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辛紹杰 博士——油膜浮動均載的完全平衡兩級三環(huán)減速器的研究 
來源:減速機信息網(wǎng)    時間:2007年7月21日14:42  責任編輯:wangtao   

表7-2 三環(huán)減速器原型機在不同載荷下的環(huán)板齒根應變值      (με)

輸入轉(zhuǎn)速
n(r/min)
輸出扭矩
T(N.m)
環(huán)板1應變 環(huán)板2應變 環(huán)板3應變 環(huán)板1、2、3
平均應變
平均應變 最大應變 平均應變 最大應變 平均應變 最大應變
1008 39 3.42 4.18 5.43 5.82 4.48 5.72 4.69
1000 242 15.22 19.31 16.08 19.54 14.83 18.16 15.55
985 461 33.14 38.53 35.86 41.87 31.53 39.12 34.10
1002 664 45.46 59.18 43.92 59.88 47.23 57.31 45.13
951 875 59.89 71.49 55.91 72.93 58.43 69.04 57.54

表7-3 三環(huán)減速器改進型機在不同載荷下的環(huán)板齒根應變值      (με)

輸入轉(zhuǎn)速
n(r/min)
輸出扭矩
T(N.m)
環(huán)板1應變 環(huán)板2應變 環(huán)板3應變 環(huán)板1、2、3
平均應變
平均應變 最大應變 平均應變 最大應變 平均應變 最大應變
1005 35 2.98 3.24 3.25 3.36 3.07 3.31 3.14
978 202 13.14 13.56 13.38 13.98 12.45 13.31 13.09
998 440 33.02 34.45 33.78 35.19 32.46 34.47 33.26
997 650 39.58 41.48 40.02 42.18 38.92 40.25 39.64
987 873 53.27 55.96 54.49 57.34 52.05 54.56 53.58

表7-4 三環(huán)減速器原型機在不同載荷下的環(huán)板齒根應變值      (με)

輸入轉(zhuǎn)速
n(r/min)
輸出扭矩
T(N.m)
環(huán)板1應變 環(huán)板2應變 環(huán)板3應變 環(huán)板1、2、3
平均應變
平均應變 最大應變 平均應變 最大應變 平均應變 最大應變
986 47 1.21 1.43 1.39 1.68 1.31 1.56 1.33
991 228 10.38 14.01 11.56 14.12 10.93 12.87 11.11
998 444 16.02 17.16 14.02 18.06 11.96 13.23 14.01
1016 656 25.54 26.53 20.62 27.25 19.49 25.18 21.57
1002 872 29.82 33.59 29.03 38.82 28.32 32.19 29.05

表7-5 三環(huán)減速器改進型機在不同載荷下的環(huán)板齒根應變值      (με)

輸入轉(zhuǎn)速
n(r/min)
輸出扭矩
T(N.m)
環(huán)板1應變 環(huán)板2應變 環(huán)板3應變 環(huán)板1、2、3
平均應變
平均應變 最大應變 平均應變 最大應變 平均應變 最大應變
1023 38 1.21 1.34 1.35 1.48 1.29 1.41 1.30
1007 222 7.64 8.17 8.29 8.96 8.09 8.49 8.08
989 432 10.98 11.92 11.54 11.78 10.23 10.67 11.07
1009 641 16.68 17.17 17.46 18.17 16.08 17.69 16.92
985 874 22.53 24.17 24.56 25.74 24.02 25.02 23.97

對于得到環(huán)板齒根應變和環(huán)板頂部應變的數(shù)值,運用式(7-2)可以求出分別考慮環(huán)板齒根應變和環(huán)板頂部應變兩種情況下三環(huán)減速器原型機和改進型機的載荷分配不均勻系數(shù)KP。

圖7-12和7-13所示為考慮環(huán)板齒根應變的原型機和改進型機載荷分配不均勻系數(shù)KP——轉(zhuǎn)矩試驗曲線。

從上述試驗曲線可以看出:當考慮環(huán)板齒根應變時,原型機載荷分配情況較差,當輸入轉(zhuǎn)速n=1002r/min,輸出轉(zhuǎn)矩T=664N.m時,載荷分配不均勻系靈敏KP=1.33;改進型機載荷分配情況較原型機有很大的改善,當輸入轉(zhuǎn)速n=987r/min,輸出轉(zhuǎn)矩T=873N.m時,載荷分配不均勻系數(shù)KP=1.07。

