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1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 目錄 前言1 1 緒論2 1.1 課題研究目的和意義2 1.2 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展與應(yīng)用2 1.2.1 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展概況2 1.2.2 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用4 1.3 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理與特點5 1.3.1 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理5 1.3.2 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)特點6 1.4 減速器加載系統(tǒng)概述7 1.4.1 開放式加載系統(tǒng)7 1.4.2 封閉式加載系統(tǒng)7 1.5 論文主要研究內(nèi)容8 2 減速器模擬加載試驗臺組成與原理10 2.1 引言10 2.2 試驗臺各部分組成及其功用10 2.3 模擬加載系統(tǒng)原理10 3 減速器加載試驗臺驅(qū)動變速箱的設(shè)計

2、13 3.1 引言13 3.2 驅(qū)動變速箱的參數(shù)計算13 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 2 3.2.1 傳動方案的確定14 3.2.2 扭矩的計算14 3.2.3 最大轉(zhuǎn)速的計算14 3.3 齒輪的設(shè)計15 3.3.1 選擇齒輪材料15 3.3.2 確定齒輪傳動精度等級15 3.3.3 各軸齒輪中心距的確定16 3.3.4 齒輪齒數(shù)及分度圓直徑的計算17 3.3.5 齒輪傳動幾何尺寸計算20 3.3.6 齒輪強度校核24 3.3.7 各軸齒輪中心距的計算31 3.3.8 齒輪齒寬的計算31 3.4 軸的設(shè)計32 3.5 軸的強度校核35 3.5.1軸的校核35 3.5.2軸的校核37 4.結(jié)論

3、與展望39 致謝40 參考文獻41 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 摘要 對于新設(shè)計制造的減速器，需要利用專門的固定試驗臺對其進行加載試驗，檢測各 項工作性能和可靠性指標是否滿足要求。減速器是用于原動機和工作機之間的獨立的封 閉傳動裝置。由于減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、傳動準確可靠、使用維護方便等 特點，故在各種機械設(shè)備中應(yīng)用甚廣。 對基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載系統(tǒng)進行深入的理論分析，建立減速器加載系統(tǒng)的數(shù) 學(xué)模型，并繪制方框圖；減速器試驗加載系統(tǒng)主要分為開放式和封閉式兩大類。其中進 行深入研究二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的目的和意義、原理和應(yīng)用、二次調(diào)節(jié)的發(fā)展概況。 二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在恒壓網(wǎng)絡(luò)中，

4、通過調(diào)節(jié)二次元件斜盤傾角來改變二次元件排量， 以適應(yīng)負載（工作機構(gòu)）轉(zhuǎn)矩的變化，從而使負載按設(shè)定的規(guī)律變化。本文系統(tǒng)地對基 于二次調(diào)節(jié)的減速器試驗加載系統(tǒng)進行了分析，建立了用于頻域分析的傳遞函數(shù)模型， 對減速器模擬加載系統(tǒng)的剛度特性進行了分析，設(shè)計及校核減速器模擬加載試驗臺。 該試驗主要設(shè)計驅(qū)動變速箱的軸和齒輪等零部件，并對它們做了校核；還建立了較 為精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，得出許多有參考價值的結(jié)論，為進一步完善和提高二次調(diào)節(jié)加 載技術(shù)提供了依據(jù)。 關(guān)鍵詞：二次調(diào)節(jié)；加載系統(tǒng)；變速箱；滑移齒輪關(guān)鍵詞：二次調(diào)節(jié)；加載系統(tǒng)；變速箱；滑移齒輪 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 大型減速器模擬

5、加載試驗臺設(shè)計 4 ABSTRACT Regarding the new design manufacture reduction gear, needs to use the special fixed test platform to carry on the loading test to it, examines each operating performance and the reliable target whether satisfies requests. The reduction gear is uses in between the prime mover and t

6、he working machine independence seal transmission device. To based on the reduction gear loading system which two times adjusts carries on the thorough theoretical analysis, establishes the reduction gear loading system the mathematical model, and draws up the block diagram; The reduction gear exper

7、iment loading system mainly divides into open style and the enclosed two big kinds. In which carries on thoroughly studies the development survey which two adjustment loading system the goal and the significance, the principle and the application, two times adjust. In constant voltage network,by adj

8、usting the secondary component swashplate angle plate to change secondary component displacement,second-conditioning system meet the change of torque of the load (institutions), thereby enabling load changes according to the set law changes. The gearbox loading system based on secondary regulation s

9、ystem has been analysed systematically in this paper. Transmission function used for frequency domain analysis has been set up and the stiffness characteristics of the gearbox simulation loading system has been analysed,and then the gearbox simulation loading test-bed is design and verified. Shafts

10、, gears and other parts of the driven gearbox are mainly designed in the trial, and then they are verifid; Also establish a more accurate mathematical model of the system, and draw many conclusions of valuable reference. Provide a basis for further refining and improving secondary regulation loading

11、 technology. Keywords: secondary regulation; loading system; gearbox; slip gear 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 前言 靜液傳動由于具有功率大、密度大、易于實現(xiàn)工作過程的自動化等優(yōu)點而被廣泛地 應(yīng)用在工程領(lǐng)域中。但由于靜液傳動存在著漏油、噪聲大和效率低等缺點，以及來自于 機械傳動、電器傳動和交流伺服技術(shù)快速發(fā)展的競爭等原因，進入 20 世紀 90 年代以來， 其增長速度明顯減慢。因此，如何在發(fā)揮其自身優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，借鑒于其他傳動技術(shù)的 優(yōu)點、克服自身的不足，從而設(shè)計出新型的靜液傳動系統(tǒng)，并不斷地使其獲得進一步地

