【关键词】驱动桥闭式试验台,加载器方案,测控系统,研制实施

【摘要】本文阐述了驱动桥齿轮机械闭式试验台对加载器功能的特殊要求，对现有加载器的诸多方案进行了对比、选择，最终研制出完全满足美国、日本驱动桥齿轮试验规范要求的新型加载器及其测控系统。

一.引言：     随着国内外汽车工业的飞速发展，我厂齿轮研究所产品试验室现有的驱动桥齿轮机械闭式试验台，已经不能满足主机厂驱动桥齿轮试验的规范要求。其中特别是北京吉普汽车有限公司生产引进美国、日本技术的吉普轿车驱动桥齿轮的试验规范对转速和扭矩的要求。为此我厂决定对现有驱动桥齿轮机械闭式试验台进行改造，改造后的试验台运行转速要达到2000 r/min.；加载扭矩要达到2000 nm。试验台为了达到这一技术指标，现有的液压加载器已不能满足试验规范的要求，于是研制一种新型加载器和测控系统便提到议事日程。 二.加载器概述： 在机械闭式试验台中，加载器是很重要的部件。这是因为封闭回路中的负荷要靠它造成，另外其性能还直接影响试验台的主要技术经济指标。因此多年来，人们对它所下的功夫很多。甚至很大程度上可以认为，数十年来机械闭式试验台的发展其实质就是加载器的发展。据统计，现今国内外经使用证实行之有效的加载器多达数十种。适用的加载器种类虽然多，但是按动力学原理可将加载器分为三大类：1.简式加载器；2.支反力式加载器；3.力矩式加载器。在每一大类里又有诸多结构形式的加载器，下面有代表性地列举一些，详见下表1： 表1                      加载器分类一览表 种类 分 类 型别 结  构  特  点 备  注 简式加载器 非差动简式 (联轴节式)   Ⅰa 普通刚性联轴节 见图－1 Ⅰb 蜗杆传动付，壳和轮封闭，蜗杆施载 见图－2 Ⅰc 弹簧联轴节，螺钉施载   Ⅰd 大导程方牙螺旋齿花键联轴节，液压轴向施载   Ⅰe 扇型齿花键（或称叶片式摆动油缸）液压联轴节 见图－3 Ⅰf 带偏心重块的齿轮联轴节   Ⅰg 滑轮绕绳式联轴节，砝码施载   差动简式 (离合器式) Ⅱa 普通盘状摩擦离合器   Ⅱb 液力偶合器   支反力式加载器 支反力式 Ⅲa 斜齿圆柱齿轮传动箱，一齿轮轴向施载   Ⅲb 两套螺旋相反参数相同斜齿齿轮传动箱   Ⅲc 带惰轮直齿圆柱齿轮箱，惰轮平移动施载   Ⅲd 为单级链传动   Ⅲe 为两套相同链传动   Ⅲf 蜗轮传动箱，轮和杆封闭，蜗杆轴向施载   Ⅲg 带有悬挂重砣杠杆的平衡减速器，重砣加载 见图－4 皮带传动 Ⅳ 平皮带（三角皮带）传动   力矩式加载器 非差动 Ⅴa 同轴式啮合传动x[h],w[b] 为封闭端,y[a]施载 见图－13（a） Ⅴb 同轴式啮合传动 为va方案封闭端对调,y[a]施载 见图－13（a） Ⅴc 同轴式啮合传动 x[a],y[b]为封闭端,w[h]施载 见图－13（c） Ⅴd 同轴式啮合传动 x[a],y[b]为封闭端,w[h]施载 见图－13（e） 差动 Ⅵa 同轴式啮合传动 y[a],x[h]为封闭端,w[b]施载 见图－13（a） 同步传动 Ⅶa 同轴式啮合传动a[h1 a1 ],b[b2]为封闭端, c[a1]施载 见图－5 Ⅶb 同轴式啮合传动a[a1b2],b[v2]为封闭端, c[h1]施载       见图－6 Ⅶc 同轴式啮合传动 a[a2],b[b1b2]为封闭端,c[h1]施载 见图－7 Ⅶd 同轴式啮合传动a[b1b2],b[h2]为封闭端,c[a1]施载 见图－8 衡量一种加载器的好坏，可按如下各项性能要求满足情况来评定：1.结构简单；2.结构紧凑；3.冷加工工艺性良好；4.装配工艺性好；5.对零件材质及热处理无过高要求；6.维护保养简便；7.能在试验台运转中改变封闭端力矩的大小；8.能在试验台运转中改变封闭端力矩的方向；9.改变封闭端力矩大小操作简便；10.改变封闭端力矩方向操作简便；11.在试验台长期运转中封闭端力矩值能稳定维持；12.施载运动行程角允许值无限；13.具有力素放大能力；14.运转中能耗极小；15.运转中震动与噪音很小；16.通用性良好，可以方便地串入任何封闭回路中；17.施载装置及其控制系统简单。其中1～6为结构性能，而7～16为使用性能。