴承形成输入法兰12的径向支撑，双轴承之间距离不小于轴承宽度。

优选地，在支撑盖4’内，由双轴承形成输出法兰8的径向支撑，双轴承之间距离不小于轴承宽度。

优选地，行星变速机构2通过连接螺栓3与支撑盖4’连接固定后。

本发明又提供了一种利用所述的装置实现被试行星变速机构定位的方法，该方法中，以行星变速机构2外毂总成的中间外柱面即F基准、行星变速机构2外毂总成的左侧内柱面即D基准、行星变速机构2的左端面即G基准三者共同作为定位基准，其中，D基准与F基准的同轴度设计为

形成联合基准D-F；G基准作为辅助基准，实现行星变速机构2非旋转件的定位，左端面G对联合基准D-F的垂直度要求为0.02mm，实现行星变速机构2在轴向全长范围的定位；

试验箱体3’上的一

孔作为主基准B对应所述F基准，支撑盖4’上的一

柱轴作为基准A对应所述D基准，形成联合基准A-B，支撑盖4’与行星变速机构2对接的环面，称为H面，作为辅助基准，实现行星变速机构2在试验装置中的支撑定位；其中，将基准A对主基准B的同轴度控制在φ0.02mm以内；将所述H面对联合基准A-B的跳动控制在0.02mm以内，实现对行星变速机构2在轴向全长L范围的控制。

优选地，将输入支撑座16、输出端支撑盖4’的支撑对联合基准A-B的同轴度控制在0.05以内，尺寸公差为G7。

优选地，输出主轴4上设有左、右轴承实现对输出主轴4的限位。

本发明还提供了一种利用所述的装置实现对行星变速机构润滑油供给的方法，润滑油通过试验装置中试验箱体3’的油路进入行星变速机构2的输入轴1，试验装置以(P_L+0.05)MPa为供给压力，实现行星变速机构2旋转油路润滑油的供给，其中P_L的通过以下公式确定：

其中：

P_L—输入轴离心压强；ω—输入轴角速度；n—输入轴转速，3400rpm(取最高转速)；ρ—15W润滑油密度；R—输入轴外径半径；R₀—输入轴内径半径。

(三)有益效果

针对大功率高转速柱状卧置行星变速机构，本发明提供一种用于多档位全工况磨合、性能测试、操纵件温升和振动响应的试验测试装置，提供行星变速机构精准径向定位、输入输出大跨度同心旋转、静动润滑油液充分供给、主轴轴向间隙可控功能，实现重量大、转速高、转矩大、运转平稳行星变速机构的试验测试。

附图说明

图1为被试行星变速机构与支撑限位图；

图2为试验装置支撑盖及定位销图(从图3的左侧方向看)；

图3为本发明的试验装置结构图。

1、输入轴 2、行星变速机构 3、连接螺栓(12根) 4、输出主轴 3’、试验箱体 4’、支撑盖 5、球轴承(2个) 6、输出端调整垫 7、输出盖 8、输出法兰 9、输出油封座 10、输出套筒 11、上盖板 12、输入法兰 13、输入调整垫 14、输入盖 15、输入套筒 16、输入支撑座17、输入油封座。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

被试件是多档位的行星变速机构2，如图1，外形呈圆柱形，直径为508mm，长510mm，输入轴1为行星变速机构2的输入，实现行星变速机构2功率输入；输出主轴4穿过行星变速机构实现功率输出。被试行星变速机构具有多个档位实现不同转速、转矩的变换。本发明的大功率高转速行星变速机构试验装置，实现行星变速机构2的安装、精准定位、扭矩传递、润滑等工作需求。行星变速机构2在试验装置的安装通过多个连接螺栓3与试验装置的支撑盖4’连接，通过支撑盖4’与试验装置固定，实现行星变速机构2承受扭矩到试验装置的传递；为实现行星变速机构2在试验装置的精准定位，通过1个高精度的端面、2个高精度配合柱面实现行星变速机构2的轴向、径向定位；行星变速机构2的齿轮、轴承等需要充分润滑，通过试验装置的试验箱体3’的油路进入旋转输入轴1，在压力驱动下实现润滑油的静动转换进入行星变速机构2，为行星变速机构2与旋转件工作提供润滑；输入轴1通过试验装置的输入法兰12与驱动电机连接，实现试验功率输入；输出主轴4通过试验装置的输出法兰8与负载电机连接，实现行星变速机构2加载。