12、 發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵問題。 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)是近年新發(fā)展起來的節(jié)能系統(tǒng)。它具有一系列的獨特特點， 越來越引起了人們的重視。二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力耦聯(lián)系統(tǒng)， 能在四個象限內(nèi)工作，回收與重新利用系統(tǒng)的制動動能和重物勢能；在系統(tǒng)中二次元件 能無損地從恒壓網(wǎng)絡(luò)取得能量，因而大大地提高了系統(tǒng)效率；系統(tǒng)中可以同時并聯(lián)多個 負載，在各負載端可分別實現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律；擴大了系統(tǒng)的工作區(qū)域，改善了系 統(tǒng)的控制特性，減少了設(shè)備總投資，降低了工作過程中的能耗，節(jié)約冷卻費用。在能源 日益緊缺的今天，基于能量回收與重新利用而提出的二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有重要的理論研究 意義和實際應(yīng)用價

13、值。 國外從 70 年代末開始此項技術(shù)的研究，現(xiàn)已將它應(yīng)用于造船工業(yè)、車輛傳動、大型 試驗臺等領(lǐng)域，取得了顯著的節(jié)能效果。我國從 80 年代末從事二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究，目 前尚處于實驗室研究階段。本文簡要回顧了這一領(lǐng)域的發(fā)展過程及最新成就，并對基于 二次調(diào)節(jié)的減速器加載試驗臺驅(qū)動單元進行了詳細地設(shè)計，并對驅(qū)動單元的系統(tǒng)剛度特 性進行了分析。不當(dāng)之處希望得到老師的批評指正。 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 6 1 緒論 1.1 課題研究目的和意義 世界在發(fā)展，科技在進步。對于新設(shè)計制造的減速器，需要利用專門的固定試驗臺 對其進行加載試驗，檢測各項工作性能和可靠性指標是否滿足要求。減速器是用于原動 機

14、和工作機之間的獨立的封閉傳動裝置。由于減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、傳動 準確可靠、使用維護方便等特點，故在各種機械設(shè)備中應(yīng)用甚廣。以往對較簡單的單項 試驗如疲勞壽命試驗等，可在傳統(tǒng)的液壓式加載試驗臺上進行，但其功率消耗很大，效 率很低。對稍復(fù)雜一些的綜合性能試驗，可在電封閉加載試驗臺上進行，但在相同加載 功率下，所用電器設(shè)備龐大復(fù)雜，另外雖然可實現(xiàn)功率回收，提高了效率，可由于其回 收功率以電能形式回饋給電網(wǎng)，因而在動載變化較大時，對電網(wǎng)的沖擊較大，某些電器 元件被燒壞的情況時有發(fā)生，所以我們要盡量避免它的發(fā)生。這也成為了我們的主要任 務(wù)。由于近年來加載試驗臺技術(shù)的不斷發(fā)展，使得許多試驗都可

15、以在具有高動態(tài)性能的 固定試驗臺上完成，而利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)的液壓伺服加載試驗臺就是近年來為人們所重 視的一類加載試驗臺。這種加載系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變量泵-定量馬達系統(tǒng)不同，它采用帶有儲 能器的恒壓中心油源（一次元件）實現(xiàn)與各個單獨調(diào)節(jié)回路（二次元件）之間的壓力藕 聯(lián)，該系統(tǒng)具有能量可回收利用，效率高，可以多用戶并行工作，遠離動力源，沖擊小， 噪聲底，系統(tǒng)控制性能好等優(yōu)點，因此被認為是液壓領(lǐng)域的重大突破。 近年來我國開始利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)研制新型加載試驗設(shè)備，在這種二次調(diào)節(jié)加載技 術(shù)的理論與應(yīng)用方面，取得了一定成果和進展，但還存在許多需要進一步解決的問題。 所以對此的研究有一定的實用和經(jīng)濟價值。 1.2

16、二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展與應(yīng)用 1.2.1 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的研究發(fā)展概況 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)是近年新發(fā)展網(wǎng)絡(luò)的壓力禍聯(lián)系統(tǒng)，能在四個象限內(nèi)工作， 回收與重新利用系統(tǒng)的制動動能和重物勢能;在系統(tǒng)中二次元件能無損耗地從恒壓網(wǎng)絡(luò)取 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 得能量，因而大大地提高了系統(tǒng)效率;系統(tǒng)中可以同時并聯(lián)多個負載，在各負載端可分別 實現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律;擴大了系統(tǒng)的工作區(qū)域，改善了系統(tǒng)的控制特起來的節(jié)能系統(tǒng). 它具有一系列的獨特優(yōu)點，因而越來越受到人們的重視，二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)是工作 于恒壓性，減少了設(shè)備總投資，降低了工作過程中的能耗，節(jié)約冷卻費用.在能源日益緊 缺的今天，基于能量