圖7-14和7-15所示為考慮環(huán)板應為的原型機和改進型機載荷分配不均勻系數(shù)KP——轉(zhuǎn)矩試驗曲線

由曲線可以看出:當輸入轉(zhuǎn)速n=985r/min,輸出轉(zhuǎn)矩T=874N.m時,載荷分配不均勻系數(shù)kP=1.07,較無油膜浮動的新型三環(huán)減速器的載荷分配不均勻系數(shù)kP=1.34要小。這說明油膜浮動均載機構(gòu)可部分補償制造誤差,達到了均衡載荷的目的。也就是說:采用同步帶傳動和油膜浮動夠明顯地改善三環(huán)減速器三片內(nèi)齒環(huán)板間的載荷分配情況,從而降低了三環(huán)減速器的振動,降低了傳動噪聲,增加了傳動平穩(wěn)性,延長了減速器的使用壽命。試驗證明:本文提出的油膜浮動均載機構(gòu)設計合理,均載效果較好。

7.4兩級三環(huán)減速器的振動試驗

7.4.1測試原理及振動測試方案

減速器上各測點的振動信號由測試系統(tǒng)測得。系統(tǒng)的激振能源是整個機械傳動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程本身。測試時被測減速器的輸入軸、輸出軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩(功率)的數(shù)據(jù)由兩個轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測試儀提供,并由微機打印出。其測試原理是:傳個頻率響應范圍合適的加速動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的激振力作用在減速器上的6個頻率響應范圍合適陰那迷度傳感器上,傳感器將機械振動量(加速度)的變化轉(zhuǎn)換成電量,然后輸至電荷放大器,放大器將傳感器輸出的很微弱的電信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器需要的量程范圍后,被送至A/D轉(zhuǎn)換器,信號通過A/D轉(zhuǎn)換器后,已由模擬量變成了離散的數(shù)字量,這些數(shù)字信號傳到計算機后,應用振動分析軟件,由計算機對這些數(shù)字信號進行分析和處理,以獲得需要的信息。

兩級三環(huán)減速器是由軸、齒輪、帶和滾動軸承等部件組成的用以改變轉(zhuǎn)速的一種機械傳動裝置,工作過程中由于軸的彎曲變形、齒輪的制造和安裝誤差和嚙合剛度、嚙合力和慣性力的變化,將引起振動的產(chǎn)生。輪齒的嚙合沖擊、慣性沖擊等將通過環(huán)板兩側(cè)的轉(zhuǎn)臂軸承、高速軸傳到高速軸的支撐軸承和軸承座,作用到箱體上或通過輸出軸、輸出軸的支撐軸承作用到軸承座和箱體上,最終,導致箱體的振動。當振動較輕時,這時的激振能量較小,一般表現(xiàn)為嚙合頻率為轉(zhuǎn)頻的振動。同時,由于三環(huán)減速器采用軸承徑向間隙較小且軸承與箱體間的相對運動也較小的滾動軸承作支承,應選用箱體振動測試方法進行測試,箱體振動測試可以獲得較寬的動態(tài)范圍和頻率范圍。測點布置方案是關系到測量結(jié)果的一件重要工作,一定應選擇信號傳遞路線最短捷、機器工作狀態(tài)的信號反映比較敏感的部位(各方向)作為測點。我們是這樣布置測點的,在箱體上部的平頂處、箱體的軸向、輸入軸和輸出軸的軸承座處的表面上布置振動測點,減速器測點示意圖如圖7-16所示。傳感器1、2和4沿徑向布置在兩曲柄軸的軸承座處,且1和4對稱布置于同一曲柄軸的兩端,1和2位于同步帶輪側(cè),測點1和2測量兩根一級輸出二級輸入軸軸承座的徑向振動,測點4測量輸入軸非帶輪側(cè)的軸承座的徑向振動,傳感器3垂直布置于箱體上部平頂處,測量箱體上表面垂直方向的振動,傳感器5沿徑向布置在輸出軸的軸承處,測量輸出軸軸承座的徑向振動,傳感器6沿軸的方向垂直布置于減速器的側(cè)面,測量箱體的軸向振動。