1、被试行星变速机构三个基准的确定

行星变速机构2外表呈圆柱形，为实现准确的径向定位，采用中间外柱面(图1的F基准)和左侧内柱面(图1的D基准)形成D-F联合基准，定位行星变速机构2的旋转中心，其中中间外柱面用于支撑行星变速机构2，左侧内柱面用于行星变速机构2旋转轴线的调正，左侧内柱面(D基准)对中间外柱面(F基准)的同轴度不大于0.03mm。左端面G作为辅助基准，实现行星变速机构2非旋转件的定位，G基准与D-F联合基准的垂直度要求为0.02mm。

2、确定大功率高转速行星变速机构试验装置支撑限位方式

大功率高转速行星变速机构试验装置用于支撑和固定被试行星变速机构，对应被试行星变速机构F、D、G三个基准，在考虑便于装配的前提下，大功率高转速行星变速机构试验装置开发B、A、H三基准与之相配合，分别形成对被试行星变速机构的支撑、旋转中心正位和轴向限位，B基准

尺寸配合选择H7/h6，A基准

尺寸配合选择H6/h6，增加A基准对B基准的同轴度要求为

以保证同轴需求。A基准、B基准形成联合基准，增加H基准对联合基准的跳动要求0.02mm，保证H基准对被试行星变速机构端面的有效约束。

3、大功率高转速行星变速机构试验装置制动扭矩、润滑的实现

大功率高转速行星变速机构试验装置不仅用于支撑和固定被试行星变速机构，试验时，为行星变速机构提供制动扭矩，同时为行星变速机构的齿轮、摩擦片和轴承等旋转件提供有效润滑。

行星变速机构2通过周向布置的12根连接螺栓3与试验装置连接，通过这12根连接螺栓3传递制动扭矩。

行星变速机构2的齿轮、摩擦片和轴承等高速旋转件需要适量润滑，以保证在滑磨情况下正常工作。需要适量润滑通过试验装置的润滑油路提供(图3)，进入行星变速机构2的输入轴1内，通过输入轴1和输出主轴4之间的缝隙进入行星变速机构2，润滑齿轮、摩擦片和轴承等高速旋转件。

4、两端轴承限位的输出主轴轴向浮动间隙调整

行星变速机构2的输出主轴4两端分别装配一个球轴承5，用于支撑和定位输出主轴4，通过调整两端球轴承5的轴向位置实现输出主轴4轴向浮动间隙调整。

本发明涉及的关键点如下：

1、被试行星变速机构径向双柱面支撑与端面轴向限位的联合定位方案

行星变速机构2为多档位变速机构呈圆柱形，如图1，输入轴1作为行星变速机构2的输入、输出主轴4作为行星变速机构2的输出，行星变速机构2的换档操纵件和传力行星排等功能件布置在外毂总成内部，实现多档位不同速比、转矩比输出，外毂总成不仅支撑内部所有旋转构件，同时作为行星变速机构重量和扭矩的承载体，与测试装置实现可靠连接与固定。针对行星变速机构2，本发明提出一种左端面轴向限位和双柱面联合支撑的技术方案，包括行星变速机构2外毂总成的中间外柱面(图1的F基准)、左侧内柱面(图1的D基准)、行星变速机构2的左端面(图1的G基准)形成轴向无隙连接固定，其中左侧内柱面D与中间外柱面F的同轴度设计为

保证了径向支撑的同心需求；行星变速机构2的左端面G作为辅助基准，实现行星变速机构2非旋转件的定位，左端面G对D-F联合基准的垂直度要求为0.02mm，实现行星变速机构2轴向全长L范围的精准定位。

2、试验装置连接行星变速机构准确定位方法

试验装置组成：结构如图3所示，行星变速机构2卧置于试验装置内部。试验装置包括试验箱体3’、支撑盖4’、输出端调整垫6、输出盖7、输出法兰8、输出油封座9、输出套筒10、上盖板11、输入法兰12、输入调整垫13、输入盖14、输入套筒15、输入支撑座16、输入油封座17和轴承等组成。