17、回收與重新利用而提出的二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有重要的理論研究意義和 實際應(yīng)用價值，國外從 70 年代末開始此項技術(shù)的研究，現(xiàn)己將它應(yīng)用于造船工業(yè)、車輛 傳動、大型試驗臺等領(lǐng)域，取得了顯著的節(jié)能效果.由于這項技術(shù)的成功利用，使得液壓 技術(shù)向前推進了一大步。二次調(diào)節(jié)技術(shù)起源于德國，從事這項技術(shù)的研究也主要限于德 國。目前國外從事這方面研究的單位主要有德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)靜液傳動和控制實驗 室 LHAS、亞深工業(yè)大學(xué)流體傳動與控制研究所 RWTH 和博士力士樂有限公司(Bosch Rexroth GmbH)。國外該研究方向的代表人物主要有德國漢堡國防工業(yè)大學(xué)的 H.W.Nikolaus 教授、亞深工業(yè)大學(xué)的

18、 W.Backe 教授以及力士樂公司的 R.Kodak 先生等。 1977 年，H. W.Nikolaus 教授首先提出二次調(diào)節(jié)靜液傳動的概念。1980 年 2 2 W.Backe 教授和 H.Murrenhoff 先生開始利用單出桿變量油缸的二次元件進行液壓直接轉(zhuǎn) 速控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究。 1981 年，H. W.Nikolaus 教授采用雙出桿變量油缸的二 次元件進行液壓直接轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究。在這種液壓直接轉(zhuǎn)速控制的二次 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，用測速泵來作為二次元件輸出轉(zhuǎn)速的檢測和反饋元件。由于測速泵的最小 感知轉(zhuǎn)速較高，當(dāng)所要求的轉(zhuǎn)速低于最小感知轉(zhuǎn)速時，不能真實地檢。 測轉(zhuǎn)速值；因

19、此，這種系統(tǒng)的調(diào)速范圍比較小，最低工作轉(zhuǎn)速也比較高。1982 年開 始研究液壓先導(dǎo)控制二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中有機液位移反饋調(diào)速和機液力反饋調(diào)速兩種調(diào) 速形式。從 1983 年開始研究電液轉(zhuǎn)速控制的二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電液轉(zhuǎn)角控制的二次調(diào)節(jié)系 統(tǒng).在電液控制系統(tǒng)中，用測速電機作為二次元件輸出轉(zhuǎn)速的檢測和反饋元件，它的最小 感知轉(zhuǎn)速低，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大，消耗的能量少，系統(tǒng)的效率高。此后又有一系列關(guān)于 對二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究，其中有對單反饋和雙反饋電液轉(zhuǎn)速控制二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究等。 1987 年，F(xiàn).Metzner 為提高系統(tǒng)的控制性能，提出了數(shù)字模擬混合轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)，將 經(jīng)過電液力反饋轉(zhuǎn)速控制的二次元件作為被

20、控對象，用數(shù)字 PID 控制方法，實現(xiàn)位置(轉(zhuǎn) 角)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率控制。1993 年，W.Backe 和 Ch.Koegl 又研究了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制的 二次調(diào)節(jié)問題，其中包括對這種系統(tǒng)中兩個參數(shù)的解禍問題的研究。1994 年，R.Kodak 先生研究了具有高動態(tài)特性的電液轉(zhuǎn)矩控制二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并在四輪驅(qū)動車上進行了實 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 8 物試驗。1995 年，德國力士樂公司為德累斯頓工業(yè)大學(xué)內(nèi)燃機和汽車研究所研制了大功 率、用于旋轉(zhuǎn)試件并接近于實際運行條件的二次調(diào)節(jié)反饋控制試驗臺。從此，這一技術(shù) 開始逐漸應(yīng)用到生產(chǎn)實際中，并不斷地擴大應(yīng)用范圍。目前在德國，這項技術(shù)已進入實 用階

21、段，在許多與液壓相關(guān)的領(lǐng)域獲得了成功利用。以力士樂公司為代表，在二次調(diào)節(jié) 技術(shù)方面，具有多項專利技術(shù)，用于二次調(diào)節(jié)的二次元件和控制器等也有多種系列產(chǎn)品。 1.2.2 二次調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用 由于二次調(diào)節(jié)技術(shù)具有諸多優(yōu)點，使它在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。第一套配備有二 次調(diào)節(jié)閉環(huán)控制的產(chǎn)品是建在鹿特丹歐洲聯(lián)運碼頭（ECT）的無人駕駛集裝箱轉(zhuǎn)運車 CT40；德國的科那西山特號海上浮油及化學(xué)品清污船的液壓傳動設(shè)備配備有二次調(diào)節(jié)反 饋控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使預(yù)選的撇沫泵和傳輸泵設(shè)備的轉(zhuǎn)速保持恒定，并使之不受由 于傳輸介質(zhì)黏度的變化而引起的外加轉(zhuǎn)矩變化的影響；德累斯頓工業(yè)大學(xué)通用試驗臺應(yīng) 用了二次調(diào)節(jié)反饋控制的四