將加速度傳感受器按圖7-16所示的測點位置固定好,再接圖7-17連接好測試系統(tǒng)。根據(jù)美國國家標準ANSIS2.17-1980推薦的有關振動參數(shù)相宜的測振頻率范圍,這里選2000Hz,加速度單位:m/s2。

7.4.2 測試用儀器與測試系統(tǒng)

在傳動效率測度所用儀器的基礎上,還需一些振動測試用的專用儀器,這里選用的是:YD42型壓電式加速度傳感器,DHF-6A型荷放大器,HY-1232A/D、D/A轉(zhuǎn)換板,IBM-PCXT/AT總線和微機處理系統(tǒng)。

振動測試系統(tǒng)如框圖圖7-17所示,振動傳感受器測點引線照片如圖7-18所示。

振動信號的采集和處理軟件的性能直接關系到測試結(jié)果的準確性,本試驗采用哈爾濱工業(yè)大學編的并經(jīng)過多次試驗驗證的振動測試軟件,它包含下列功能:數(shù)據(jù)采集、信號分析、模態(tài)分析和模態(tài)繪圖等。在微機上正確使用該軟件是保證數(shù)據(jù)采集和處理的重要步驟。

7.4.3 振動測試數(shù)據(jù)的處理

在傳動試驗臺上對樣機DQSH145油膜浮動兩級三環(huán)減速器在輸入轉(zhuǎn)速n輸入=300,750,1000,1500r/min和輸出扭矩T輸出200,400,750,875N.m工況下進行振動測試。表7-6所示是在不同轉(zhuǎn)矩和不同轉(zhuǎn)速情況下,在6個測振點所測到最大加速度值(單位:m/s2)。

表7-6 測振點最大加速度值

輸出轉(zhuǎn)矩(N.m) 輸入轉(zhuǎn)速n(r/min) 測振點1 測振點2 測振點3 測振點4 測振點5 測振點6
200 300 1.15 -0.952 0.977 1.12 1.22 1.27
754 1.27 5.18 0.195 1.44 4.47 3.66
1010 -2.66 6.84 -0.22 -3.81 -6.59 8.13
1506 5.13 10.4 -0.171 -4.64 9.26 12.1
400 290 1.44 -1.32 0.879 1.07 -1.1 -1.73
760 1.78 0.445 -0.297 -2.39 -5.23 4.64
998 1.98 -6.76 -0.293 -3.44 7.62 8.38
1420 -6.85 11.6 -0.293 6.37 13.0 11.1
750 320 1.22 1.29 1.25 -1.81 2.08 1.71
755 1.88 0.12 -0.171 2.37 5.81 4.18
1008 2.15 8.11 -0.171 3.22 5.84 6.96
1097 4.42 -8.33 -0.293 4.59 9.04 -8.08
875 340 1.93 1.44 -1.32 -2.03 2.08 -1.78
768 3.42 0.95 0.44 2.81 5.25 4.47
1000 2.56 -9.65 -0.244 -4.3 -7.96 -8.18
1080 4.42 -8.33 -0.293 4.59 9.04 -8.08

由表7-6可看出,除測振點3外,在轉(zhuǎn)矩恒定時,隨輸入轉(zhuǎn)速的增加,軸承座的振動也增加,也就是說,隨著轉(zhuǎn)速的增大,各軸承座上的激振力也增大。在轉(zhuǎn)速恒定時,增加轉(zhuǎn)矩,振動變化不很明顯。測振點2的振動加速度高于測振點1處,這是因為測振點2對就的懸臂軸上的帶輪作用力臂較測振點1處的振動加速度在負載轉(zhuǎn)矩較大和轉(zhuǎn)速較高時基本相等,這說同一根軸上的兩支點受烽狀況較好,也就是樣機的均載效果較好。兩曲柄軸軸承座的振動較小,這說明完全平衡和均衡機構(gòu)起到了較好的效果。測振點6所測的振動加速度是由于帶傳動安裝時三個帶輪未完全同心,同步帶工作時擠壓了曲柄軸上兩帶輪側(cè)面擋圈,使軸上產(chǎn)生了軸向力的緣故。