试验装置功能实现：试验箱体3’为试验装置的主体，支撑盖4’通过定位销(图2，共3个)、连接螺栓3与试验箱体3’连接固定，上盖板11一端通过螺栓与支撑盖4’连接，另一端与试验箱体3’连接固定，输入法兰12通过花键连接行星变速机构2的输入轴1、输出法兰8通过花键连接行星变速机构2的输出主轴4；行星变速机构2通过12根连接螺栓3与支撑盖4’连接固定后，整体装入试验箱体3’中；输入支撑座16通过2个轴承支撑输入法兰12，支撑盖4’通过2个轴承支撑输出法兰8；输入油封座17实现试验装置的输入端密封，输出油封座9实现试验装置的输出端密封；输入盖14、输入套筒15和输入调整垫13实现输出主轴4右侧限位，输出盖7、输出套筒10和输出端调整垫6实现输出主轴4左侧限位。

本发明还提出了试验装置以试验箱体3’的

孔(对应F基准))和支撑盖4’的

柱轴(对应D基准))为联合基准A-B、支撑盖4’与行星变速机构2对接的环面(H面)为辅助基准的正位方法，实现行星变速机构2在试验装置中的准确支撑定位，即：

以试验箱体3’的

孔(H7)为主基准B，调整支撑盖4’的

轴(为基准A)，将基准A对主基准B的同轴度控制在φ0.02mm以内；再组合下加工定位孔3-φ25(H6)，装入销轴φ25(n6)，在支撑盖4’与试验箱体3’之间形成定位；

支撑盖4’与行星变速机构2对接的环面(H面)对联合基准A-B的跳动控制在0.02mm以内，实现对行星变速机构2在轴向全长L范围的精准控制。

以试验箱体3’的

孔支撑行星变速机构2的F基准的柱面，以支撑盖4’的φ441h6柱轴形成对行星变速机构2的2φ441H6内孔的旋转中心正位。

3、旋转件转速高、支撑结构跨度大的多孔同心技术方案

行星变速机构2的工作特点是：①输入轴1、输出主轴4之间轴向跨度大(长1300mm)；②前进挡时输入轴1与输出主轴4同向差速或等速旋转，倒档时输入轴1与输出主轴4反向差速旋转(速差最大7000rpm以上)。在试验装置中，本发明提出一种实现旋转件转速高、支撑结构跨度大的多孔同心技术方案，即：

输入支撑座16、输出端支撑盖4’的支撑对联合基准A-B的同轴度控制在0.05以内，尺寸公差为G7；

在输入支撑座16内，由双轴承形成输入法兰12的径向支撑；在支撑盖4’内，由双轴承形成输出法兰8的径向支撑；双轴承之间距离不小于轴承宽度，保证支撑轴承的延伸同轴度。

4、双轴承限位的输出主轴轴向浮动间隙调整技术

行星变速机构功率从输出主轴左侧花键输出。为保证输出主轴的可靠运转，其轴向串动应控制在0.2～0.3mm。本发明提出一种用左右双轴承限位输出主轴4、再用输入盖14、输出盖7加输出端调整垫6、输入调整垫13定位的方法，调整垫13的厚度为0.02、0.05、0.1、0.2mm(每种多片按需)，依据实测间隙组合调控。输出主轴4上设有左、又轴承实现对输出主轴4的限位。

5、考虑旋转离心压力的润滑油供给方法

润滑油通过试验装置箱体的油路进入旋转输入轴，实现润滑油静动转换，为被试行星变速机构与旋转件提供润滑。箱体油路提供压力油，须克服旋转离心压力进入输入轴与输出轴之间的2mm环形空间，形成轴向的油腔为行星变速机构及旋转件提供甩油润滑，在匹配需求润滑压力P_L基础上，提出一种实际可行的以(P_L+0.05)MPa为基础供给压力，实现旋转油路润滑油的有效供给。

式中：

P_L—输入轴离心压强，MPa；

ω—输入轴角速度，rad/s；

n—输入轴转速，3400rpm(取最高转速)；

ρ—15W润滑油密度，856.5kg/m³(60℃)；

R—输入轴外径半径,0.045m(输入轴外径/2)；

R₀—输入轴内径半径,0.035m(输入轴内径/2)。

试验装置相关数据代入后，计算P_L＝0.043MPa。以P＝(PL+0.05)MPa＝0.093MPa为基础供给压力，实际提供的润滑油压应控制不小于0.10MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用大功率高转速行星变速机构试验装置实现被试行星变速机构定位的方法，其特征在于，