22、象限運轉(zhuǎn)、能量回收及高反饋控制精度等特點。該試驗臺能 滿足實際中的嚴格要求；奔馳汽車公司也將二次調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于行駛模擬試驗臺、以及 在無人駕駛運輸系統(tǒng)的行駛驅(qū)動。它還被用于近海起重機的驅(qū)動、油田用抽油機和精軋 機組的液壓系統(tǒng)中。德國在市區(qū)公共汽車上配備二次調(diào)節(jié)傳動系統(tǒng)后取得顯著的節(jié)能效 果。如圖 1-1 所示，改造后的市區(qū)公共汽車由恒壓變量泵 2 和二次元件 4 組成的軸向柱塞 單元驅(qū)動。它在滿載啟動時能給出大約 180Kw 的功率，由此可使汽車在 20s 內(nèi)加速到它 的最大速度 50km/h。而發(fā)動機 1 的功率卻只有 30Kw，其中 150Kw 的差值是從液壓蓄能 器 3 中獲得的。液壓蓄

23、能器的充壓是在制動過程中進行的，在這個過程中二次元件作為 泵來工作，而液壓蓄能器為下次的加速過程充壓。系統(tǒng)的損失由液壓泵來補償。 1. 發(fā)動機 2. 恒壓變量泵 3. 蓄能器 4. 二次元件 5. 汽車后橋 圖 1-1 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)在公共汽車中應(yīng)用原理圖 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 Fig.1-1 second-quiet fluid drivetrain system in the application of principles of the bus 綜上所述，二次調(diào)節(jié)技術(shù)可實現(xiàn)能量回收和重新利用，其主要應(yīng)用在以下幾個方面： 1) 位能回收 如液壓驅(qū)動的卷揚起重機械。由

24、于卷揚機械中有位能變化，采用二次 調(diào)節(jié)傳動技術(shù)可以回收其位能。它可用于起重機械和礦井提升機械，纜索機械的索道傳 動，船用甲板機械等； 2)慣性能回收 如液壓驅(qū)動擺動機械和實驗裝置。應(yīng)用二次調(diào)節(jié)技術(shù)可對擺動機 在頻繁起動、制動過程中產(chǎn)生的慣性能進行回收和再利用； 3)綜合節(jié)能 群控作業(yè)機械和實驗裝置。對于多臺周期性工作設(shè)備可共用一個動力 能源,這樣既節(jié)省了費用,又節(jié)約了能源,這在流水作業(yè)的機械和液壓實驗裝置中十 分常見。 1.3 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理與特點 1.3.1 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理 二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)（簡稱為二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)）一般由恒壓油源、二次元件（液壓 泵/馬達） 、工作機構(gòu)和控制調(diào)節(jié)

25、機構(gòu)等組成。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)的壓力耦 聯(lián)系統(tǒng)，其工作原理是：在恒壓網(wǎng)絡(luò)中，通過調(diào)節(jié)二次元件斜盤傾角來改變二次元件排 量，以適應(yīng)負載（工作機構(gòu)）轉(zhuǎn)矩的變化，從而使負載按設(shè)定的規(guī)律變化。 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理如圖 1-2 所示?？赡媸奖?馬達元件與電液伺服閥、變量液壓 缸、 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 E E 1 4 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 1電動機 2恒壓變量泵 3蓄能器 4安全閥 5油箱 6,18位移傳感器 7,16變量液壓缸 8,17電液伺服閥 9,15可逆式泵/馬達元件 10轉(zhuǎn)速傳感器 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 10

26、11,14控制器 12加載對象 13轉(zhuǎn)矩傳感器 圖 1-2 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原理 Fig.1-2 Principle diagram of loading system with secondary regulation 位移傳感器等組合在一起，統(tǒng)稱為二次元件。電動機、恒壓變量泵、蓄能器、安全閥及 相應(yīng)的管路等元件構(gòu)成恒壓網(wǎng)絡(luò)，為整個加載系統(tǒng)提供穩(wěn)定的恒壓動力源。兩個可逆式 泵/馬達元件以壓力耦聯(lián)方式并聯(lián)于恒壓網(wǎng)絡(luò)上，兩元件機械端口之間通過轉(zhuǎn)速傳感器和 轉(zhuǎn)矩傳感器以及加載對象剛性地連接在一起。轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)為典型的電 液伺服系統(tǒng)二者相互獨立，可分別進行調(diào)節(jié)，以滿足加載系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)

27、矩的不同要求。 系統(tǒng)工作時，由控制器 11 和 14 分別向電液伺服閥 8 和 17 發(fā)出電信號，通過閥控缸機構(gòu) （前置級排量控制）改變兩個可逆式泵/馬達元件的斜盤擺角，從而使其排量發(fā)生變化， 以適應(yīng)外負載轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化。另外，當(dāng)系統(tǒng)進行工作時，元件 9（馬達）由恒壓網(wǎng)絡(luò) 獲取液壓能，并將其轉(zhuǎn)換成機械能來驅(qū)動加載對象和元件 15（泵） ，實現(xiàn)加載，元件 15（泵）將機械能轉(zhuǎn)換成液壓能后又直接回饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)，重新用來驅(qū)動元件 9（馬達） ， 在兩個可逆式泵/馬達元件之間形成閉式循環(huán)。這樣，恒壓油源所提供的液壓能只是用來 補償系統(tǒng)的容積損失和機械損失，而驅(qū)動元件 9（馬達）所需的大部分能量都來自