用这17项性能要求来衡量上表中所列26种加载器方案的优缺点，列表2如下： 表2：               加载器方案性能对比一览表 型号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Ⅰa √ √ √ √ √ √ × × × × × √ × √ √ √ √ Ⅰb √ √ √ √ √ √ × × × × × √ √ √ √ √ √ Ⅰc √ √ √ √ √ √ × × × / × × √ √ √ √ √ Ⅰd √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × √ √ √ √ √ Ⅰe × √ × √ × √ √ √ √ √ √ × × 0 √ √ 0 Ⅰf √ √ √ √ √ √ 0 / 0 / √ × √ √ √ √ √ Ⅰg √ × √ √ √ √ √ / √ / √ 0 × √ × √ √ Ⅱa √ √ √ √ × × √ √ √ √ × √ × × × × √ Ⅱb × √ × √ × √ √ √ √ √ √ √ × × √ × √ Ⅲa √ × 0 0 × 0 √ √ √ √ √ × √ 0 × × √ Ⅲb × × 0 0 × 0 √ √ √ √ √ × √ 0 √ √ √ Ⅲc × × × × × 0 √ √ √ √ √ × × 0 × × √ Ⅲd √ × 0 0 × 0 √ × √ × √ × × × × × √ Ⅲe √ × 0 0 × 0 √ × √ × √ × × × √ √ √ Ⅲf × × × 0 × × √ √ √ √ √ × × × × × √ Ⅲg √ × 0 0 × 0 √ × √ × √ × × × × × √ Ⅳ √ × 0 0 √ 0 √ 0 √ 0 0 √ × × √ × √ Ⅴa × 0 0 0 × 0 √ √ √ √ √ √ √ √ × × √ Ⅴb × 0 0 0 × 0 √ √ √ √ √ √ √ √ × × √ Ⅴc 0 0 0 0 × 0 √ √ √ √ √ √ × 0 × × √ Ⅴd 0 0 0 × × 0 √ √ √ √ √ √ √ 0 × × √ Ⅵa × 0 0 0 × 0 √ √ √ √ 0 √ × 0 × × 0 Ⅶa × √ × × √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × Ⅶb × √ × 0 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × Ⅶc × √ × × √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × Ⅶd × √ × 0 √ √ √ 0 √ 0 √ √ √ √ √ √ 0 种类如此繁多的加载器之所以能够共存，是由于它们各自有其特点与适用范围。现重点介绍几种常用的典型加载器，例如： 1.扭杆式加载器是简式加载器的一种，其结构见图－1。在突缘处是一对普通刚性联轴节，通过扭杆使两个半联轴节相对扭转一个角度位移，然后将其锁紧，这样在系统内就施加了载荷。它的缺点是不能在运转过程在加载。由于结构简单，50年代～60年代初期，国内汽车变速器试验中应用较多。在德国慕尼黑工业大学尼曼教授所创建的齿轮试验室已把这种加载器所构成的试验台标准化，并用这种试验手段进行了30多年有价值的试验。                                            图－1                                                            图－2 2.扭角调节器是也是简式加载器的结构之一，见图－2所示，其内部结构实际上是一套蜗轮传动付，其扭转角度不受限制，且可以自锁。缺点是只能靠人力在静止状态加载。
                                                          图－3 3.液压加载器是我厂研制，使用已有30多年的另一种简式加载器。其结构由液压箱、摆动油缸及控制器构成。见图－3所示，摆动油缸的扭矩由液压推动叶片产生，叶片数一般为2～4片，当叶片数为3时，转角为100°。扭矩范围为500～6000nm，其扭矩随液压变化的规律比较稳定，适用于程序控制，载荷可以精细调节，也可以反向加载，缺点是扭转角受限。它在简式加载器中应该是一种操作轻便、性能较好的加载装置。 4.摇摆箱式加