圖7-19所示是一組輸出轉(zhuǎn)矩為875N.m,轉(zhuǎn)速為1080r/min工況時的實測振動加速度結(jié)果,加速度最大值及對應的時間標記在圖上。(1×e-1v代表1m/s2

衡量機械設圖示的振動,國際上通常采用ISOSR2372和ISODR3945《轉(zhuǎn)速為600~1200r/min機械振動評價標準》。為評價筆者所設計的DQSH145油膜浮動的兩級三環(huán)減速器的振動水平,下面給出部分工況下的有效振動速度值。輸出轉(zhuǎn)矩為750N.m和880N.m時不同轉(zhuǎn)速條件下各測振點的有效振動速度值如表7-7和7-8所示。(單位:mm/s)

表7-7 測振點的有效的振動速度值

  n1=320r/min n2=755r/min n3=1008r/min n4=1100r/min
1 0.4313 0.6647 0.76014 2.185
2 0.4561 0.04243 2.8673 3.6416
3 0.44194 0.0605 0.0605 0.1121
4 0.64 0.838 1.1384 1.1384
5 0.7354 2.0541 2.0648 33.1784
6 0.6064 1.4779 2.461 3.101

表7-8 測振點的有效的振動速度值

  n1=340r/min n2=768r/min n3=1000r/min n4=1080r/min
測振點1 0.68236 1.20915 0.9051 1.5627
測振點2 0.50912 0.3359 3.4118 2.9451
測振點3 0.4667 0.155563 0.08627 0.1036
測振點4 0.71771 0.9935 1.5203 1.6228
測振點5 0.7354 1.8562 2.8143 3.1961
測振點6 0.62933 1.5804 2.8921 2.8567

機械設備振動標準規(guī)定,對于功率值小于15KW的機械設備振動速度有效值0.11~0.71,A級-良好;0.71~1.8,B級-允許;1.8~4.5,C級-較差;4.5以上,D級-不允許。從振動烈度判據(jù)知,A級好,B級容許,C級可容忍,D 級不允許。測點3處于良好狀態(tài),其它點均處在良好、允許和可容忍狀態(tài)。

由于原型機的慣性力與慣性力矩完全平衡,其振動加速度本來就較小,因而加浮動環(huán)后其振動加速度變化不大,

本樣機測試數(shù)據(jù)較性能基本一致的偏心相位差為120°的重慶專用機械制造公司生產(chǎn)的SH145型三環(huán)減速器產(chǎn)品的振動加速度測試值要小的多。以測振點3為例,文獻輸出轉(zhuǎn)矩為54ON.m時最大加速度為18.2m/s2,本文中樣機的相同點的最大加速度僅1.32m/s2。其它測點也有類似的結(jié)論。

7.5 本章小結(jié)

本章對筆者設計的油膜浮動兩級三環(huán)減速器的原型機(無油膜浮動)和改進型機(有油膜浮動)進行了試驗研究,結(jié)果表明:新型三環(huán)減速器有著較好的機械動力學性能。

對兩級三環(huán)減速器改進型機進行了效率試驗,其傳動效率達90%以上。

對兩級三環(huán)減速器的原型機和改進型機的環(huán)板齒根彎曲應力和環(huán)板薄弱部位的應力進行了測試,并討論了載荷均衡情況。結(jié)果表明:改進型機具有很好的均載效果,載荷分配不均勻系數(shù)由均載前的1.33降為均載后的1.07。這個數(shù)值較基本型三環(huán)減速器的載荷分配不均勻系數(shù)1.7小的多。

對兩級三環(huán)減速器的原型機和改進型機的特征振動點進行了振動測試,結(jié)果表明:油膜浮動兩級三環(huán)減速器具有良好的減振效果。

綜上所述,本文提出的油膜浮動兩級三環(huán)減速器樣機DQSH145的主要性能指標均達到了設計要求,其傳動效率、振動指標及均載效果均優(yōu)于國內(nèi)同類型產(chǎn)品。

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