28、元件 15（泵） 。此外，在該加載系統(tǒng)中，沒有節(jié)流元件，因而避免了節(jié)流損失。由此可見，該 加載系統(tǒng)在工作中不僅減少系統(tǒng)發(fā)熱，而且還可以達到節(jié)能目的。 從以上分析可以得出，實現(xiàn)各種控制目的的最終控制量是作用在變量液壓缸上，變 量液壓缸不同的位置使二次元件有不同的斜盤傾角，即有不同的排量。因此，二次調(diào)節(jié) 的最終控制是實現(xiàn)對變量液壓缸位置控制。 1.3.2 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)特點 1）同傳統(tǒng)的加載系統(tǒng)相比，二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)有如下一些特點： a 通過改變二次元件的排量來改變輸出轉(zhuǎn)矩的大小，進而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)矩和 功率的控制。通過改變二次元件斜盤擺角的方向（過零點）來改變二次元件的轉(zhuǎn)向； b 由于二

29、次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，所以二次元件的流量與其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積 成比例； c 它是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的壓力基本保持不變。二次元件直接與恒壓油源相連， 因此在系統(tǒng)中沒有原理性節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)效率； d 二次元件（液壓馬達/泵）可在四個象限內(nèi)運行工作，既可以工作在液壓馬達工況， 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 也可以工作在液壓泵工況，為能量的回收和重新利用創(chuàng)造了條件； e 蓄能器回收的液壓能可滿足間歇性大功率的需要，在設(shè)備的啟動過程中能利用蓄能 器釋放出的能量來加速啟動過程，由此來提高系統(tǒng)的工作效率； f 由于蓄能器的存在使系統(tǒng)中不會形成壓力尖峰，可減少壓力限制元件的發(fā)熱，從而 降

30、低用于系統(tǒng)冷卻的功率消耗； g 與電力系統(tǒng)相似，二次元件工作于恒壓網(wǎng)絡(luò)，在這個恒壓網(wǎng)絡(luò)中可以并聯(lián)多個互 不相關(guān)的負載，并可實現(xiàn)互不相關(guān)的控制規(guī)律，而液壓泵站只需按負載的平均功率之和 進行設(shè)計安裝； h 二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了新的控制規(guī)律和控制結(jié)構(gòu)。 2）與電傳動相比： a 閉環(huán)控制動態(tài)響應(yīng)快； b 高功率密度，重量輕，安裝空間??； c 安裝功率小。 1.4 減速器加載系統(tǒng)概述 減速器的種類很多、應(yīng)用范圍廣，用以滿足各種機械傳動的不同要求。因此，減速 器加載試驗臺系統(tǒng)應(yīng)具備扭矩、轉(zhuǎn)速可變化的條件，且其扭矩、轉(zhuǎn)速的變化應(yīng)是可單獨 調(diào)節(jié)的。減速器試驗加載系統(tǒng)主要分為開放式和封閉式兩大類。 1.4.1 開

31、放式加載系統(tǒng) 開放式加載系統(tǒng)原理如圖 1-1 所示。驅(qū)動單元由電動機(或內(nèi)燃機、液壓馬達等)、及 附屬裝置組成，它負責(zé)向系統(tǒng)提供動力(功率)，驅(qū)動轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由電機調(diào)速來實現(xiàn);試驗單 元主要由被測裝置、減速器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量裝置以及其它一些測量裝置組成;負載模擬單 元主要由測功機(或液壓加載器等)及附屬裝置組成，加載轉(zhuǎn)矩由測功機(或液壓加載器)調(diào) 定。 開放式加載系統(tǒng)的工作原理及工作過程比較簡單，整套設(shè)備的技術(shù)含量低，制造成 本相對較低，但它的致命弱點是需要大功率動力，能量無法回收利用，效率低，因此其 試驗成本相對于后面所述的封閉式加載系統(tǒng)來說較高。 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 12 圖 1-3

32、 開放式加載系統(tǒng)原理示意圖 Fig.1-3 Principle diagram of open type loading system 1.4.2 封閉式加載系統(tǒng) 封閉式加載系統(tǒng)又分為電力封閉式、機械封閉式和液壓封閉式幾種。 1) 電力封閉式加載系統(tǒng)這種加載系統(tǒng)的原理如圖 1-2 所示。驅(qū)動單元由交流(或直 流)電動機及附屬裝置組成，驅(qū)動轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由電機調(diào)速來實現(xiàn);試驗單元與開放式相同;負 載模擬單元由交流(或直流)發(fā)電機及附屬裝置組成，負載轉(zhuǎn)矩由發(fā)電機形成。 圖 1-4 電力封閉式加載系統(tǒng)原理示意圖 Fig.1-4 Principle diagram of closed type elect

33、ric loading system 負載發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過電網(wǎng)加以回收并反饋給驅(qū)動電機，形成封閉的功率流， 從而降低試驗?zāi)芎?，系統(tǒng)效率高。但由于功率回收技術(shù)是一項專業(yè)性非常強的技術(shù)，整 套裝置的成本非常高，又由于回收過程的回收效率受加載負荷的影響較大，而且對于大 功率加載系統(tǒng)來說，試驗臺及電動機體積龐大，另外，在系統(tǒng)動載變化較大時，可能對 電網(wǎng)造成較大的沖擊。 2) 液壓封閉式加載系統(tǒng)這種加載系統(tǒng)的原理如圖 1-3 所示。驅(qū)動單元由油源、液壓 馬達及相關(guān)液壓元件組成，它負責(zé)向系統(tǒng)提供動力(功率)，通過對液壓馬達流量和斜盤擺 角的調(diào)節(jié)，來滿足對不同驅(qū)動轉(zhuǎn)速的要求;負載模擬單元由液壓泵及相關(guān)液