该装置包括：试验箱体(3’)、支撑盖(4’)、输出法兰(8)、输出油封座(9)、上盖板(11)、输入法兰(12)、输入支撑座(16)；

所述支撑盖(4’)通过定位销、连接螺栓(3)与试验箱体(3’)连接固定，上盖板(11)一端通过螺栓与支撑盖(4’)连接，另一端与试验箱体(3’)连接固定，输入法兰(12)通过花键连接行星变速机构(2)的输入轴(1)、输出法兰(8)通过花键连接行星变速机构(2)的输出主轴(4)；行星变速机构(2)通过连接螺栓(3)与支撑盖(4’)连接固定后，整体装入试验箱体(3’)中；输入支撑座(16)通过轴承支撑输入法兰(12)，支撑盖(4’)通过轴承支撑输出法兰(8)；

还包括输出端调整垫(6)、输出盖(7)、输出套筒(10)、输入调整垫(13)、输入盖(14)、输入套筒(15)、输入油封座(17)；输入油封座(17)用于实现试验装置的输入端密封，输出油封座(9)用于实现试验装置的输出端密封；输入盖(14)、输入套筒(15)和输入调整垫(13)用于实现输出主轴(4)右侧限位，输出盖(7)、输出套筒(10)和输出端调整垫(6)用于实现输出主轴(4)左侧限位；

该方法中，以行星变速机构(2)外毂总成的中间外柱面即F基准、行星变速机构(2)外毂总成的左侧内柱面即D基准、行星变速机构(2)的左端面即G基准三者共同作为定位基准，其中，D基准与F基准的同轴度设计为

形成联合基准D-F；G基准作为辅助基准，实现行星变速机构(2)非旋转件的定位，左端面G对联合基准D-F的垂直度要求为0.02mm，实现行星变速机构(2)在轴向全长范围的定位；

试验箱体(3’)上的一

孔作为主基准B对应所述F基准，支撑盖(4’)上的一

柱轴作为基准A对应所述D基准，形成联合基准A-B，支撑盖(4’)与行星变速机构(2)对接的环面，称为H面，作为辅助基准，实现行星变速机构(2)在试验装置中的支撑定位；其中，将基准A对主基准B的同轴度控制在φ0.02mm以内；将所述H面对联合基准A-B的跳动控制在0.02mm以内，实现对行星变速机构(2)在轴向全长L范围的控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在输入支撑座(16)内，由双轴承形成输入法兰(12)的径向支撑，双轴承之间距离不小于轴承宽度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在支撑盖(4’)内，由双轴承形成输出法兰(8)的径向支撑，双轴承之间距离不小于轴承宽度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，行星变速机构(2)通过连接螺栓(3)与支撑盖(4’)连接固定。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将输入支撑座(16)、输出端支撑盖(4’)的支撑对联合基准A-B的同轴度控制在0.05以内，尺寸公差为G7。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输出主轴(4)上设有左、右轴承实现对输出主轴(4)的限位。

7.一种利用大功率高转速行星变速机构试验装置实现对行星变速机构润滑油供给的方法，其特征在于，

润滑油通过试验装置中试验箱体(3’)的润滑油路进入行星变速机构(2)的输入轴(1)，试验装置以(P_L+0.05)MPa为供给压力，实现行星变速机构(2)旋转油路润滑油的供给，其中P_L的通过以下公式确定：

其中：

P_L—输入轴离心压强；ω—输入轴角速度；n—输入轴转速，3400rpm；ρ—15W润滑油密度；R—输入轴外径半径；R₀—输入轴内径半径。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在输入支撑座(16)内，由双轴承形成输入法兰(12)的径向支撑，双轴承之间距离不小于轴承宽度。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在支撑盖(4’)内，由双轴承形成输出法兰(8)的径向支撑，双轴承之间距离不小于轴承宽度。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，行星变速机构(2)通过连接螺栓(3)与支撑盖(4’)连接固定。