34、壓元件等組成， 通過控制液壓泵的斜盤擺角，可模擬各種工況下的負載轉(zhuǎn)矩。負載模擬單元產(chǎn)生的液壓 能通過液壓網(wǎng)絡(luò)加以回收，并直接反饋給驅(qū)動單元，形成封閉的功率流，從而降低試驗 能耗，系統(tǒng)效率高。系統(tǒng)加載過程中所形成的動載影響，基本被限制在液壓系統(tǒng)內(nèi)部， 對電網(wǎng)的沖擊很小。 圖 1-5 液壓封閉式加載系統(tǒng)原理示意圖 Fig.1-5 Principle diagram of closed type mechanical loading system 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 如果將圖 1-3 中的液壓馬達和液壓泵換成二次元件，就構(gòu)成了二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)。由 于二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)可充分利用計算

35、機控制的優(yōu)越性，使加載參數(shù)(轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)的調(diào)節(jié)非 常靈活方便，所以系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能好，可對各種復(fù)雜工況進行模擬。因此，將這種 二次調(diào)節(jié)式加載系統(tǒng)用于減速器加載試驗，是十分理想的。 1.5 論文主要研究內(nèi)容 1）對基于二次調(diào)節(jié)的減速器加載系統(tǒng)進行深入的理論分析，建立減速器加載系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型，并繪制方框圖； 2）對驅(qū)動變速箱的軸及齒輪等傳動零部件進行詳細的設(shè)計，并對其作校核。 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 14 2 減速器模擬加載試驗臺組成與原理 2.1 引言 減速器加載試驗按減速器的重要性分為型式檢驗、出廠檢驗、溫升檢驗等幾種檢驗 方式。型式檢驗主要針對最新研制的減速器的一種檢驗方式，包括裝

36、配及連接尺寸檢驗， 空載試驗，效率試驗，溫升試驗，噪聲試驗，超載試驗，耐久試驗；出廠檢驗針對現(xiàn)有 成熟減速器進行的出廠前檢驗，包括裝配及連接尺寸檢驗，出廠空載試驗，出廠溫升試 驗，出廠噪聲試驗；溫聲試驗主要針對檢修完畢的減速器進行的性能測試。 本章針對減速器模擬加載系統(tǒng)，建立較為精確的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型包括有微分方 程、狀態(tài)方程及變量圖、傳遞函數(shù)及方塊圖等。 2.2 試驗臺各部分組成及其功用 減速器加載試驗臺如圖 2-1 所示，由恒壓油源及管路系統(tǒng)、模擬加載系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、 機械臺架四部分組成。恒壓油源為整個模擬加載單元提供恒定壓力，同各種液壓元件及 管路一起構(gòu)成恒壓網(wǎng)絡(luò)。恒壓油源主要由兩臺

37、Rexroth公司的 A4VSO180DP 型軸向柱 塞式恒壓變量泵和一臺雙聯(lián)葉片式定量泵組成，柱塞泵為系統(tǒng)提供恒定的高壓油源，葉 片泵為二次元件及主泵提供背壓，并通過給系統(tǒng)補充冷油的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)的冷卻。當(dāng) 然，油源部分還包括高低壓溢流閥、卸荷閥、蓄能器、油液過濾器及風(fēng)冷卻器等。模擬 加載系統(tǒng)實現(xiàn)對試驗對象減速器的驅(qū)動和加載的模擬，它包括驅(qū)動單元、二次輸出加載 單元。驅(qū)動單元主要由兩個 Rexroth 公司的 A4VSO250 型軸向柱塞元件串聯(lián)而成的雙聯(lián)二 次元件、兩個彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器組成，該單元用來模擬減速器的驅(qū)動。二次 輸出加載單元主要由雙聯(lián)二次元件、兩個彈性聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速

38、傳感器組成，該單元用 來模擬傳感器二次輸出端的負載?？刂葡到y(tǒng)由 PC 計算機、工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)采集卡、 數(shù)字顯示儀和用來控制油源啟停的 PLC 控制器等組成，該部分主要完成整個系統(tǒng)的連續(xù) 量和開關(guān)量的控制、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)狀態(tài)超限保護等。機械支架和試驗 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 平臺提供加載試驗對象減速器、聯(lián)軸器及加載二次元件的支撐和連接。其中模擬加載系 統(tǒng)為整個試驗臺的核心部分，也是本課題的研究對象。 1 2 3 二次元件 雙聯(lián) 二次元件 雙聯(lián) 變速器 驅(qū)動 變速器 二次輸出 減 速 器 恒壓油源 驅(qū)動模擬單元二次輸出加載單元 低壓恒壓網(wǎng)絡(luò) 高壓恒壓網(wǎng)絡(luò) 564

39、 1-PC 機（上位機） 2-工控機（下位機） 3-采集卡 4-彈性聯(lián)軸器（4 個） 5-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（2 個） 6-齒輪聯(lián)軸器（2 個） 圖 2-1 減速器加載實驗臺組成 Fig. 2-1 The reducer gear experiments composition 2.3 模擬加載系統(tǒng)原理 由圖 2-2 可見，二套二次元件的液壓端口共同并聯(lián)于恒壓網(wǎng)絡(luò)上，機械端口通過各轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn)矩傳感器、彈性聯(lián)軸器、變速器、加載試件等連接在一起。二次元件 1 工作于馬達 工況，用來模擬減速器發(fā)動機驅(qū)動軸動力，它同轉(zhuǎn)速傳感器、控制器 1 等構(gòu)成驅(qū)動轉(zhuǎn)速 控制系統(tǒng)；二次元件 2 工作于泵工況，用來對減速器二

40、次輸出端加載，為轉(zhuǎn)矩控制方式， 它同相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩傳感器 2、控制器 2，構(gòu)成二次輸出加載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng) 和轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，都包含有內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩種控制回路，由對應(yīng)于各二次元件的電液伺 服閥、變量液壓缸、位移傳感器 LVDT 構(gòu)成閥控缸回路（內(nèi)環(huán)） ，再加上相應(yīng)的二次元件、 轉(zhuǎn)速感器或轉(zhuǎn)矩傳感器，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)速控制回路或轉(zhuǎn)矩控制回路（外環(huán)） 。 當(dāng)系統(tǒng)進行工作時，二次元件 1（馬達）由恒壓網(wǎng)絡(luò)獲取液壓能，并將其轉(zhuǎn)換成機械 能來驅(qū)動加載試件和二次元件 2（泵） ，實現(xiàn)模擬加載。同時，二次元件 2（泵）將機械 能轉(zhuǎn)換成液壓能后又直接回饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)，重新用來驅(qū)動二次元件 1（馬達） ，在二次元

41、 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 16 件 1（馬達）和二次元件 2（泵）之間，功率流形成閉式循環(huán)。這樣，恒壓油源所提供的 液壓能只是用來補償系統(tǒng)的容積損失和機械損失，而驅(qū)動二次元件 1（馬達）所需的大部 分能量都來自二次元件 2（泵） 。因此，該加載系統(tǒng)實現(xiàn)了能量回收與利用，系統(tǒng)效率高。 由于二套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)同樣設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)矩傳感器，可以任意將其調(diào)整為 轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)（作為驅(qū)動單元）和轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)（作為加載單元），因此可以按被試件 的要求，設(shè)置其中一套二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為驅(qū)動單元，另外 1 套作為加載單元。 二次 元件2 驅(qū)動 變速器 轉(zhuǎn)速 傳感器 二次輸出變 速器 轉(zhuǎn)矩 傳感器 U S U

42、 S 電液伺服閥2電液伺服閥1 恒壓網(wǎng)絡(luò) 恒壓 變量泵 蓄能器 控制 器1 二次 元件1 控制 器2 變量液 壓缸2 變量液 壓缸1 LVDT1LVDT2 減速器 圖 2-2 模擬加載系統(tǒng)原理圖 Fig.2-2 Principle diagram of simulation loading system 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 3 減速器加載試驗臺驅(qū)動變速箱的設(shè)計 3.1 引言 減速器加載試驗臺是大功率、高載荷的試驗臺，它主要由驅(qū)動單元、加載單元、控 制系統(tǒng)、機械支架及試驗平臺組成。驅(qū)動單元和加載單元是該平臺的核心部分，對于液 壓加載試驗臺來說，加載單元只有德國力士樂公司的產(chǎn)品

43、符合要求，其它的產(chǎn)品均不能 達到令人滿意的程度。我國的這類產(chǎn)品更是少之又少，而且也不能完全滿足要求，并且 性能也不太穩(wěn)定。 3.2 驅(qū)動變速箱的參數(shù)計算 圖 3-1 是驅(qū)動變速箱傳動系統(tǒng)圖，從圖中可以看出軸、軸分別有滑移齒輪。 7 軸最大輸入轉(zhuǎn)速為 2300r/min，二次加載元件最大排量為 250ml/r，二次加載元件工作壓 差為 36.39MPa，二次加載元件輸出扭矩為 6870.94N.m，軸最大輸入扭矩為 945.46N.m，軸最大輸入功率為 193.46kw。 圖 3-1 驅(qū)動變速箱傳動系統(tǒng)圖 Fig. 3-1 driven transmissions drivetrain syst

44、em 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 18 3.2.1 傳動方案的確定 如何分配各級傳動比，是傳動裝置設(shè)計中又一個重要問題。傳動比分配的合理，可 以見效傳動裝置的外廓尺寸和重量，達到結(jié)構(gòu)緊湊，降低成本的目的，還可以得到較好 的潤滑條件。圖 3-2 為變速箱傳動比的分配。 分配傳動比如下： 83 81 61 77 87 =10.02 42 41 39 53 77 （最小傳動比） 83 81 61 74 87 = 9.10 42 41 39 56 77 （最大傳動比） 85 81 61 77 87 =10.58 40 41 39 53 77 85 81 61 74 87 = 9.80 40 41 3

45、9 56 77 3.2.2 扭矩的計算 (3-1) 1001 193.46 0.99191.53kw (3-2) 1 2300 /minnr (3-3) 1 1 1 191.53 95509550795.27 2300 N m n 同理，其他各軸的扭矩分別為； 2 1641.97N m 3 3090.54N m ； 4 4570.48N m 5 6276.37N m 6 6870.94N m 3.2.3 最大轉(zhuǎn)速的計算 (3-4) 1 2 12 = n n i 2300 = 2.15 r/min=1069.77 同理，其它各軸轉(zhuǎn)速為 r/min； r/min； r/min； 3 = 545.8

46、0n 4 = 354.42n 5 = 247.85n r/min。 6 = 217.41n 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 12 =i 83 42 85 40 23 81 = 41 i 23 81 = 41 i 34 61 = 39 i 34 61 = 39 i 45 =i 45 =i 77 53 77 53 74 56 74 56 56 87 = 77 i 56 87 = 77 i 56 87 = 77 i 56 87 = 77 i 圖 3-2 驅(qū)動變速箱傳動比分配圖 Fig. 3-2 driven transmissions transmission than distributi

47、on maps 3.3 齒輪的設(shè)計 3.3.1 選擇齒輪材料 小齒輪選用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，；大齒輪選用 45 號鋼 ，正火 1 217255HBSHBS 處理，；按國家標準，分度圓上的壓力角；對于正常齒，齒 2 162217HBSHBS= 20o 頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)。=1 a h= 0.25c 3.3.2 確定齒輪傳動精度等級 按下式估取圓周速度： (3-5) 1 3 11 1 (0.013 0.022) t P vn n 3 191.53 = (0.013 0.022) 2300 2300 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 20 m/s=19 同理，可得其它齒輪的圓周速度：m/s；m/s；

48、m/s；m/s； 2 =11 t v 3 = 8 t v 4 = 5 t v 5 = 5 t v m/s。 6 = 4 t v 各軸齒輪精度均為第公差組，軸的齒輪精度等級為 5，軸、軸的齒輪精度等 級為 7，軸、軸的齒輪精度等級為 8，軸的齒輪精度等級為 9。 3.3.3 各軸齒輪中心距的確定 1）按齒面接觸疲勞強度確定中心距 小齒輪的轉(zhuǎn)矩：，初取 。取， 1 795265.87N mm 2 1.1 tt KZ0.35 a 齒寬系數(shù)： (3-6) 12.15 1 0.350.55 22 da u 查表得，而188.9 E ZMPa 22 2.5 cossincos20sin20 H Z 確定軸

49、和軸的中心距： (3-7) 2 1 3(1)() 2 EH t t aH Z Z Z K T au u 2 3 1.1 795265.87 188.9 2.5 (2.15 1)() 2 0.35 2.15524.4 245.15mm 取 250a mm 估計模數(shù) (0.007 0.02)(0.007 0.02) 2501.75 5mamm 取 4mmm 2）同理，確定軸和軸的中心距： 2 1 3 23 2 3 (1)() 2 1.1 1641971.17 188.9 2.5 (1.96 1)() 2 0.35 1.96524.4 302.53 EH t t aH Z Z Z K T au u

50、mm 取 305a mm 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 估計模數(shù) (0.007 0.02)(0.007 0.02) 3052.135 6.1mamm 取 5mmm 3）確定軸和軸的中心距： 2 1 3 2 3 (1)() 2 1.1 3090539.58 188.9 2.5 (1.54 1)() 2 0.35 1.54524.4 347.36 EH t t aH Z Z Z K T au u mm 取 350a mm 估計模數(shù) (0.007 0.02)(0.007 0.02) 3502.45 7mamm 取 7mmm 4）確定軸和軸的中心距： 2 1 3 2 3 (1)() 2 1.

51、1 4570484.17 188.9 2.5 (1.54 1)() 2 0.35 1.43524.4 388.08 EH t t aH Z Z Z K T au u mm 取 390a mm 估計模數(shù) (0.007 0.02)(0.007 0.02) 3902.73 7.8mamm 取 6mmm 5）確定軸和軸的中心距： 2 1 3 2 3 (1)() 2 1.1 6276374.82 188.9 2.5 (1.14 1)() 2 0.35 1.14524.4 409.70 EH t t aH Z Z Z K T au u mm 取 410a mm 估計模數(shù) (0.007 0.02)(0.00

52、7 0.02) 4102.87 8.2mamm 取 5mmm 3.3.4 齒輪齒數(shù)及分度圓直徑的計算 1）軸小齒輪和軸與其嚙合的大齒輪齒數(shù)的確定： 大型減速器模擬加載試驗臺設(shè)計 22 (3-8) 11 22 250 39.68 (1)4 (2.15 1) a z m u (3-9) 23111 39.68 2.1585.312zzi 取 1123 40,85zz 實際傳動比 (3-10) 23 11 85 2.125 40 z i z 實 傳動比誤差 (3-11) 2.152.125 100%1.16%5% 2.15 ii i i 理實 理 許用 分度圓直徑 (3-12) 1111 4 401

53、60dmzmm 2323 4 85340dmzmm 驗算圓周速度 (3-13) 11 1 3.14 160 2300 19.26/12/ 60 100060 1000 d n vm sm s 選擇 5 級精度的齒輪合適 2）軸小齒輪和軸與其嚙合的大齒輪齒數(shù)的確定： 21 32212 22 305 41.22 (1)5 (1.96 1) 41.22 1.9680.79 a z m u zzi 取 2132 41,81zz 實際傳動比 32 21 81 1.9756 41 z i z 實 傳動比誤差 許用 1.96 1.9756 100%0.796%5% 1.96 ii i i 理實 理 分度圓直徑 2121 5 41205dmzmm 3232 5 81405dmzmm 驗算圓周速度 212 3.14 205 1069.7